Як працює нічне бачення?

Люди зазвичай бачать дуже добре вдень, оскільки світла достатньо для надійної роботи наших очей. Проте вночі знижене навколишнє освітлення означає, що наші очі також не функціонують. Щоб частково боротися з цим, наші очі використовують дві окремі світлочутливі клітини, одну при слабкому освітленні, а іншу при достатньому освітленні.

Шишки і палички

Наші очі використовують конусоподібні клітини вдень, ці колбочки не особливо чутливі до світла і тому не дуже добре працюють вночі. Одна з речей, яку роблять для нас колбочки, — це дозволяє нам бачити кольори. У людей є три різні типи колбочок, які по-різному реагують на різні довжини хвилі світла, тому вони дозволяють нам бачити колір.

Інший тип світлочутливих клітин в наших очах — паличкоподібні. Палички набагато більш чутливі до світла і використовуються в основному в темряві, оскільки вони допомагають нам краще бачити. Палиці не особливо чутливі до кольору, що є основною причиною того, що кольори набагато менш помітні вночі.

Паличкоядерні клітини можуть реагувати на один фотон світла, тоді як на десятки або сотні фотонів, щоб активувати конусну клітину і надіслати той самий сигнал назад у ваш мозок.

Порада: фотон — це назва однієї частинки світла.

Пасивні прилади нічного бачення

Окуляри нічного бачення працюють за принципом чутливості до дуже низького рівня освітлення. Фотони потрапляють в лінзу і потрапляють на «фотокатод». Фотокатод випускає електрони, які потім прискорюються через електромагнітне поле до «мікроканальної пластини». Мікроканальна пластина примножує електрони, які потрапляють на неї, які потім прискорюються до люмінофорного екрану. Люмінофорний екран створює зображення нічного бачення зеленого кольору, яке знайоме більшості людей. Зелений використовується, тому що це колір, до якого найбільш чутливі людські очі.

Немає відомого прямого методу множення числа фотонів, проте є відомі методи перетворення фотонів в електрони, множення кількості електронів і перетворення електронів назад у фотони. Цей вид нічного бачення працює лише в погано освітлених середовищах, де є навколишнє світло для посилення.

Теплові камери використовують інфрачервоне світло, яке невидиме для людини. Зазвичай це відбувається в довгохвильовій частині інфрачервоного спектру, де об’єкти приблизно кімнатної температури випромінюють тепло.

Порада: ця «теплова» частина інфрачервоного спектру охоплює довжини хвиль від 8 до 15 мікрометрів (один мікрометр дорівнює мільйонній частці метра). Більш гарячі об’єкти випромінюють інфрачервоне випромінювання вищої енергії з меншою довжиною хвилі. Загальний інфрачервоний спектр коливається від 0,75 мікрометрів для ближнього інфрачервоного випромінювання до 1000 мікрометрів для дальнього інфрачервоного випромінювання. Для порівняння, видимий спектр коливається від 0,4 до 0,7 мікрометрів для фіолетового та червоного світла відповідно.

Інфрачервоні камери дозволяють легко визначити наявність об’єктів, які є більш гарячими або холоднішими, ніж температура навколишнього середовища. Тепловізійні зображення зазвичай використовують чорно-білі або фальшиві кольори. Чорно-білі дисплеї зазвичай використовують білий, щоб підкреслити присутність більш гарячих об’єктів, типовим прикладом цього є теплові камери, встановлені на поліцейському гелікоптері для відстеження підозрюваних, які втікають вночі. У цьому прикладі тепло тіла людини є гарячішим, ніж навколишнє середовище, тому його легко помітити.

Дисплеї з фальшивими кольорами призначають колір залежно від довжини хвилі виявленого інфрачервоного світла, при цьому більш гарячі об’єкти виділені яскравішими кольорами. Дисплеї фальшивих кольорів зазвичай використовуються, коли намагаються використовувати теплові камери для вимірювання температури об’єкта, оскільки легше визначити більш тонкі коливання температури.

Активні прилади нічного бачення

Деякі пристрої нічного бачення використовують активне освітлення, щоб забезпечити додаткове світло для виявлення теплові камери. Це, по суті, те саме, що освітлювати факел, щоб ви могли бачити, але світло, яке використовується, знаходиться в інфрачервоному спектрі, і тому невидиме для людей. Додаткове освітлення полегшує отримання інфрачервоних зображень з високою роздільною здатністю, тому часто використовується разом із камерами безпеки.