مقدمه
تجهيزات ديد شبانه چگونه كار مي كنند ؟
تمامي سيستمهاي ديد شبانه تصوير بهبود يافته الكترونيكي تهيه مي كنند . يك سيستم ديد در شب مانند ساير سيستمهاي روزانه ، داراي المان اپتيكي همچون لنز ، منشور و آيينه بوده و در كنار هم با در نظر گرفتن اصول اپتيكي خاص خود طراحي و بكار گرفته شده اند . علاوه بر اينها از عنصري بنام سلول تقويت تصوير در دوربينها بكارگيري شده است . اين عنصر مي تواند امكان مشاهده تصوير را در تاريكي حدود چند هزارم لوكس ( شرايط نور ماه و ستاره ) فراهم نمايد .
در قلب هر سيستم شبانه ابزاري بنام لامپ تشديد كننده نور وجود دارد كه به آن (Light Intesifier Tube ) مي گويند . اين لامپ نور موجود را جمع كرده ( بعضي اوقات نور مرئي و بعضي اوقات نور مادون قرمز ) و نور را به انرژي الكتريكي تبديل مي كند . اين الكتريسيته خيلي كم سپس تقويت شده و تصوير يك صحنه را براي ما نشان مي دهد . مقابل لامپ ( محلي كه تبديل نور به الكتريسيته انجام مي شود ) فتو كاتد ناميده مي شود . ( قطر فتوكاتد در دوربين ديد در شب 25 ميليمتر است )
تمامي سيستمهاي ديد شبانه تك رنگ هستند . به عبارت ديگر رنگهاي گوناگون را نشان نمي دهند و تصاوير را به رنگ سبز تيره نشان مي دهند . علت انتخاب اين رنگ بدليل اين است كه چشم انسان نسبت به اين رنگ حساسيت بيشتري دارد .
2 – دوربينهاي ديد در شب (Night Vision System )
شيوه كار دوربينهاي ديد در شب در نتيجه داشتن محدوده اي از نور ، مانند نور مهتاب و ستاره ( درحالتPassive ) و يا نور مادون قرمز ( در حالت Active ) مي باشد . اين نور كه از فوتونها ساخته شده است در يك لامپ فوتوني جمع شده و از آنجا فوتونها به الكترون تبديل مي شوند . سپس الكترونها به واسطه الكتريسيته و فرايند شيميايي ، مقدار بسيار بزرگي تقويت مي شوند . الكترونها بعد از آن بسوي يك پرده فسفري جهت نمايان شدن تصوير پرتاب شده و ما مي توانيم از ميان عدسي چشمي دوربين ، تصوير تشكيل شده را كه به رنگ سبز مي باشد مشاهده نماييم . ساختمان داخلي يك نمونه دوربين در شكل ذيل نشان داده شده است. (نسل اول )
3 – سيستم كار دوربين ديد در شب
طرز كار دوربينهاي ديد در شب به دو صورت فعال (Active ) و غير فعال (Passive ) مي باشد .
3-1 – حالت فعال (Active )
در اين حالت دوربين با استفاده از نور مادون قرمز (Infrared Radiation ) كار مي كند . طرز كار بدين صورت است كه اشعه مادون قرمز بوسيله يك ليزر ( نا مرئي ) يا نور افكن ( مرئي ) به طرف موضوع مورد نظر فرستاده مي شود و با استفاده از اين نور ارسالي تصوير موضوع را مي توان در دوربين مشاهده نمود.
3-2 – حالت غير فعال (passive )
در اين حالت كار سيستم دوربين ، تشديد نور حاصله از ستارگان يا ماه مي باشد. در واقع در حالت passive دوربين از خود هيچ گونه پرتو نوراني چه مرئي و چه نامرئي ساطع نمي كند . بنابراين در هنگام استفاده در مقابل دشمن ، از نظر دشمن كاملاً محفوظ باقي مي ماند و اين يك مزيت نسبت به حالت active مي باشد.
در واقع دوربين هاي ديد در شب با اين نوع سيستم كاري با تقويت نوري كه از هدف باز تابيده مي شود و رسانيدن آن به اندازه اي كه بوسيله چشم انسان قابل تشخيص باشد ، امكان ديد در شب را بوجود مي آورند.
4 – امواج مرئي ( Visible Waves )
طيف مرئي تنها محدوده اي است كه بدون نياز به هيچگونه وسيله اي مي توان آنرا رؤيت كرد و دامنه طول موج آن عبارت است از : 400 nm – 760 nm
5 – امواج مادون قرمز (Infrared Radiaton )
مادون قرمز بخشي از طيف الكترومغناطيسي است كه داراي طول موجي بين ( nm 760 – mm 1 ) مي باشد .معمولاً مادون قرمز را به سه قسمت نزديك (Near Infrared ) ، مياني (Mid Infrared ) و دور (Far Infrared ) تقسيم مي كنند كه در ذيل بيان شده است . لازم بذكر است كه فركانس مادون قرمز بين ( T HZ 100 – T HZ 1 ) مي باشد .
6 – اجزاء مهم تشكيل دهنده دوربين ديد در شب :
هر دستگاه دوربين ديد در شب داراي اجزاي مختلفي مي باشد كه به صورت ذيل است. لازم به ذكر است كه عدسي شيئي
سلول تقويت تصوير و عدسي چشمي از اجزاي مهم اصلي دوربين مي باشند.
6-1 – مجموعه شيئي :
مجموعه لنزهاي شيئي عمل جمع آوري نور بازتابي موجود در صحنه و متمركز كردن آن بر روي كاتد سلول تقويت تصوير را انجام مي دهند. در صورت ساكن بودن مجموعه شيئي ، عمل كانوني كردن مجموعه روي اشياء مورد نظر در صحنه بوسيله تغيير موقعيت سلول تقويت در مقر خود نسبت به لنزهاي شيئي انجام مي گيرد .
6-2 – سلول تقويت تصوير :
سلول تقويت تصوير ، نور كانوني شده بوسيله عدسي شيئي را توسط فتو كاتد دريافت نموده و پس از تقويت آن تصويري با شدت قابل رويت بروي صفحه فتو فسفر ( صفحه نمايشگر ) ايجاد مي نمايد . مجموعه چشمي كه بروي صفحه نمايشگر كانوني شده است تصوير حاصل را با بزرگنمايي جهت رويت به خارج از مجموعه ارسال مي كند . سلول تقويت مجهز به سيستم تثبيت كننده بهره جريان خروجي مي باشد كه علاوه بر تغييرات شدت نور صحنه همواره داراي خروجي ثابت مي باشد . همچنين بهره گيري از كنترل اتوماتيك روشنايي (ABC ) ، سلول تقويت را از آسيب مربوط به عبور نور از منابع روشنايي با شدت بيش از حد مجاز محافظت خواهد نمود .
اين عنصر مي تواند امكان مشاهده تصوير را در تاريكي حدود چند هزارم لوكس ( LUX ) ( شرايط نور ماه و ستاره ) فراهم نمايد.
6-3 – مجموعه چشمي :
مجموعه چشمي كه بروي صفحه نمايشگر كانوني شده است عمل بزرگنمايي تصوير تشكيل شده روي صفحه نمايشگر را جهت رويت بوسيله چشم انسان بر عهده دارد . در دوربينها سيستم عدسي از نوع يك چشمي (Monocular ) و يا دو چشمي (Bincular ) مي باشد كه بعداً به شرح آنها خواهيم پرداخت .
نكته : مجموعه چشمي داراي قابليت تنظيم براي تعيين ميزان تصحيح چشم مي باشد كه امكان استفاده از سيستم براي افراد مختلف و با قدرت ديدهاي متنوع را فراهم مي كند . اين تصحيح بوسيله تنظيم حلقه كانوني كننده چشمي صورت مي پذيرد و واحد آن ديوپتر (Diopter ) است .
6-4 – مجموعه رتيكل :
مجموعه رتيكل در مركز لنزهاي مجموعة شيئي تعبيه شده و بوسيله دكمه هاي كنترل كه روي بدنه مجموعه شيئي قرار گرفته اند عمل تنظيم در سمت و برد را انجام مي دهند . اين كار به اين صورت است كه تصويري از سطح رتيكل روي فتو كاتد سلول تقويت ايجاد مي شود كه اين تصوير با تصوير تشكيل شده توسط مجموعه شيئي از موضوع مورد نظر به هم منطبق مي گردند .
شكل زير تصوير تشكيل شده يك موضوع توسط اجزاء داخلي يك دوربين نشان داده شده است .
7 – تكنولوژي دوربينهاي ديد در شب (Generation )
چند سطح از تكنولوژي دوربينهاي ديد در شب كه در سطح جهان به نسلهاي 0 ، 1 ، 2 ، 3 و 4 شناخته مي شوند ، در ذيل مورد بعث قرار مي گيرد :
7-1 – نسل صفر (Generation – 0 )
اين نسل از دوربينها اولين دستگا ههاي ديد شبانه بودند كه براي استفاده ارتش آمريكا توليد شدند. آنها جهت كار به يك ماه كامل و يا يك نور افكن مادون قرمز و براي حمل آنها به اطراف ، به يك كاميون ، رزم ناو و … نياز داشتند . آنها خيلي عملي و موثر نبودند و هيچ يك از سيستمهاي نسل صفر فروخته نشد.
7-2 – نسل يك (Generation – 1 )
دوربينهاي اين نسل بيشترين سيستمهاي ديد شبانه موجود در بازار هستند. در اين نسل انرژي نور ( فوتونها ) توسط لنزهاي داراي روزنه گشاد شبيه به لنزهايي كه در دوربين هاي دو چشمي با كيفيت بالا استفاده مي شود ، جمع مي شود. فوتونها در اولين قسمت از LIT ( Light Intensifier Tube ) كه فتوكاتد نام دارد متمركز مي شوند . سطح دروني فتوكاتد توسط يك ماده فسفري كه نور را به الكتريسته تبديل مي كند پوشانده مي شود. وقتي فوتوني به مولكول فسفر اصابت مي كند الكتروني ساتع مي شود . موقعي تبديل فوتون ( انرژي نور ) به الكترون ( انرژي الكتريكي ) اتفاق مي افتد كه انرژي فوتون به مولكول فسفر اضافه مي شود و سطح انرژي فسفر را تا نقطه اي كه ناپايدار شود بالا مي برد.
مولكول فسفر سپس الكتروني ساتع مي كند تا به سطح پايدار خودش باز گردد . اين فرايند فوتونها را به الكترونها تبديل مي كند . الكترونها به وسيله فتوكاتد ساتع مي شوند و سپس توسط يك ميدان ولتاژ بالا به سوي انتهاي خروجي LIT شتاب داده مي شوند . چون الكترونها داراي بار منفي هستند يك ميدان داراي بار مثبت موجب جذب آنها خواهد شد و سرعت پايين مي آيد. سپس يك ليست از حلقه هاي ماده اي شكل داده شده مخصوص براي حفظ تمركز الكترونها در لامپ افزوده مي شود سپس الكترونها داراي انرژي بالا به آن حلقه هايي كه با يك لايه فسفر به روي شيشه اي پوشانده شده اند برخورد مي كنند . انرژي الكترونها افزوده مي شود تا مولكول هاي فسفر ناپايدار شوند ( برعكس فرايند اصلي مولكول فسفر ) ، سپس فوتونهاي بيشتري ساتع مي كند تا به وضعيت قبلي پايدار باز گردد و اين فوتونها توسط كاربر ديده مي شوند .
7-3 – نسل دوم (Generation – 2 )
در دوربين هاي نسل دوم روشي متفاوت براي افزايش الكترون در فتوكاتد بكار گيري شد . در اينجا تقويت به وسيله ابزاري كه صفحه تقويت كانال ناميده مي شود كامل مي گردد . صفحه تقويت كانال شامل چندين ميليون لامپ شيشه اي كوتاه كه فقط حدود 10ميكرون ضخامت داشته و حدود 12 ميكرون از هم فاصله دارند ، مي باشد كه به وسيله ميكروسكوپ به صورت خانه به خانه مشابه لانة زنبور مشاهده مي شود . هر لامپ در حالت تكي به طور كلي به صورت خانه اي كوچك است كه به صفحه كانال كوچك (Micro Channel Plate ) متصل است .
MCP صفحه اي است كه براي افزايش الكترون بعد از فتوكاتد در لامپ قرار مي گيرد . با برخورد كردن الكترون به اين ديوار سبب مي شود كه الكترون بيشتري جدا شده ، كه اين باعث وضوح تصوير در لامپ مي شود . برخورد شديد الكترون باعث مي شود كه جدا شدن الكترون بصورت تصاعدي باشد كه در اين حالت تكثير الكترون در حدود سي هزار يا بيشتر خواهد بود. تجهيزات دوربين هاي نسل دوم ديد در شب ، از لحاظ رزولوشن و روشنايي تصوير ، كيفيت بهتري نسبت به نسل اول دارند.
7-4 – نسل دوم + (Generation – 2 + )
در بعضي اوقات شما مرجعي از يك دوربين ديد در شب نسل +2 پيدا مي كنيد كه سازنده براي دوربين هاي خود از لامپ هاي نسل دوم استفاده كرده است . تكنولوژي لامپ نسل دوم بدليل استفاده زياد آن مانند استاندارد نسل ND2 تهيه شد و داراي يك تصوير مناسب است . ( در حال حاضر هم ممتاز هستند )
7-5 – نسل سوم (Generation – 3 )
نسل سوم از لحاظ ساختمان خيلي مشابه نسل دوم است و تفاوت اصلي آن در صفحه آشكار سازي است كه در نسل سوم از نوع گاليم آرسنايد (Ga AS ) مي باشد و اين باعث مطلوب تر شدن آن شده است . صفحه آشكار ساز از نوع Ga AS از طيف مادون قرمز ( كه در شب فروان تر است ) حساستر مي باشد . در واقع صفحه آشكار ساز گاليم آرسنايد باعث تقويت نور بيشتري مي شود . ( بفرض يك واحد حساستر )
در اينجا MCP با يك پرده نازك از يون پوشانده مي شود تا عمر لامپ افزايش يابد.
نكته : تجهيزات ديد در شب نسل سوم بدون ترديد بهترين تجهيزات ديد در شب هستند اگرچه دو اشكال عمده دارند :
الف ) نسل سوم در ارتش و ايالات متحده رايج است و بصورت محدود در دسترس ارتش ، پليس و ديگر كاربران دولتي قرار گرفته است.
ب ) دستگاههاي نسل سوم خيلي گران قيمت هستند زيرا عناصر كمياب در ساختمان آنها به كار برده شده است بطوري كه آنها در حدود 10 برابر گران تر از تجهيزات نسل دوم هستتند.
7-6 – نسل سوم + (Generation 3+ )
نسل سوم + از لحاظ ساختمان مشابه نسل سوم است و تفاوت آن در صفحه آشكار سازي است .
7-7 – نسل چهارم (Generation –4 )
نسل چهارم دروازه ورودي تكنولوژي بدون فيلم ، بزرگترين تكنولوژي شكست مياني در افزايش تصوير ، از ده سال گذشته مي باشد . سيستم نسل 4 بوسيله برطرف كردن مانع يوني فيلم ، فرق قابل توجه اي را در محدودة آشكار سازي هدف و رزولوشن ، بخصوص در نور هاي بسيار كم نشان داد . استفاده از تكنولوژي بدون فيلم و منبع توان ورودي اتوماتيكِ نسل 4 منجر مي شوند به :
بهبود بالاي 100 در صد در واكنش نوري
كار آيي بسيار خوب در سطح نورهاي بشدت كم ( بهبود سيگنال به نويز و EBI (Eclaivalent Background Illumination )
سه برابر كردن سطح روشنايي رزولوشن ( يك مينيمم از 36 LP/mm نسبت به 12 LP/mm )
نكته : LP/mm (Line Pairs Per Millimeter ) واحد رزولوشن مي باشد و جفت خط در واحد ميليمتر است .
نسل 4 با بهبود قابل توجه در سطح كنتراست نور و كار آيي در همه حالات نور ، اوجي از كار آيي خطي در عرضه دوربينهاي ديد در شب مي باشد . در نسل 4 صفحه ميكرو كانال (MCP ) بدون فيلم يك نسبت سيگنال به نويز بيشتري نسبت به نسل 3 را فراهم كرده است كه در نتيجه كيفيت تصوير بهتري در كمترين نور را ايجاد مي كند . ورودي منبع توان بيشتر ، رزولوشن تصوير در شرايط نور خيلي پايين را بهبود مي بخشد . و اين افزايش قابل توجه اي از محدودة آشكار سازي سيستمها را باعث شده است .
در شكل زير تقسيم بندي براي نسلهاي مختلف نشان داده شده است .
نظرات کاربران