۱۳۹۹-۰۹-۰۸

دوربینهای دیـد شبانـه

  • توسط تیم تحریریه گروه نشریات ایران آلارم
  • ۳ سال قبل
  • بدون دیدگاه
دوربينهاي ديـد شبانـه

دوربینهای دیـد شبانـه

مقدمه

تجهیزات دید شبانه چگونه کار می کنند ؟

تمامی سیستمهای دید شبانه تصویر بهبود یافته الکترونیکی تهیه می کنند . یک سیستم دید در شب مانند سایر سیستمهای روزانه ، دارای المان اپتیکی همچون لنز ، منشور و آیینه بوده و در کنار هم با در نظر گرفتن اصول اپتیکی خاص خود طراحی و بکار گرفته شده اند . علاوه بر اینها از عنصری بنام سلول تقویت تصویر در دوربینها بکارگیری شده است . این عنصر می تواند امکان مشاهده تصویر را در تاریکی حدود چند هزارم لوکس ( شرایط نور ماه و ستاره ) فراهم نماید .
در قلب هر سیستم شبانه ابزاری بنام لامپ تشدید کننده نور وجود دارد که به آن (Light Intesifier Tube ) می گویند . این لامپ نور موجود را جمع کرده ( بعضی اوقات نور مرئی و بعضی اوقات نور مادون قرمز ) و نور را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند . این الکتریسیته خیلی کم سپس تقویت شده و تصویر یک صحنه را برای ما نشان می دهد . مقابل لامپ ( محلی که تبدیل نور به الکتریسیته انجام می شود ) فتو کاتد نامیده می شود . ( قطر فتوکاتد در دوربین دید در شب ۲۵ میلیمتر است )
تمامی سیستمهای دید شبانه تک رنگ هستند . به عبارت دیگر رنگهای گوناگون را نشان نمی دهند و تصاویر را به رنگ سبز تیره نشان می دهند . علت انتخاب این رنگ بدلیل این است که چشم انسان نسبت به این رنگ حساسیت بیشتری دارد .

۲ – دوربینهای دید در شب (Night Vision System )

شیوه کار دوربینهای دید در شب در نتیجه داشتن محدوده ای از نور ، مانند نور مهتاب و ستاره ( درحالتPassive ) و یا نور مادون قرمز ( در حالت Active ) می باشد . این نور که از فوتونها ساخته شده است در یک لامپ فوتونی جمع شده و از آنجا فوتونها به الکترون تبدیل می شوند . سپس الکترونها به واسطه الکتریسیته و فرایند شیمیایی ، مقدار بسیار بزرگی تقویت می شوند . الکترونها بعد از آن بسوی یک پرده فسفری جهت نمایان شدن تصویر پرتاب شده و ما می توانیم از میان عدسی چشمی دوربین ، تصویر تشکیل شده را که به رنگ سبز می باشد مشاهده نماییم . ساختمان داخلی یک نمونه دوربین در شکل ذیل نشان داده شده است. (نسل اول )

دوربینهای دیـد شبانـه

۳ – سیستم کار دوربین دید در شب

طرز کار دوربینهای دید در شب به دو صورت فعال (Active ) و غیر فعال (Passive ) می باشد .
۳-۱ – حالت فعال (Active )
در این حالت دوربین با استفاده از نور مادون قرمز (Infrared Radiation ) کار می کند . طرز کار بدین صورت است که اشعه مادون قرمز بوسیله یک لیزر ( نا مرئی ) یا نور افکن ( مرئی ) به طرف موضوع مورد نظر فرستاده می شود و با استفاده از این نور ارسالی تصویر موضوع را می توان در دوربین مشاهده نمود.
۳-۲ – حالت غیر فعال (passive )
در این حالت کار سیستم دوربین ، تشدید نور حاصله از ستارگان یا ماه می باشد. در واقع در حالت passive دوربین از خود هیچ گونه پرتو نورانی چه مرئی و چه نامرئی ساطع نمی کند . بنابراین در هنگام استفاده در مقابل دشمن ، از نظر دشمن کاملاً محفوظ باقی می ماند و این یک مزیت نسبت به حالت active می باشد.
در واقع دوربین های دید در شب با این نوع سیستم کاری با تقویت نوری که از هدف باز تابیده می شود و رسانیدن آن به اندازه ای که بوسیله چشم انسان قابل تشخیص باشد ، امکان دید در شب را بوجود می آورند.
۴ – امواج مرئی ( Visible Waves )
طیف مرئی تنها محدوده ای است که بدون نیاز به هیچگونه وسیله ای می توان آنرا رؤیت کرد و دامنه طول موج آن عبارت است از : ۴۰۰ nm – ۷۶۰ nm
۵ – امواج مادون قرمز (Infrared Radiaton )
مادون قرمز بخشی از طیف الکترومغناطیسی است که دارای طول موجی بین ( nm 760 – mm 1 ) می باشد .معمولاً مادون قرمز را به سه قسمت نزدیک (Near Infrared ) ، میانی (Mid Infrared ) و دور (Far Infrared ) تقسیم می کنند که در ذیل بیان شده است . لازم بذکر است که فرکانس مادون قرمز بین ( T HZ 100 – T HZ 1 ) می باشد .

۶ – اجزاء مهم تشکیل دهنده دوربین دید در شب :

هر دستگاه دوربین دید در شب دارای اجزای مختلفی می باشد که به صورت ذیل است. لازم به ذکر است که عدسی شیئی
سلول تقویت تصویر و عدسی چشمی از اجزای مهم اصلی دوربین می باشند.

۶-۱ – مجموعه شیئی :

مجموعه لنزهای شیئی عمل جمع آوری نور بازتابی موجود در صحنه و متمرکز کردن آن بر روی کاتد سلول تقویت تصویر را انجام می دهند. در صورت ساکن بودن مجموعه شیئی ، عمل کانونی کردن مجموعه روی اشیاء مورد نظر در صحنه بوسیله تغییر موقعیت سلول تقویت در مقر خود نسبت به لنزهای شیئی انجام می گیرد .

۶-۲ – سلول تقویت تصویر :

سلول تقویت تصویر ، نور کانونی شده بوسیله عدسی شیئی را توسط فتو کاتد دریافت نموده و پس از تقویت آن تصویری با شدت قابل رویت بروی صفحه فتو فسفر ( صفحه نمایشگر ) ایجاد می نماید . مجموعه چشمی که بروی صفحه نمایشگر کانونی شده است تصویر حاصل را با بزرگنمایی جهت رویت به خارج از مجموعه ارسال می کند . سلول تقویت مجهز به سیستم تثبیت کننده بهره جریان خروجی می باشد که علاوه بر تغییرات شدت نور صحنه همواره دارای خروجی ثابت می باشد . همچنین بهره گیری از کنترل اتوماتیک روشنایی (ABC ) ، سلول تقویت را از آسیب مربوط به عبور نور از منابع روشنایی با شدت بیش از حد مجاز محافظت خواهد نمود .
این عنصر می تواند امکان مشاهده تصویر را در تاریکی حدود چند هزارم لوکس ( LUX ) ( شرایط نور ماه و ستاره ) فراهم نماید.

دوربینهای دیـد شبانـه

۶-۳ – مجموعه چشمی :

مجموعه چشمی که بروی صفحه نمایشگر کانونی شده است عمل بزرگنمایی تصویر تشکیل شده روی صفحه نمایشگر را جهت رویت بوسیله چشم انسان بر عهده دارد . در دوربینها سیستم عدسی از نوع یک چشمی (Monocular ) و یا دو چشمی (Bincular ) می باشد که بعداً به شرح آنها خواهیم پرداخت .
نکته : مجموعه چشمی دارای قابلیت تنظیم برای تعیین میزان تصحیح چشم می باشد که امکان استفاده از سیستم برای افراد مختلف و با قدرت دیدهای متنوع را فراهم می کند . این تصحیح بوسیله تنظیم حلقه کانونی کننده چشمی صورت می پذیرد و واحد آن دیوپتر (Diopter ) است .

۶-۴ – مجموعه رتیکل :

مجموعه رتیکل در مرکز لنزهای مجموعه شیئی تعبیه شده و بوسیله دکمه های کنترل که روی بدنه مجموعه شیئی قرار گرفته اند عمل تنظیم در سمت و برد را انجام می دهند . این کار به این صورت است که تصویری از سطح رتیکل روی فتو کاتد سلول تقویت ایجاد می شود که این تصویر با تصویر تشکیل شده توسط مجموعه شیئی از موضوع مورد نظر به هم منطبق می گردند .
شکل زیر تصویر تشکیل شده یک موضوع توسط اجزاء داخلی یک دوربین نشان داده شده است .

دوربینهای دیـد شبانـه

 

۷ – تکنولوژی دوربینهای دید در شب (Generation )

چند سطح از تکنولوژی دوربینهای دید در شب که در سطح جهان به نسلهای ۰ ، ۱ ، ۲ ، ۳ و ۴ شناخته می شوند ، در ذیل مورد بعث قرار می گیرد :

۷-۱ – نسل صفر (Generation – ۰ )

این نسل از دوربینها اولین دستگا ههای دید شبانه بودند که برای استفاده ارتش آمریکا تولید شدند. آنها جهت کار به یک ماه کامل و یا یک نور افکن مادون قرمز و برای حمل آنها به اطراف ، به یک کامیون ، رزم ناو و … نیاز داشتند . آنها خیلی عملی و موثر نبودند و هیچ یک از سیستمهای نسل صفر فروخته نشد.

۷-۲ – نسل یک (Generation – ۱ )

دوربینهای این نسل بیشترین سیستمهای دید شبانه موجود در بازار هستند. در این نسل انرژی نور ( فوتونها ) توسط لنزهای دارای روزنه گشاد شبیه به لنزهایی که در دوربین های دو چشمی با کیفیت بالا استفاده می شود ، جمع می شود. فوتونها در اولین قسمت از LIT ( Light Intensifier Tube ) که فتوکاتد نام دارد متمرکز می شوند . سطح درونی فتوکاتد توسط یک ماده فسفری که نور را به الکتریسته تبدیل می کند پوشانده می شود. وقتی فوتونی به مولکول فسفر اصابت می کند الکترونی ساتع می شود . موقعی تبدیل فوتون ( انرژی نور ) به الکترون ( انرژی الکتریکی ) اتفاق می افتد که انرژی فوتون به مولکول فسفر اضافه می شود و سطح انرژی فسفر را تا نقطه ای که ناپایدار شود بالا می برد.
مولکول فسفر سپس الکترونی ساتع می کند تا به سطح پایدار خودش باز گردد . این فرایند فوتونها را به الکترونها تبدیل می کند . الکترونها به وسیله فتوکاتد ساتع می شوند و سپس توسط یک میدان ولتاژ بالا به سوی انتهای خروجی LIT شتاب داده می شوند . چون الکترونها دارای بار منفی هستند یک میدان دارای بار مثبت موجب جذب آنها خواهد شد و سرعت پایین می آید. سپس یک لیست از حلقه های ماده ای شکل داده شده مخصوص برای حفظ تمرکز الکترونها در لامپ افزوده می شود سپس الکترونها دارای انرژی بالا به آن حلقه هایی که با یک لایه فسفر به روی شیشه ای پوشانده شده اند برخورد می کنند . انرژی الکترونها افزوده می شود تا مولکول های فسفر ناپایدار شوند ( برعکس فرایند اصلی مولکول فسفر ) ، سپس فوتونهای بیشتری ساتع می کند تا به وضعیت قبلی پایدار باز گردد و این فوتونها توسط کاربر دیده می شوند .

۷-۳ – نسل دوم (Generation – ۲ )

در دوربین های نسل دوم روشی متفاوت برای افزایش الکترون در فتوکاتد بکار گیری شد . در اینجا تقویت به وسیله ابزاری که صفحه تقویت کانال نامیده می شود کامل می گردد . صفحه تقویت کانال شامل چندین میلیون لامپ شیشه ای کوتاه که فقط حدود ۱۰میکرون ضخامت داشته و حدود ۱۲ میکرون از هم فاصله دارند ، می باشد که به وسیله میکروسکوپ به صورت خانه به خانه مشابه لانه زنبور مشاهده می شود . هر لامپ در حالت تکی به طور کلی به صورت خانه ای کوچک است که به صفحه کانال کوچک (Micro Channel Plate ) متصل است .
MCP صفحه ای است که برای افزایش الکترون بعد از فتوکاتد در لامپ قرار می گیرد . با برخورد کردن الکترون به این دیوار سبب می شود که الکترون بیشتری جدا شده ، که این باعث وضوح تصویر در لامپ می شود . برخورد شدید الکترون باعث می شود که جدا شدن الکترون بصورت تصاعدی باشد که در این حالت تکثیر الکترون در حدود سی هزار یا بیشتر خواهد بود. تجهیزات دوربین های نسل دوم دید در شب ، از لحاظ رزولوشن و روشنایی تصویر ، کیفیت بهتری نسبت به نسل اول دارند.

۷-۴ – نسل دوم + (Generation – ۲ + )

در بعضی اوقات شما مرجعی از یک دوربین دید در شب نسل +۲ پیدا می کنید که سازنده برای دوربین های خود از لامپ های نسل دوم استفاده کرده است . تکنولوژی لامپ نسل دوم بدلیل استفاده زیاد آن مانند استاندارد نسل ND2 تهیه شد و دارای یک تصویر مناسب است . ( در حال حاضر هم ممتاز هستند )

۷-۵ – نسل سوم (Generation – ۳ )

نسل سوم از لحاظ ساختمان خیلی مشابه نسل دوم است و تفاوت اصلی آن در صفحه آشکار سازی است که در نسل سوم از نوع گالیم آرسناید (Ga AS ) می باشد و این باعث مطلوب تر شدن آن شده است . صفحه آشکار ساز از نوع Ga AS از طیف مادون قرمز ( که در شب فروان تر است ) حساستر می باشد . در واقع صفحه آشکار ساز گالیم آرسناید باعث تقویت نور بیشتری می شود . ( بفرض یک واحد حساستر )
در اینجا MCP با یک پرده نازک از یون پوشانده می شود تا عمر لامپ افزایش یابد.
نکته : تجهیزات دید در شب نسل سوم بدون تردید بهترین تجهیزات دید در شب هستند اگرچه دو اشکال عمده دارند :
الف ) نسل سوم در ارتش و ایالات متحده رایج است و بصورت محدود در دسترس ارتش ، پلیس و دیگر کاربران دولتی قرار گرفته است.
ب ) دستگاههای نسل سوم خیلی گران قیمت هستند زیرا عناصر کمیاب در ساختمان آنها به کار برده شده است بطوری که آنها در حدود ۱۰ برابر گران تر از تجهیزات نسل دوم هستتند.

۷-۶ – نسل سوم + (Generation 3+ )

نسل سوم + از لحاظ ساختمان مشابه نسل سوم است و تفاوت آن در صفحه آشکار سازی است .

۷-۷ – نسل چهارم (Generation –۴ )

نسل چهارم دروازه ورودی تکنولوژی بدون فیلم ، بزرگترین تکنولوژی شکست میانی در افزایش تصویر ، از ده سال گذشته می باشد . سیستم نسل ۴ بوسیله برطرف کردن مانع یونی فیلم ، فرق قابل توجه ای را در محدوده آشکار سازی هدف و رزولوشن ، بخصوص در نور های بسیار کم نشان داد . استفاده از تکنولوژی بدون فیلم و منبع توان ورودی اتوماتیکِ نسل ۴ منجر می شوند به :
بهبود بالای ۱۰۰ در صد در واکنش نوری
کار آیی بسیار خوب در سطح نورهای بشدت کم ( بهبود سیگنال به نویز و EBI (Eclaivalent Background Illumination )
سه برابر کردن سطح روشنایی رزولوشن ( یک مینیمم از ۳۶ LP/mm نسبت به ۱۲ LP/mm )

نکته : LP/mm (Line Pairs Per Millimeter ) واحد رزولوشن می باشد و جفت خط در واحد میلیمتر است .
نسل ۴ با بهبود قابل توجه در سطح کنتراست نور و کار آیی در همه حالات نور ، اوجی از کار آیی خطی در عرضه دوربینهای دید در شب می باشد . در نسل ۴ صفحه میکرو کانال (MCP ) بدون فیلم یک نسبت سیگنال به نویز بیشتری نسبت به نسل ۳ را فراهم کرده است که در نتیجه کیفیت تصویر بهتری در کمترین نور را ایجاد می کند . ورودی منبع توان بیشتر ، رزولوشن تصویر در شرایط نور خیلی پایین را بهبود می بخشد . و این افزایش قابل توجه ای از محدوده آشکار سازی سیستمها را باعث شده است .
در شکل زیر تقسیم بندی برای نسلهای مختلف نشان داده شده است .

قبلی «
بعدی »

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *