Comment fonctionne la vision nocturne Expliquez que Stuff
plusieurs fois de H a quelqu'un dit: « Si vous mangez tous vos carottes, vous serez en mesure de voir dans l'obscurité. » S'il y avait quelque chose de vrai dans ce que, les soldats, les marins et les pilotes ne vont nulle part sans une carotte en peluche dans leur poche. Beaucoup plus utiles sur le champ de bataille sont des lunettes de vision nocturne: les yeux électroniques qui stimulent faible vision nocturne en quelque chose de beaucoup plus puissant. Si vous voulez faire la guerre la nuit ou regarder la faune dans le crépuscule, des lunettes de vision nocturne sont la voie à suivre, mais comment faire exactement ces bits intelligent des ténèbres à son tour kit en lumière? Regardons de plus près!
Comment les animaux voir dans l'obscurité
Les humains sont construits pour vivre le jour et dormir dans l'obscurité. La rétine (la partie -sensible la lumière de nos yeux) a des cellules appelées cônes (pour voir la lumière colorée) et les tiges (pour détecter le mouvement et la lumière faible). Nous avons 20 fois plus de tiges que les cônes (120 millions de tiges et seulement 6 millions de cônes), mais nous ne sommes toujours pas très bon de voir dans l'obscurité.
Photo: Le tatou est généralement une créature de la nuit. Photo par John et Karen Hollingsworth avec la permission de US Fish and Wildlife Service.
Les humains ne peuvent pas utiliser ces astuces. Nos élèves plus ouverts dans la pénombre, mais pas assez large pour nous aider beaucoup la nuit. Nos yeux n'ont pas assez tiges et nous ne disposons pas de tapetum. Alors, que pouvons-nous faire pour voir la nuit? Nous pouvons atteindre la technologie!
Comment inventer la vision nocturne
Photo: Dispositif de vision Land Warrior PVS-14 la nuit. Photo gracieuseté de l'armée américaine.
Imaginez que votre travail consiste à inventer une paire de lunettes qui vous aideront les gens voient la nuit. Il est évident que vous avez à faire. Les rayons lumineux se rendront dans les verres à l'avant, vous devez donc les capturer en quelque sorte, les renforcer en force, puis leur mettre le feu dans les yeux de la personne. Mais comment pouvez-vous capturer et stimuler la lumière? Jumelles. télescopes, et même des lunettes ordinaires apporteront la lumière à une mise au point, mais ils ne le font pas plus reluisant. Il est facile d'inventer une paire de lunettes qui font des choses gradateur: vous venez de recouvrir les lentilles avec quelque chose qui absorbe une partie de la lumière et voilà comment des lunettes de soleil fonctionnent. Mais les lunettes qui font des choses plus lumineux sont un défi de taille.
Photo: lunettes de vision nocturne sont une extension de votre propre vision. Photo de Kenneth R. Hendrix avec la permission de l'US Navy.
Électricité. d'autre part, il est très facile d'augmenter la force. Les gens ont inventé toutes sortes d'appareils électriques qui prennent un petit courant électrique (flux d'électricité) à une extrémité et produisent un plus grand débit à l'autre. Quelque chose qui fait cela est appelé un amplificateur. Une aide auditive. par exemple, utilise un composant électronique minuscule appelé un transistor pour amplifier les sons (augmenter leur volume) capturé par un microphone afin que quelqu'un malentendant peut les écouter plus facilement. Une guitare électrique utilise un amplificateur beaucoup plus puissant pour tourner la plumaison des sons les cordes font en sons qui peuvent remplir un stade.
Voici donc un moyen d'inventer des lunettes qui amplifient la lumière. Et si nous tournons la lumière en électricité, stimuler l'électricité, puis allumez l'électricité boosté retour à la lumière? Cela devrait rendre la lumière plus brillante afin que nous puissions voir même la nuit. Cette astuce de sondage peu probable n'a pas vraiment et fonctionne, il est comment des lunettes de vision nocturne nous aident à voir.
Comment des lunettes de vision nocturne fonctionnent-ils?
lunettes de vision nocturne stimuler une scène sombre, sombre dans une série d'étapes simples:
- faible lumière d'une scène nocturne entre dans la lentille à l'avant. La lumière est faite de photons (particules de lumière) de toutes les couleurs.
- Comme les photons entrent dans les lunettes, ils frappent une surface sensible à la lumière appelée photocathode. Il est un peu comme un panneau solaire très précis: il est le travail est de convertir les photons en électrons (les particules minuscules, subatomiques qui transportent l'électricité autour d'un circuit).
- Les électrons sont amplifiés par un photomultiplicateur. une sorte de cellule photoélectrique. Chaque électron entrant dans les résultats photomultiplicateurs dans beaucoup d'autres électrons quittant.
- Les électrons qui quittent le photomultiplicateur frappé un écran de phosphore. similaire à l'écran dans une télévision ancienne. Comme les électrons ont frappé le phosphore, ils créent de petits éclairs de lumière.
- Comme il y a beaucoup plus de photons que l'origine est entré les lunettes, l'écran fait une version beaucoup plus brillante de la scène originale.
Photo: Création de explainthatstuff.com basée sur la photo au-dessus, avec la permission de l'armée américaine. S'il vous plaît noter que ceci est une illustration générale de ce qui se passe dans des lunettes de vision nocturne; il ne représente pas précisément comment le dispositif Land Warrior montre la photo fonctionne réellement.
En pratique
En réalité, comme vous pouvez le voir sur cette illustration de brevet d'une vision nocturne de type Land Warrior monoculaire conçu par Gary Palmer d'ITT, l'image-stimuler photocathode photomultiplicateur-le intensificateurs d'image composants-ne représentent que la partie centrale d'un plus complexe ( mais encore relativement classique) système optique. Ne pas confondre par tous les détails; J'ai coloré en mettant en lumière quelques-uns des bits clés pour montrer comment tout va ensemble. En utilisant les chiffres de l'œuvre et le travail de gauche à droite: 40 est l'objectif (la lentille le plus proche de l'objet que vous regardez); 42 est essentiellement un mécanisme de focalisation; 50 est l'unité d'intensificateur d'image (correspondant à 2,3 parties et 4 de mes illustrations simplifiées ci-dessus); 54 est un collimateur qui se rétrécit et aligne les rayons lumineux passant à travers elle; 58 et 62 sont des miroirs; 14 est l'oculaire. Dans la partie inférieure, 78 est un régulateur de tension et 81 est le bloc-batterie.
Pourquoi regarder tout vert à travers des lunettes de vision nocturne?
Photo: lunettes de vision nocturne doivent être propres comme des lunettes ordinaires. Ici, un travailleur de l'électronique est le nettoyage de la photomultiplicateur (également appelé un tube d'intensification de l'image). Photo courtoisie Tracey Condi de l'armée américaine.
Même la nuit, les photons qui ont frappé la lentille à l'avant des lunettes de vision nocturne transportent la lumière de toutes les couleurs. Mais quand ils sont convertis en électrons, il n'y a aucun moyen de conserver ces informations. En effet, l'entrée, la lumière colorée est transformé en noir et blanc. Pourquoi, alors, ne pas lunettes de vision de nuit regarder en noir et blanc? Les luminophores sur leurs écrans sont délibérément choisis pour faire des images vertes parce que nos yeux sont plus sensibles à la lumière verte. Il est également plus facile de regarder les écrans verts pendant de longues périodes que de regarder les noirs et blancs (c'est pourquoi premiers écrans d'ordinateur ont tendance à être vert). Par conséquent, des lunettes de vision nocturne ont leur caractéristique, lueur verte étrange.
Que faire s'il n'y a vraiment pas de lumière?
lunettes de vision nocturne comme ceux décrits ci-dessus sont parfois appelés intensificateurs d'image. parce qu'ils prennent la petite quantité de lumière qui est disponible dans l'obscurité près et stimuler assez pour nos yeux pour voir. Mais parfois, il est tout simplement pas assez de lumière pour ce faire et des lunettes intensificateur d'image ne fonctionnent tout simplement pas. Supposons, par exemple, vous êtes un pompier essayant de voir s'il y a quelqu'un coincé à l'intérieur d'un immeuble rempli de fumée, un intensificateur d'image serait aussi inutile que vos propres yeux.
Photo: puissant, des caméras d'imagerie thermique sont vraiment utiles aux pompiers qui travaillent dans des endroits où la visibilité des limites de fumée denses. Photo courtoisie Jo Wilbourn de la Marine américaine.
Photo: Une image thermique infrarouge (thermogramme) d'une voiture garée en plein soleil: ici différentes couleurs montrent des températures différentes, avec le plus chaud et le bleu le plus froid rouge et jaune. Vous pouvez voir comment l'intérieur de la voiture et sa carrosserie en métal sont beaucoup plus chaud que l'air extérieur. Photo gracieuseté du Département américain de l'énergie.
L'alternative est d'utiliser ce qu'on appelle l'imagerie thermique. Au lieu de chercher la lumière que les objets reflètent, nous cherchons la chaleur qu'ils dégagent à la place. En général, les êtres vivants qui se déplacent dans l'obscurité vont être plus chaud que leur environnement; qui va pour les véhicules et les machines aussi. objets chauds émettent un rayonnement infrarouge. qui est un type similaire de l'énergie à la lumière, mais avec une longueur d'onde légèrement plus long (fréquence inférieure). Il est relativement facile de faire une caméra qui capte le rayonnement infrarouge et le convertit en lumière visible: elle fonctionne comme un appareil photo numérique sauf que la puce de détecteur d'image (soit un dispositif à couplage de charge (CCD) ou un capteur d'image CMOS) répond à l'infrarouge à la place de la lumière visible; elle produit encore une image visible sur un écran de la même manière comme un appareil photo numérique ordinaire. D'autres types de caméras thermiques utilisent des couleurs différentes pour indiquer des objets de différentes températures et ils sont couramment utilisés pour montrer des choses comme la perte de chaleur des bâtiments mal isolés.
Comment fonctionne un capteur d'image thermique?
Les principales composantes de l'image gauche sont:
- 12 et 12A. Casque de protection et le capuchon (jaune).
- 18. Étui pour unité de détection d'image (gris).
- 18A. Ouverture à la lentille de la caméra et le capteur d'image (orange).
- 22. Affichage d'oculaire monoculaire (rouge).
- 24. Bendy bras câbles transportant du au capteur d'image à afficher (bleu clair).
- 44. Interrupteur marche / arrêt (violet).
Le droit (explosé) image montre également:
- 36. Caméra infrarouge (jaune).
- 38. Batterie (orange).
- 40 et 42. cartes de circuits de traitement et d'affichage d'imagerie (vert).