ما هي الرؤية الليلية

—شركة سيتشوان بينوك لتقنية البصريات الإلكترونية., المحدودة—

Aجهاز الرؤية الليلية (NVD) أونظارات الرؤية الليلية (NVG) هو جهاز بصري يتيح الرؤية في البيئات ذات الإضاءة المنخفضة أو المظلمة تماما. عن طريق تضخيم مصادر الضوء الخافت (مثل ضوء القمر أو ضوء النجوم) أو باستخدام تقنية الأشعة تحت الحمراء, يحول المشاهد غير المرئية إلى صور يمكن إدراكها للعين البشرية. تستخدم أجهزة الرؤية الليلية على نطاق واسع في العمليات العسكرية, انفاذ, مراقبة الحياة البرية, الملاحة الليلا, ومهام البحث والإنقاذ.

كيف تعمل الرؤية الليلية؟

تنقسم التقنيات الأساسية لأجهزة الرؤية الليلية إلى ثلاث فئات رئيسية: تكثيف الصورة (تغطية الأجيال 1 ل 4), التصوير الحراري, والرؤية الليلية الرقمية. فيما يلي شرح مفصل لمبدأ عمل كل نوع:

يوضح هذا الرسم المبدئي لعمل جيل كلاسيكي 3 (الجنرال 3) جهاز تكثيف الصورة للرؤية الليلية, يوضح كيف يتم تضخيم إشارات الضوء وتحويلها إلى صورة محسنة مرئية من خلال المكونات الداخلية للجهاز. فيما يلي ملخص للمسار الموضح في الرسم البياني:

1. الضوء المحيط الحالي
   • جهاز الرؤية الليلية يلتقط أولا الضوء الخافت المتاح في البيئة (مثل ضوء النجوم أو ضوء القمر). يدخل هذا الضوء النظام البصري الأولي للجهاز.
2. فوتوكاتود
   • الفوتونات الواردة (جسيمات الضوء) ضرب الفوتوكاتود, توليد الإلكترونات. تحول هذه العملية إشارة الضوء إلى إشارة كهربائية (الإلكترونات المولدة بالفوتون).
3. لوحة القناة الدقيقة (MCP)
   • يتم توجيه الإلكترونات المولدة بالفوتونات إلى صفيحة القناة الدقيقة (MCP), مضاعف إلكترونات عالي الجهد. يقوم MCP بتضخيم إلكترون واحد إلى عدد كبير من الإلكترونات (الإلكترونات المضاعفة) من خلال تصادمات متعددة داخل قنواتها, مما يعزز الإشارة بشكل كبير.
4. شاشة الفوسفور
   • تضرب الإلكترونات المضاعفة شاشة الفوسفور, تحفيز المادة الفسفورية لإصدار ضوء مرئي (عادة ما يكون أخضر). هذا يخلق الصورة المحسنة النهائية (الصورة المكثفة).
5. الصورة المكثفة
   • يتم عرض الضوء الأخضر المنبعث من شاشة الفوسفور للمستخدم من خلال عدسة عين أو شاشة, مما ينتج صورة رؤية ليلية ساطعة تجعل الضوء الخافت المحيط مرئيا بوضوح.

المسار العام هو: الضوء المحيط → الفوتوكاتود (الضوء إلى الإلكترونات) → صفيحة ميكرو القناة (ضرب الإلكترونات) → شاشة الفوسفور (الإلكترونات إلى الضوء) → صورة مكثفة. يوضح هذا الرسم البياني بوضوح كيف تستخدم أجهزة الرؤية الليلية تقنية تضاعف الإلكترونات لتوليد صور مرئية في البيئات المظلمة.

1. تقنية تكثيف الصور

تعمل أجهزة تكثيف الصورة للرؤية الليلية عن طريق جمع وتضخيم الضوء المحيط الضعيف (مثل ضوء النجوم أو ضوء القمر), مما يجعلها مناسبة لظروف الإضاءة المنخفضة. المكون المركزي هو أنبوب مكثف الصور, وتعمل العملية كما يلي:

• مجموعة الفوتونات: تلتقط العدسة الفوتونات من البيئة (بما في ذلك الضوء المرئي وبعض الضوء تحت الأحمر القريب).
• تحويل كهروضوئي: تصطدم الفوتونات بفوتوكاتود, تحويلها إلى إلكترونات. تختلف مادة الفوتوكاتود من جيل لآخر (مثلا., S-20 للجيل 1, أرسنيق الغاليوم لجين 3).
• تضخيم الإلكترونات: تدخل الإلكترونات إلى صفيحة ميكروقنالية (MCP, موجود في جين 2 وأعلى), حيث تتسارع بواسطة مجال كهربائي وتتتصادم بجدران القناة, مما يؤدي إلى إطلاق إلكترونات إضافية لتضخيم الإشارة.
• توليد الصور: تضرب الإلكترونات المضخمة شاشة فوسفورية, محولا طاقتهم إلى نقاط ضوء خضراء أو رمادية, تشكل صورة مرئية. يستخدم اللون الأخضر بشكل شائع لأن العين البشرية أكثر حساسية له, وغالبا ما تستخدم شاشات الفوسفور مواد P22 أو P43.
• جيل 1 (الجنرال 1)
  أبسط نوع لتكثيف الصورة, باستخدام فوتوكاتود فقط وتضخيم إلكتروني بسيط بدون MCP. يقدم تضخيم يقارب 1000 مرة, مع احتمال تشوه الحواف, ويتطلب منيئة بالأشعة تحت الحمراء في ظروف مظلمة جدا. المدى الفعال عادة هو 50-100 امتار.
• جيل 2 (الجنرال 2)
  يقدم MCP, مما يعزز تضخيم الإلكترونات بشكل كبير (حوالي 20,000x), مما يؤدي إلى صور أوضح بدقة 40-50 LP/MM (أزواج الخطوط لكل مليمتر). يؤدي أداء أفضل في الإضاءة المنخفضة لكنه لا يزال يحتاج إلى بعض الضوء المحيط.
• جيل 3 (الجنرال 3)
  يستخدم زرنيخيد الجاليوم (GaAs) فوتوكاثود, أكثر حساسية للضوء تحت الأحمر, مقترنة بجهاز MCP محسن, تحقيق تضخيم يصل إلى 50,000x ودقة 64 LP/mm أو أعلى. يوفر عمرا أطول (عن 10,000 الساعات) ويتفوق في الإضاءة المنخفضة جدا.
• جيل 4 (الجنرال 4)
  يستخدم تقنية الفيلم بدون أفلام مغلقة عن طريق إزالة فيلم الحاجز الأيوني الخاص ب MCP, تقليل تشتت الإلكترونات لتقليل الضوضاء ونطاق ديناميكي أوسع. الدقة قد تتجاوز 70 LP/MM, التكيف مع الظروف الساطعة والمظلمة جدا, رغم أنه نادر في الأسواق المدنية بسبب التكلفة العالية.

2. تقنية التصوير الحراري

أجهزة الرؤية الليلية للتصوير الحراري لا تعتمد على الضوء المحيط لكنها تكتشف الإشعاع الحراري بالأشعة تحت الحمراء (الأطوال الموجية ل 8-14 ميكرون) المنبعث من الأجسام. جميع الكائنات, حتى الباردة, يصدر حرارة بناء على فروق درجات الحرارة. مبدأ العمل هو كما يلي:

• كشف الإشعاع الحراري: خلف العدسة يوجد مصفوفة ميكروبولوميتر (عادة ما يصنع من أكسيد الفاناديوم أو السيليكون غير المتبلور), الذي يستشعر الإشعاع تحت الأحمر ويحوله إلى إشارات كهربائية.
• معالجة الإشارات: يتم تضخيم الإشارات ورقمنتها لإنشاء خريطة حرارية. تمثل فروق درجات الحرارة بالألوان الرمادية أو الزائفة (مثلا., وايت هوت, بلاك-هوت, أو أوضاع قوس قزح).
• عرض الصور: تظهر النتيجة على شاشة, عادة ما تظهر الأجسام الدافئة باللون الأبيض أو الأحمر، والأشياء الباردة سوداء أو زرقاء.
• ملامح: أجهزة التصوير الحراري لها دقة أقل (عادة ما تكون 320×240 أو 640×480 بكسل) لكن العمل في ظلام تام, دخان, أو الضباب, تتراوح الكشف من مئات الأمتار إلى عدة كيلومترات (اعتمادا على العدسة وجودة المستشعر).

3 . تقنية الرؤية الليلية الرقمية

تستخدم أجهزة الرؤية الليلية الرقمية حساسات إلكترونية حديثة لالتقاط الضوء وإنتاج صور رقمية, مشابهة للتقنية المستخدمة في الكاميرات الرقمية أو الهواتف الذكية. مبدأ العمل هو كما يلي:

• التقاط الضوء: تجمع العدسة الضوء المرئي والقريب من الأشعة تحت الحمراء (700-1000 نانومتر), إسقاطه على حساس (مثلا., CCD أو CMOS). هذه الحساسات حساسة للأشعة تحت الحمراء, التقاط أطوال موجية غير مرئية للعين البشرية.
• تحويل الإشارة: يقوم المستشعر بتحويل الفوتونات إلى إشارات كهربائية, تكوين البيانات الرقمية الخام. أجهزة استشعار CMOS أكثر شيوعا بسبب انخفاض استهلاك الطاقة والتكلفة, بدقة تتراوح بين 480p إلى 1080p.
• المعالجة الرقمية: معالج إشارة رقمية مدمج (حزب اليسار الديمقراطي) يضخم الإشارة, يقلل الضوضاء, وتحسين الصورة (مثلا., ضبط التباين أو شحذ الحواف). يمكن للمستخدمين اختيار أوضاع العرض مثل الأبيض والأسود, أخضر, أو اللون.
• المساعدة بالأشعة تحت الحمراء: في ظروف عدم وجود إضاءة, مضيء تحت الأحمر المدمج (عادة ما يكون LED 850 نانومتر أو 940 نانومتر) يصدر ضوء تحت الأحمر, والذي ينعكس مرة أخرى إلى المستشعر لتكوين صورة. طول الموجة 940 نانومتر أكثر تخفيا لكنه أقل خفتا قليلا.
• مخرجات الصورة: تعرض الصورة المعالجة على شاشة LCD أو OLED, دعم المعاينة الفورية والتسجيل كفيديو أو صور.

أنواع أجهزة الرؤية الليلية

بناء على توليد التكنولوجيا وتطبيقها, تصنف أجهزة الرؤية الليلية كما يلي:

• جيل 1 (الجنرال 1): تكثيف الصورة الأساسي, التكلفة المنخفضة, يتطلب مساعدة من الأشعة تحت الحمراء.
• جيل 2 (الجنرال 2): مع MCP, صور أوضح.
• جيل 3 (الجنرال 3): زرنيخيد الجاليوم, درجة عسكرية.
• جيل 4 (الجنرال 4): تقنية بدون فيلم, الأداء العالي.
• الرؤية الليلية الرقمية: الحساسات الرقمية, متعدد الوظائف وبأسعار معقولة.
• التصوير الحراري: كشف الحرارة, الأعمال في الظلام التام.

الميزات والمزايا للرؤية الليلية الرقمية

حظيت الرؤية الليلية الرقمية باهتمام في السنوات الأخيرة بسبب ميزاتها الفريدة:

• براعه: تدعم العديد من الأجهزة تسجيل الصور والفيديو, مع خيارات لنقل الواي فاي إلى الهواتف أو الحواسيب وفتحات بطاقات ذاكرة مدمجة. على سبيل المثال, البينوك NVG30 يقدم 2K (2560×1440) تسجيل الفيديو والبث اللاسلكي في الوقت الحقيقي, مع وضع حركة خالي من التأخير 40 هرتز; البينوك NVG50 يضيف التحكم عن بعد قائم على التطبيق لتحسين التسجيل والمشاركة.
• المتانه: مبنية على أجهزة الاستشعار الإلكترونية, هي أقل حساسية للضوء الساطع وقابلة للاستخدام ليلا أو نهارا.. كلاNVG30وNVG50 تتميز بعزل IPX7 للماء, مما يجعلها مرنة في الظروف الخارجية القاسية.
• الفعالية من حيث التكلفة: تكاليف إنتاج أقل مقارنة بجيل 2 أو جين 3 الأجهزة تجعلها أكثر تكلفة معقولة. الNVG30 يقدم قيمة عالية تحت $500, بينماNVG50, أطلقت في 2024, يقدم تصميما أخف وزنا (192g) لتحقيق كفاءة تكلفة أفضل.
• جودة العرض: تسمح الشاشات الإلكترونية بضبط السطوع والدقة, مع أوضاع ألوان متعددة (مثلا., الأبيض والأسود, أخضر, الفسفور الأبيض). الNVG30 يتميز بمجال رؤية 40° (مجال رؤية) وشاشة OLED للمشاهدة شبه الطبيعية; الNVG50 ترقيات إلى مجال رؤية 45° وشاشة 1440p لأوسع, بصريات أكثر حدة.
• المزايا التقنية: تمكن معالجة الإشارات الرقمية من التكامل مع الميزات الحديثة مثل GPS, الطوابع الزمنية, والسطوع التلقائي. الNVG30 يتضمن ضبطا ذكيا لشدة الأشعة تحت الحمراء لظروف إضاءة مختلفة; الNVG50يضيف شاشة قابلة للرفع ومساعدة مؤشر الشبكة, متوافق مع مناظير البنادق, تعزيز أداء الرؤية الليلية بحوالي 30%.
• قابلية النقل والتوافق: الNVG30 يدعم تركيب الخوذة وتركيبات المناظير, مع مضيء تحت الأحمر شبح 940 نانومتر ومدى 600 متر; الNVG50, بحجم 87x65x20مم, هو مضغوط, يدعم البطاريات الداخلية أو الخارجية, وتركيب قضبان بيكاتيني للاستخدام التكتيكي.

تطبيقات أجهزة الرؤية الليلية

الجيش وإنفاذ القانون: العمليات الليلية, المراقبه; الأنواع الرقمية للتسجيل.

الاستخدام المدني: صيد, التخييم; النماذج الرقمية للتصوير الفوتوغرافي.

الترفيه والتكنولوجيا: استكشاف ليلي, التصوير الإبداعي.

المزايا والعيوب

مزايا:

• يوسع الرؤية في الظلام.
• تقنيات متنوعة, قابل للتكيف للغاية.
• تقدم النماذج الرقمية ميزات غنية بتكاليف أقل.

مساوئ:

• الطرازات الفاخرة غالية الثمن.
• تكثيف الصورة يحتاج إلى بعض الضوء.
• قد تتأخر الأنواع الرقمية في الأداء على المدى البعيد.

استنتاج

أجهزة الرؤية الليلية تجاوزت حدود الضوء الطبيعي, تطور منتكثيف الصورة لالتصوير الحراري والتقنية الرقمية. أجهزة مثلبينوك NVG30 وNVG50, بفضل ميزاتها المتقدمة وإمكانية تحمل التكاليف, يجلبون الرؤية الليلية الرقمية إلى الحياة اليومية. مع تحسن الأداء وانخفاض التكاليف, تكنولوجيا الرؤية الليلية على وشك أن تصبح أكثر انتشارا.