كيف تعمل أجهزة الرؤية الليلية

تمكن أجهزة الرؤية الليلية المستخدمين من مراقبة وتفسير البيئة المحيطة في الإضاءة المنخفضة أو الكاملة من خلال تضخيم الضوء المتاح أو الكشف عن أشكال الإشعاع غير المرئية ، مثل الأشعة تحت الحمراء. في حين أن المفهوم يبدو واضحًا للوهلة الأولى ، فإن التقنيات الأساسية تختلف اختلافًا كبيرًا في الهيكل والتطبيق والإخراج البصري. من مكثفات الصورة التقليدية إلى أجهزة الاستشعار الحرارية المتقدمة والأنظمة التي تمت معالجتها رقميًا ، يخدم كل نوع احتياجات تشغيلية محددة. تشرح هذه المقالة كيف تعمل هذه الأجهزة-ليس في المصطلحات التجريدية ، ولكن بشروط ملموسة ذات صلة بالمجال-سياقات الاستخدام المختلفة ، بما في ذلك التنقل في الهواء الطلق ، ومراقبة الأمن ، وإنقاذ الطوارئ ، والنشر التكتيكي.

ما هو بالضبط جهاز الرؤية الليلية

يعد جهاز الرؤية الليلي ، في جوهره ، أداة بصرية وإلكترونية مصممة خصيصًا لتحسين الرؤية في البيئات ذات الضوء الطبيعي المحدود أو بدون. هذه الأجهزة ضرورية في المهام التي تكون فيها الرؤية البشرية غير كافية ، مما يسمح للمستخدم بتحديد الحركة أو اكتشاف الأشياء أو اجتياز التضاريس بأمان خلال الظروف الليلية.

وجدوا استخدامًا واسع النطاق بين المجموعات المهنية مثل وحدات إنفاذ القانون ، ودوريات الحدود ، والأفراد الأمنيين ، والقوات العسكرية ، وباحثو الحياة البرية ، والمفتشين الصناعيين. في الآونة الأخيرة ، توسعت فائدتها أيضًا إلى قطاعات مدنية - العشرين والصيادين والملاحين في الخارج وأصحاب المنازل يتحولون إلى أدوات الرؤية الليلية من أجل السلامة الشخصية والملاحة والاستكشاف الترفيهي في الظلام. على الرغم من مجموعة واسعة من المستخدمين ، يشترك جميعهم في نفس الهدف: تحويل المشهد الداكن إلى تجربة بصرية مفهومة.

الأهم من ذلك ، لا تقتصر أجهزة الرؤية الليلية على عامل شكل واحد. يتناول البعض شكل مناظير أو نطاقات اكتشاف ، ويأتي البعض الآخر كحيدة حادة محمولة ، في حين أن بعض النماذج مصممة لهذا الغرض للتركيب على الخوذات أو البنادق أو المركبات. يعكس هذا التنوع الأداء المحدد والمتطلبات المريحة لمختلف البيئات التشغيلية-من محطات المراقبة الثابتة إلى العمليات الميدانية سريعة الحركة.

ليس كل جهاز مصمم لكل وظيفة. يعطي البعض أولويات النطاق وقدرة الكشف على الاكتئاب ، بينما يوفر البعض الآخر سهولة الاستخدام على حساب التكبير أو الدقة الحرارية. تعمل بعضها بشكل سلبي ، مع الاستفادة من أي ضوء محيط يتوفر ، في حين أن البعض الآخر ينبعث منها الأشعة تحت الحمراء لتوليد التصوير القابل للاستخدام. لتحديد أداة فعالة ، يجب على المرء أن يفهم كيف ترتبط آلياتها الداخلية بمتطلبات العالم الحقيقي.

تقنيات التصوير الأساسية وراء أجهزة الرؤية الليلية

تكثيف الصورة

تم بناء عملية تكثيف الصورة حول مبدأ أساسي واحد: تضخيم الحد الأدنى من الضوء المحيط - غالبًا من ضوء النجوم أو ضوء القمر أو المصادر الاصطناعية المحيطة - في صورة مرئية قابلة للاستخدام. يتم تحقيق ذلك من خلال عملية تحويل ضوئية إلى إلكترونية. تدخل جزيئات الضوء (الفوتونات) العدسة الموضوعية وضرب الكاثودي الضوئي ، الذي يحولها إلى إلكترونات. ثم يتم ضرب هذه الإلكترونات داخل لوحة قناة صغيرة وتضرب أخيرًا شاشة الفسفور ، والتي تنبعث منها صورة مرئية يمكن للمشاهد رؤيتها من خلال العدسة.

تعمل هذه الطريقة بشكل جيد بشكل خاص في البيئات شبه الخفية ، مثل المناظر الطبيعية الريفية في ليلة صافية أو ضواحي المدينة التي تضيء بالأضواء البعيدة. يرجع إخراج الصورة الخضراء المميزة التي شوهدت في معظم أجهزة الرؤية الليلية إلى الفسفور المستخدم في أنبوب المكثف ، والذي يتم اختياره للتناقض الأمثل مع الحساسية البصرية البشرية.

ومع ذلك ، فإن هذه التكنولوجيا لها قيود ملحوظة. في البيئات التي تخلو تمامًا من الضوء - مثل الأنفاق تحت الأرض أو المباني المغلقة - تتطلب تكثيفات الشكل المضيء للأشعة تحت الحمراء العمل بشكل فعال. يمكن أن يؤدي التعرض المفاجئ لمصادر الضوء القوية ، مثل المصابيح الأمامية للمركبة أو الأضواء ، إلى إضعاف أداء الجهاز مؤقتًا ، على الرغم من أن النماذج الراقية غالبًا ما تتضمن ميزات وقائية مثل الأبواب التلقائية لتقليل التحميل الزائد للصورة أو الإزهار.

التصوير الحراري

على عكس تكثيف الصورة ، يعمل التصوير الحراري بشكل مستقل عن الضوء المرئي أو القريب من الأشعة تحت الحمراء. بدلاً من ذلك ، فإنه يعتمد على اكتشاف الاختلافات في الحرارة - أو بشكل أكثر دقة ، الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء المنبعثة بشكل طبيعي بواسطة جميع الكائنات مع درجة حرارة أعلى من الصفر المطلق. تشع الأجسام البشرية والحيوانات والمركبات وحتى آثار أقدام الحرارة ، والتي يمكن تسجيلها جميعًا بواسطة صفيف المستشعر داخل جهاز حراري.

توفر هذه الطريقة أداءً استثنائياً في بيئات الظلام حيث لا يوجد ضوء يجب تضخيمه. علاوة على ذلك ، يمكن للتصوير الحراري اختراق الغموض مثل الدخان الخفيف والضباب وأوراق الشجر ، مما يجعلها فعالة في البيئات التي قد تقلل فيها الفوضى البصرية أو الإخفاء من كفاءة الكشف.

تظهر الصور الحرارية عادة بالتدرجات بالأبيض والأسود أو متعدد الألوان ، اعتمادًا على اللوحة المحددة. غالبًا ما تظهر الكائنات الدافئة كمناطق أكثر إشراقًا ، بينما تبدو الخلفيات الباردة أغمق. هذا التباين يجعل من السهل اكتشاف الكائنات الحية أو المعدات النشطة على خلفية طبيعية أكثر برودة ، وخاصة في البيئات البرية أو التكتيكية.

رؤية ليلية رقمية

أجهزة الرؤية الليلية الرقميةاستخدم رقائق التصوير على غرار الكاميرا-عادةً CMOs أو مستشعرات CCD-لالتقاط الضوء المتاح ، بما في ذلك الأطوال الموجية القريبة من الأشعة تحت الحمراء. يتم تحويل بيانات المستشعر إلى إشارة رقمية ، تتم معالجتها بعد ذلك باستخدام البرامج الداخلية لتعزيز السطوع ، وتفاصيل شحذ ، وتقليل الضوضاء. يتم عرض الصورة النهائية على شاشة مدمجة ، مثل LCD أو لوحة OLED.

تسمح هذه الأنظمة بميزات أكثر تقدماً مثل تسجيل الفيديو في الوقت الفعلي ، والتقاط الصور ، ووظائف التكبير ، وتراكبات المعلومات على الشاشة. على عكس الأنظمة التناظرية ، فإن الرؤية الليلية الرقمية أقل عرضة للتعرض المفاجئ للضوء الساطع وأكثر مرونة بشكل عام في ظروف الإضاءة المتغيرة.

ومع ذلك ، هذا يأتي مع بعض المفاضلات. تميل أجهزة الاستشعار الرقمية إلى استهلاك المزيد من الطاقة وقد توفر جودة صورة عضوية أقل قليلاً مقارنة بتكثيف الصورة التقليدية في ظروف الإضاءة المنخفضة. ومع ذلك ، بالنسبة للعديد من المستخدمين-وخاصة أولئك الذين يعطون الأولوية متعددة الوظائف والقدرة على توثيق النشاط الميداني-تقدم Digital Night Vision حلاً عمليًا ومرنًا.

المكونات الحرجة التي تدفع وظائف

العدسة الموضوعية: حارس بوابة جودة الصورة

كل جهاز رؤية ليلي يبدأ رحلة التصوير عبر العدسة الموضوعية. يؤثر حجم هذه العدسة ووضوح وإنشاء هذه العدسة بشكل مباشر على مقدار الإشعاع أو الإشعاع الحراري. ستسمح عدسة فتحة أكبر بمزيد من الضوء ، وبالتالي تحسين السطوع ، ولكن قد تضيق عمق المجال. على العكس ، قد توفر العدسة الأصغر حقلًا أوسع ولكن أقل سطوعًا.

عادةً ما تكون العدسات المتطورة متعددة المغلفة لتقليل الانعكاسات الداخلية وضمان نقل الضوء بكفاءة إلى المستشعر أو المكثف. بالمقارنة ، يمكن للعدسات الأرخص المصنوعة من البلاستيك أن تقدم تشوهات ، وتقلل من الوضوح ، وتتحول بشكل أسرع في ظل ظروف خشنة. يعد اختيار عدسة مصنوعة جيدًا أمرًا ضروريًا لتحقيق التصوير الحاد عبر بيئات مختلفة.

أجهزة الاستشعار ووحدات الكشف

المستشعر هو وحدة المعالجة الأساسية للجهاز. سواء كانت لوحة قنرة صغيرة في مكثف صورة أو مقياس ميكروبول في صورة حرارية أو شريحة CMOS في نظام رقمي ، فإن هذا المكون مسؤول عن تحويل الإشارات الخارجية - النصي أو الحرارة - إلى تنسيق قابل للقراءة.

توفر أجهزة استشعار مختلفة مستويات متفاوتة من الدقة ومعدل التحديث والحساسية. تحسن الحساسية العالية الأداء في البيئات ذات الإشارات المنخفضة ، ولكنها قد تقدم أيضًا ضوضاء في الخلفية. غالبًا ما تتضمن الأجهزة المتقدمة خوارزميات مدمجة أو برامج معالجة لتقليل القطع الأثرية المرئية وتحسين الوضوح المستهدف.

يمكن أن تكتشف أجهزة الاستشعار الحرارية المبردة-التي تستخدم على الأرجح في معدات العسكرية أو الطيران عالية الدقة-اختلافات أصغر في الحرارة ولكنها تأتي مع تكاليف أعلى وأوقات بدء تشغيل أطول. بالنسبة لمعظم التطبيقات ، توفر أجهزة الاستشعار غير المبردة توازنًا بين الأداء والتطبيق العملي.

عرض الوحدات والعيون

بعد التقاط البيانات ومعالجة الإشارات ، يجب عرض الإخراج النهائي للمستخدم بطريقة واضحة ومريحة. تستخدم وحدات الرؤية الليلية الحديثة المشابك المصغرة التي هي إما بلورة سائلة (LCD) أو شاشات الصمام الثنائي الناجم عن الضوء العضوي (OLED). لكل منها مزايا: توفر شاشات LCD كفاءة التكلفة ، بينما توفر OLEDs تباينًا أكثر ثراءً وأوقات استجابة أسرع.

تتضمن بعض الأجهزة عروض عرض قابلة للتخصيص مع diopters القابلة للتعديل أو إعدادات Interpupillary ، مما يتيح للمستخدمين تخصيص إخراج الصورة بمتطلبات الرؤية الخاصة بهم. تعطي الأجهزة المستخدمة في العمليات الممتدة الراحة والوضوح في أنظمة العرض الخاصة بهم لتقليل إجهاد العين وزيادة الدقة أثناء الاستخدام المطول.

قد تدمج الوحدات الأكثر تقدماً أنظمة العرض المعززة أو الإسقاط اللاسلكي للخوذات ، مما يمنح المستخدمين حرية أكبر في الحركة وتقليل الحاجة إلى مشاهدة خط مباشر.

اختلافات جهاز الرؤية الليلية في الاستخدام العملي

تتوفر أجهزة الرؤية الليلية في مجموعة متنوعة من التكوينات ، وكل منها مصممة خصيصًا إلى إعدادات تشغيلية محددة ومتطلبات المستخدمين. يؤثر اختيار التصميم بشكل مباشر على قابلية النقل والوظائف وقابلية الاستخدام على المدى الطويل.

الأحاديات الحرارية

تم تصميم الأحاديات الحرارية لخفة الحركة والنشر السريع. يجعل تكوين العدسات الواحدة الخاصة بهم خفيفة الوزن وسهلة حملها ومثالية للاستخدام بيد واحدة. هذا يجعلها مفيدة بشكل خاص لمهنيي الهواتف المحمولة مثل حراس الغابات ومستجيبي الطوارئ والمهندسين الميدانيين.

تتيح معظم الأحاديات الحرارية للمستخدمين التبديل بين لوحات حرارية متعددة-أوضاع أسود ، وسخان سوداء ، وأساليب ملونة-مما يؤدي إلى تفسير أوضح لبيئات مختلفة. قد تتضمن هذه الأجهزة أيضًا مقدرات النطاق وميزات التقاط الصور لأداة إضافية في سيناريوهات التكتيكية والبحث والإنقاذ.

مناظير الرؤية الليلية الرقمية

توفر أنظمة مجهر مشاهدة ثنائية العين ، مما يعزز إدراك العمق ويقلل من تعب المستخدم خلال فترات المراقبة الطويلة. يتم تفضيلها في تطبيقات المراقبة والحياة البرية حيث يجب أن يظل المشغلون ثابتة لساعات مع الحفاظ على الانتباه على الأهداف المتحركة.

توفر مضادات IR المدمجة شدة متغيرة ، مما يتيح للمستخدمين ضبط السطوع لتناسب نطاقات مختلفة وأنماط لتوفير البطاريات. تضيف وظيفة التسجيل المتكاملة قيمة أخرى ، خاصة بالنسبة للباحثين أو موظفي الأمن الذين يحتاجون إلى وثائق أدلة.

حتى أن بعض النماذج تدعم إسقاط العرض الخارجي ، مما يجعل من السهل إطلاع الفرق أو تحليل اللقطات في الوقت الفعلي.

الوحدات المثبتة على الخوذة والقائمة على النطاق

في العمليات ذات القابلية العالية أو العمليات اليدوية ، تتيح نظارات واقية مثبتة على الخوذة للمستخدمين الحفاظ على الرؤية الكاملة أثناء تشغيل المعدات أو القيادة أو المناورة في هذا المجال. تعد الراحة وتوزيع الوزن والتركيب الآمن من الميزات الأساسية لهذه الأنظمة.

يتم تحسين الأجهزة المستندة إلى النطاق للدقة. تم تصميمها مباشرة للربط بالبنادق أو منصات اكتشافها ، فهي غالبًا ما تشمل التراكبات الشبكية ، وميزات التعويض الباليستية ، والإسكان المقاوم للارتداد. سواء كان ذلك للصيد أو الارتباطات التكتيكية ، تتطلب هذه الوحدات محاذاة دقيقة ومتانة وعرة للحفاظ على الأداء تحت الاستخدام المتكرر.

مقارنة أنواع التكنولوجيا لتلبية الاحتياجات المحددة

تقدم كل تقنية رؤية ليلية مزايا تجعلها مناسبة تمامًا لبعض المهام-وغير مناسبة للآخرين. يمكن أن يحد الاختيار الخاطئ من الفعالية أو زيادة المخاطر التشغيلية.

يبرز التصوير الحراري في الظلام الكلي ومن خلال العوائق البيئية مثل دخان الضوء أو فرشاة الضوء. إنه يتفوق على الكشف - تحديد مكان وجود شخص ما أو شيء ما - لكن يفتقر إلى التفاصيل الدقيقة اللازمة للتعرف على الهدف. يمكنك العثور على شخص ، ولكن ليس بالضرورة التعرف عليه.

يوفر تكثيف الصورة تفاصيل أفضل وملف تعريف بصري أكثر طبيعية. يمكنك قراءة العلامات أو التعرف على الوجوه أو تحديد العتاد. ومع ذلك ، فإن اعتمادها على الضوء المحيط والقابلية لتقلبات السطوع المفاجئة تجعلها أقل موثوقية في ظروف غير متوقعة.

الرؤية الليلية الرقمية تجد الأرض الوسطى. إنه يعمل بشكل مطرد عبر مجموعة واسعة من بيئات الضوء ، ويوفر تحسينات وتسجيل رقمي ، ولكنه قد يفتقر إلى الحدة الدقيقة للأجهزة التناظرية في مشاهد خافتة للغاية.

إلى جانب الوظائف الأساسية ، فإن الاعتبارات العملية مثل عمر البطارية ، والوزن ، والعزل المائي ، ودرجة حرارة التشغيل مهمة على قدم المساواة. لا يوجد أفضل جهاز عالميًا - فقط الجهاز الذي يناسب الإعداد الخاص بك.

اختيار جهاز الرؤية الليلية اليمنى

يتضمن اختيار جهاز الرؤية الليلية اليمنى تقييم العديد من العوامل العملية بالتزامن. النظر في التضاريس ، وإضاءة التنبؤ ، والأنواع المستهدفة ، ومستوى تجربة المستخدم. سيحتاج شخص المشي لمسافات طويلة في غابة كثيفة في الليل إلى ميزات مختلفة عن شخص يحرس محيط المنشأة.

تعمل الوحدات الحرارية بشكل أفضل عندما يكون الكشف هو الأولوية والتعرف على الهوية الثانوية. تعمل مكثفات الصورة بشكل جيد عندما يكون الوضوح البصري مهمًا وبعض الضوء المحيط. توازن الأجهزة الرقمية مع الاثنين ، مثالية للمستخدمين للمبتدئين أو متعدد الأغراض الذين يريدون ميزات مثل الفيديو دون متطلبات دقيقة.

سهولة التشغيل أمر بالغ الأهمية أيضًا. هل من السهل تحديد الضوابط والعمل في الظلام أو مع القفازات؟ هل الوحدة بسيطة للتركيب أو التبديل بين الأوضاع؟ تحدد عناصر واجهة المستخدم هذه الموثوقية في العالم الحقيقي مثل مواصفات المستشعر.

وأخيرا ، النظر في لوجستية الطاقة. هل يمكن للمستخدم الوصول إلى محطات الشحن؟ هل ستكون هناك حاجة إلى بطاريات احتياطية؟ في البيئات البعيدة ، قد تملي استراتيجية البطارية المدة التي يبقى فيها الجهاز قابلاً للتطبيق في الحقل.

خاتمة

تعمل أجهزة الرؤية الليلية من خلال مزيج من معالجة الضوء ، والكشف عن الحرارة ، وتقنيات معالجة الصور ، تتماشى كل منها مع تطبيقات العالم الحقيقي المختلفة. تعتمد قدرتهم على تحويل البيئات غير المرئية إلى سيارات مرئية على طريقة التصوير الأساسية - سواء كانت تمثيلية أو رقمية أو حرارية. لأولئك الذين يبحثون عن خيارات قوية وجاهزة للميدان عبر مختلف الاحتياجات التشغيلية ،Aetronixيوفر مجموعة شاملة من حلول الرؤية الليلية التي تقدم الموثوقية والأداء في البيئات التي تهم أكثر.

لاستفسارات المنتج ، تصل إلينا فيcc1535@gmail.comأو زيارةwww.axoptics.com.