Hur fungerar nattseende?

Människor kan vanligtvis se mycket bra under dagtid eftersom det finns tillräckligt med ljus för att våra ögon ska fungera tillförlitligt. Men på natten gör det minskade omgivande ljuset att våra ögon inte fungerar lika bra. För att delvis bekämpa detta använder våra ögon två separata ljuskänsliga celler, en i svag belysning och den andra med tillräcklig belysning.

Kottar och stavar

Våra ögon använder konformade celler under dagen, dessa kottar är inte speciellt ljuskänsliga och fungerar därför inte särskilt bra på natten. En av de saker som kottar gör för oss är att låta oss se i färg. Människor har tre olika typer av koner som reagerar på olika sätt på olika våglängder av ljus och så låter de oss se i färg

Den andra typen av ljuskänsliga celler i våra ögon är stavformade. Stavarna är mycket känsligare för ljus och används främst när det är mörkt då de hjälper oss att se bättre. Stavar är inte särskilt känsliga för färg vilket är den främsta anledningen till att färger är mycket mindre tydliga på natten.

Stavceller kan reagera på en enda foton av ljus medan tiotals till hundratals fotoner aktiverar en koncell och skickar samma signal tillbaka till din hjärna.

Tips: Foton är namnet på en enskild ljuspartikel.

Passiva mörkerseende enheter

Nattsynsglasögon fungerar enligt principen att vara känsliga för mycket låga ljusnivåer. Fotoner kommer in i linsen och träffar en "fotokatod". Fotokatoden frigör elektroner som sedan accelereras genom ett elektromagnetiskt fält till en "mikrokanalplatta". Mikrokanalplattan multiplicerar elektronerna som träffar den, som sedan accelereras mot en fosforskärm. Fosforskärmen genererar den gröntonade mörkerseendebilden som de flesta känner till. Grönt används eftersom det är den färg som mänskliga ögon är mest känsliga för.

Det finns ingen känd direkt metod för att multiplicera antalet fotoner, men det finns kända metoder för att omvandla fotoner till elektroner, multiplicera antalet elektroner och omvandla elektronerna tillbaka till fotoner. Den här typen av mörkerseende fungerar bara i dåligt upplysta miljöer där det finns omgivande ljus att förstärka.

Värmekameror använder infrarött ljus som är osynligt för människor. Detta är vanligtvis i den långa våglängdsdelen av det infraröda spektrumet, där föremål med ungefär rumstemperatur avger värme.

Tips: Denna "termiska" del av det infraröda spektrumet täcker våglängder mellan 8 och 15 mikrometer (en mikrometer är en miljondels meter). Hetare föremål avger infraröd strålning med högre energi med kortare våglängder. Det totala infraröda spektrumet sträcker sig från 0,75 mikrometer för nära-infrarött till 1000 mikrometer för långt infrarött. Som jämförelse varierar det synliga spektrumet från 0,4 till 0,7 mikrometer för violett respektive rött ljus.

Infraröda kameror gör det enkelt att identifiera närvaron av hetare eller kallare föremål än omgivningstemperaturen. Värmebilder använder vanligtvis antingen svartvita eller falska färgskärmar. Svartvita skärmar använder vanligtvis vitt för att markera närvaron av hetare föremål, ett typiskt exempel på detta är en värmekamera monterad på en polishelikopter för att spåra flyende misstänkta på natten. I det här exemplet är personens kroppsvärme varmare än omgivningen, vilket gör det lätt att upptäcka dem.

Skärmar med falska färger tilldelar en färg beroende på våglängden för det detekterade infraröda ljuset, där hetare objekt markeras med ljusare färger. Displayer med falska färger används vanligtvis när man försöker använda en värmekamera för att mäta temperaturen på ett objekt, eftersom det är lättare att identifiera mer subtila temperaturvariationer.

Aktiva mörkerseende enheter

Vissa mörkerseendeenheter använder aktiv belysning för att ge extra ljus för värmekameran att upptäcka. Detta är i huvudsak detsamma som att lysa med en ficklampa så att du kan se, men ljuset som används är i det infraröda spektrumet och är därför osynligt för människor. Den extra belysningen hjälper till att göra det lättare att få högupplösta infraröda bilder och används därför ofta i kombination med säkerhetskameror.