Visão Noturna

noturviOs equipamentos de visão noturna captam a luz ambiente (do sol, da lua ou luz infra-vermelha) pelas lentes frontais. Esta luz, que é formada por prótons passa por um tubo fotocatodo que transforma os prótons em elétrons. Esses elétrons são amplificados para um número muito maior através de processos físicos e químicos. Os elétrons são hurled contra uma tela de fósforo pela qual você vê a imagem formada. A imagem observada é agora uma recriação amplificada e verde da cena que você está observando. Visão noturna natural - Na retina dos seres vivos existe uma substância denominada rodopsina que se encarrega de perceber ...

mínimas intensidades de luz. Os humanos necessitam expor-se pelo menos a 30 minutos na obscuridade para optimizar sua visão noturna, mesmo assim muito limitada, porque não percebem ondas de luz vermelhas cujos comprimentos de onda que superem os 780 nanômetros. Por outro lado, animais como os gatos, cachorros e veados apresentam melhor visão noturna, porque possuem uma estrutura chamada "tapetum"' atrás dos olhos que refletem a luz para melhorar a sua habilidade.

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Portanto, sua visão equivale a um amplificador de luz de primeira ou de segunda geração. Sensibilidade térmica natural - Algumas serpentes podem perceber diferentes intensidades de calor provenientes de corpos e a distância da emissão, por meio de um sistema termosensível existente na extremidade frontal, que seria um sistema de visão sem usar os olhos. Se desconhece o alcance deste sistema térmico para criar imagens no cérebro destas serpentes.

PRIMEIRA, SEGUNDA, TERCEIRA E QUARTA GERAÇÃO

Um equipamento de visão noturna pode ser da primeira, segunda, terceira ou quarta geração. Cada geração utiliza um tipo de tubo intensificador de luz diferente. Esse tubo é o coração e a alma dos equipamentos de visão noturna.

Primeira Geração é atualmente o tipo de visão noturna mais popular e usado no mundo. Utilizando os princípios básicos descritos acima, os equipamentos desta geração podem amplificar a luz existente centenas de vezes, permitindo a você enxergar claramente no escuro. Estes equipamentos geram imagens nítidas e brilho a baixo custo, esteja você navegando, observando a natureza ou protegendo a sua casa. Você notará o seguinte olhando para um equipamento da primeira geração:

• Uma slight high-pitched brilha quando o equipamento está ligado..
• A imagem talvez fique borrada nos cantos. Isso é conhecido como distorção geométrica.
• Quando você desliga o equipamento, ele poderá brilhar a luz verde por alguns momentos.
• Essas características são da primeira geração e são normais.

Segunda Geração é usada principalmente para aplicações profissionais e para o cumprimento da lei. Isso porque o custo de um aparelho dessa geração varia entre 500 a 1000 dólares a mais que um da primeira geração. A principal diferença entre essas duas gerações é a adição de um MCP (micro-channel plate). O MCP trabalha como um amplificador de elétrons e está localizado atrás do fotocatodo. O MCP consiste em milhões de pequenos tubos de vidro paralelos. Quando os elétrons passam pelos tubos, milhares de novos elétrons são liberados. Este processo permite que os equipamentos da segunda geração ampliem a luz muitas mais vezes que os da primeira geração, gerando uma imagem mais brilhante e nítida.

Terceira  Geraçao Pela adição de um produto químico sensível, o gallium arsenide, no fotocatodo, um nova imagem se forma, mais brilhantes e nítidas que as imagens da segunda geração. Um filme barrador de íons também é adicionado ao equipamento, para aumentar o tempo de vida do tubo. Esta geração permite ótimas imagens em pouca luz.

Quarta Geração  / Tubos Gated Filmless:

A quarta geração representa a maior evolução tecnológica em intensificação e estimulação de imagens nos últimos 10 anos. Removendo o filme barrador de íons e o "Gating", os equipamentos da quarta geração demonstra aumentos significativos no alcance de detecção e na resolução, particularmente em níveis extremos de baixa luminosidade.
O uso da tecnologia sem fio e da fonte de energia auto-gated nos intensificadores de imagem da quarta geração resultaram em:
• Mais de 100% de melhora na photoresponse.
Melhora na performance em situações extremas de baixa luminosidade.
Pelo menos triplo melhor nível de resolução.

Com avanços significativos no nível de contraste e performance em todas as condições de luz, a quarta geração representa o top de linha em performance dos aparelhos de visão noturna.

A Geração 4 melhora a eficácia operacional para usuários militares. O MCP permite uma melhor relação sinal-ruído que a geração 3, resultando numa imagem de melhor qualidade em condições de baixa-luminosidade. A fonte de energia permite uma melhora na resolução da imagem em condições de alta-luminosidade, e o halo reduzido minimiza a interferência do brilho de fontes de luz. Essas melhoras também aumentam significavelmente o campo de detecção desses aparelhos.
A GERAÇÃO 4 NÃO ESTÁ DISPONÍVEL PARA EXPORTAÇÃO ( EUA ).

Os intensificadores XD-4 tem performance extremamente boa em todas as condições de ambiente. Sua sensibilidade espectral larga assegura que uma imagem perfeita é obtida em qualquer ambiente que o usuário estiver (folhagem, na água, neve, deserto, pedra, etc...) ou condições de luz (alta ou baixa luminosidade).

Os parâmetros da performance dos intensificadores de imagem XD-4 estão listados na tabela abaixo. Os destaques dos intensificadores são os SNR típicos de 24m a definição de 64lp/mm e os MTF elevados em freqüências baixas e intermediárias. Este último dá a imagem mais contraste.

Os tubos XD-4 podem equipar quaisquer construções mecânicas, o que significa que os usuários tem a oportunidade de aumentar a performance de um equipamento existente de visão noturna com um intensificador XD-4.

Equipamento de espionagem

A primeira coisa que você provavelmente pensa quando vê as palavras "visão noturna" é um filme de espiões ou de ação que você tenha visto, no qual alguém coloca um par de óculos de visão noturna para encontrar outra pessoa em um prédio escuro em uma noite sem luar. E você pode ter se perguntado "isso realmente funciona de verdade, é possível enxergar no escuro?"

A resposta é sim, definitivamente. Com o equipamento de visão noturna apropriado, você pode ver uma pessoa a mais de 180 metros de distância em uma noite nublada e sem luar. A visão noturna pode funcionar de duas maneiras bem diferentes, dependendo da tecnologia utilizada.

• Otimização da imagem: funciona através da coleta das minúsculas porções de luz, incluindo a porção inferior do espectro luminoso infravermelho que está presente, mas é imperceptível para nossos olhos. Amplificando-a, podemos facilmente observar a imagem.

• Imagem térmica: esta tecnologia opera por meio da captura da porção superior do espectro luminoso infravermelho, emitido na forma de calor pelos objetos e não simplesmente refletido como luz. Objetos mais quentes, como corpos aquecidos, emitem essa luz com mais intensidade do que árvores ou edifícios, por exemplo.

Os princípios básicos

Para entender a visão noturna, é importante compreender um pouco sobre a luz. A quantidade de energia de uma onda luminosa está relacionada ao seu comprimento de onda (comprimentos de onda mais curtos possuem maior energia). Na luz visível, o violeta possui mais energia e o vermelho possui menos. Próximo do espectro da luz visível se encontra o espectro infravermelho.

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A luz infravermelha constitui uma pequena parte do espectro luminoso A luz infravermelha pode ser dividida em três categorias: • infravermelho próximo (IV próximo): mais próximo da luz visível, o IV próximo possui comprimentos de onda que alcançam de 0,7 a 1,3 mícrons ou de 700 a 1.300 bilionésimos de metro; • infravermelho médio (IV médio): o IV médio possui comprimentos de onda que vão de 1,3 a 3 mícrons. Tanto o IV próximo quanto o IV médio são usados por uma variedade de dispositivos eletrônicos, incluindo os controles remotos;

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• infravermelho térmico (IV térmico): ocupando a maior parte do espectro infravermelho, o IV térmico possui comprimentos de onda na faixa de 3 até mais de 30 mícrons.

A diferença fundamental entre o IV térmico e os outros dois é que o IV térmico é emitido por um objeto em vez de ser refletido por ele. A luz infravermelha é emitida por um objeto devido ao que acontece no nível atômico.

Átomos

Os átomos estão em constante movimento. Eles vibram, movimentam-se e giram de forma contínua. Até os átomos que formam as cadeiras em que estamos sentados estão se movimentando. Os sólidos, na verdade, estão em movimento! Os átomos podem estar em diferentes estados de excitação. Em outras palavras, eles têm energias diferentes. Se aplicarmos muita energia a um átomo, ele poderá deixar o que é chamado de nível de energia do estado fundamental e se mover para um nível excitado. O nível de excitação depende da quantidade de energia aplicada ao átomo por meio de calor, luz ou eletricidade.

Um átomo consiste em um núcleo (que contém os prótons e os nêutrons) e uma nuvem de elétrons. Pense nessa nuvem de elétrons como se estivessem em volta do núcleo em órbitas diferentes. Apesar das visões mais modernas do átomo não ilustrarem as órbitas distintas dos elétrons, pode ser útil pensar nessas órbitas como os diferentes níveis de energia do átomo. Ou seja, se aplicarmos uma quantidade de calor a um átomo, podemos esperar que alguns dos elétrons nos orbitais de menor energia transportem-se para orbitais de maior energia mais distantes do núcleo.

Assim que um elétron se move para um orbital de maior energia, pode ser que ele queira voltar para o estado fundamental. Quando isso acontece, ele libera essa energia como um fóton, que é uma partícula de luz. É possível ver átomos liberando energia em forma de fótons o tempo todo. Por exemplo, quando a resistência de uma torradeira fica vermelha. Essa cor é causada por átomos que, excitados pelo calor, liberam fótons vermelhos. Um elétron excitado possui mais energia do que um elétron não-excitado e, assim que o elétron absorve uma quantidade de energia para atingir o nível excitado, ele pode liberá-la para retornar ao estado fundamental. A energia emitida está na forma de fótons (energia luminosa). O fóton emitido tem um comprimento de onda (cor) muito específico, que depende do estado da energia do elétron quando o fóton é liberado.

Qualquer ser vivo usa energia, da mesma forma que muitas coisas inanimadas, como motores e foguetes. O consumo de energia gera calor. O calor, por sua vez, faz com que os átomos de um objeto liberem fótons no espectro infravermelho térmico. Quanto mais quente o objeto, menor o comprimento de onda do fóton infravermelho que ele libera. Um objeto que esteja muito quente irá começar a emitir fótons no espectro visível, com um brilho vermelho que muda para o laranja, amarelo, azul e até mesmo branco. Não deixe de ler Como funcionam as lâmpadas, Como funciona o laser e Como funciona a luz para informações mais detalhadas sobre a emissão de luz e fótons.

Na visão noturna, a geração de imagens térmicas aproveita essa emissão infravermelha.

Geração de imagens térmicas

Aqui está como funciona a geração de imagens térmicas:

1. Uma lente especial focaliza a luz infravermelha emitida por todos os objetos no campo de visão.
 
2. A luz focalizada é varrida por um conjunto de fase de elementos detectores de infravermelho. Os elementos detectores criam um padrão de temperatura bastante detalhado chamado termograma. Leva somente um trigésimo de segundo para o conjunto detector obter a informação de temperatura para fazer o termograma. Essa informação é obtida a partir de milhares de pontos diferentes no campo de visão do conjunto detector.

3. O termograma criado pelos elementos detectores é traduzido em impulsos elétricos.
 
4. Os impulsos são enviados para uma unidade de processamento do sinal, uma placa de circuitos com um chip que traduz a informação dos elementos em dados para o mostrador.
 
5. A unidade de processamento do sinal envia a informação para o mostrador, onde aparece em diversas cores dependendo da intensidade da emissão do infravermelho. A combinação de todos os impulsos de todos os elementos cria a imagem.

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Dispositivos de geração de imagens térmicas  - A maioria dos dispositivos de geração de imagens térmicas faz uma varredura em uma proporção de 30 vezes por segundo. Eles podem reconhecer temperaturas na faixa de -20 a 2000ºC e podem detectar normalmente mudanças de temperatura de cerca de 0,2°C.  Há dois tipos comuns de dispositivos de geração de imagens térmicas:  • não-resfriado: é o tipo mais comum de dispositivo de geração de imagens térmicas.

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Os elementos detectores de infravermelho localizam-se em uma unidade que opera à temperatura ambiente. Esse tipo de sistema é completamente silencioso, ativado de imediato e possui uma bateria embutida;  • resfriado criogenicamente: mais caro e mais suscetível a danos em condições extremas de uso, esse sistema possui os elementos vedados no interior de um recipiente refrigerado a menos de 0ºC. A vantagem desse sistema é a incrível resolução e sensibilidade que resultam do resfriamento dos elementos. Os sistemas resfriados criogenicamente podem "enxergar" uma diferença tão pequena quanto 0,1°C a mais de 300 metros de distância, o que é suficiente para informar se uma pessoa está segurando uma arma.

Apesar da geração de imagens térmicas ser excelente para a detecção de pessoas ou para trabalhar quase que na mais completa escuridão, a maioria dos equipamentos de visão noturna usa a tecnologia de otimização da imagem.
 
Otimização da imagem

A tecnologia de otimização da imagem é a mais comum. Os sistemas de otimização da imagem são chamados,normalmente, de dispositivos de visão noturna (NVD, em inglês). Os NVDs baseiam-se em um tubo especial chamado de tubo intensificador de imagem para coletar e amplificar a luz infravermelha e visível.

 

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Aqui está como funciona a otimização de imagens: 1. Uma lente convencional, chamada de lente objetiva, captura a luz ambiente e um pouco de luz infravermelha. 2. A luz recolhida é enviada para o tubo intensificador de imagem. Na maioria dos NVDs, a alimentação de energia do tubo intensificador de imagem é feita através de duas baterias N-Cell ou "AA". O tubo gera uma alta-voltagem de cerca de 5 mil volts para os componentes do tubo de imagem. 3. O tubo intensificador de imagem possui um fotocátodo que é usado para converter os fótons da energia luminosa em elétrons.

 
4. À medida que os elétrons passam pelo tubo, elétrons similares são liberados dos átomos no tubo, multiplicando o número original de elétrons por milhares de vezes através do uso de uma placa de microcanais (MCP, em inglês) no tubo. Uma MCP é um minúsculo disco de vidro que possui milhões de furos microscópicos (microcanais), feitos usando tecnologia de fibra óptica. A MCP  localiza-se em um vácuo e possui eletrodos metálicos de cada lado do disco. Cada canal é cerca de 45 vezes mais longo do que sua largura e funciona como um multiplicador de elétrons.

Quando os elétrons do fotocátodo atingem o primeiro eletrodo da MCP, são acelerados nos microcanais do vidro por pulsos de 5 mil V enviados entre o par de eletrodos. À medida que os elétrons passam pelos microcanais, fazem com que milhares de outros elétrons sejam liberados em cada canal usando um processo chamado emissão secundária em cascata. Basicamente, os elétrons originais colidem com a lateral do canal, excitando os átomos e provocando a liberação de outros elétrons. Esses novos elétrons também colidem com outros átomos, criando uma reação em cadeia que resulta em milhares de elétrons saindo do canal onde somente alguns poucos entraram. Um fato interessante é que os microcanais na MCP são criados em um pequeno ângulo (cerca de 5 a 8 graus de inclinação) para impulsionar as colisões dos elétrons e reduzir a retroalimentação de íons e luz direta do fósforo no lado da saída.

5. Na extremidade do tubo intensificador de imagem, os elétrons atingem uma tela revestida de fósforo. Esses elétrons mantêm suas posições em relação ao canal que atravessaram, o que fornece uma imagem perfeita desde que eles permaneçam no mesmo alinhamento dos fótons originais. A energia dos elétrons faz com que o fósforo atinja um estado excitado e libere fótons. O fósforo cria a imagem verde na tela, que caracteriza a visão noturna.
6. A imagem de fósforo verde é visualizada através de outra lente, chamada lente ocular, permitindo ampliar e focalizar a imagem. O NVD pode ser conectado a um mostrador eletrônico, como um monitor, ou a imagem pode ser vista diretamente através da lente ocular.

Gerações

Os NVDs existem há mais de 40 anos. Eles são classificados por geração. Cada mudança substancial na tecnologia do NVD estabelece uma nova geração.

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• Geração 0: sistema de visão noturna original criado pelo Exército dos Estados Unidos e usado na Segunda Guerra Mundial e na Guerra da Coréia. Esses NVDs usam infravermelho ativo. Isso significa que uma unidade de projeção, chamada Iluminador IV, é conectada ao NVD. A unidade projeta um feixe de luz infravermelha próxima, similar ao facho de uma lanterna normal. Invisível a olho nu, esse facho se reflete em objetos e volta para a lente do NVD. Esses sistemas usam um ânodo em conjunto com o cátodo para acelerar os elétrons. O problema dessa abordagem é que a aceleração dos elétrons distorce a imagem e diminui muito a vida do tubo. Outro grande problema com essa tecnologia em seu uso militar original é que ela foi copiada rapidamente por nações hostis, o que permitiu que os soldados inimigos usassem seus próprios NVDs para ver o feixe infravermelho projetado pelo dispositivo.

• Geração 1: a geração seguinte de NVDs deixou de lado o infravermelho ativo e passou a usar o infravermelho passivo. Chamado antigamente de Starlight (luz das estrelas) pelo Exército dos EUA, esses NVDs usam a luz natural fornecida pela lua e pelas estrelas para aumentar as quantidades normais de infravermelho refletidas pelo ambiente. Isso significa que eles não requerem uma fonte de luz infravermelha projetada. Também significa que eles não funcionam muito bem em noites nubladas ou sem luar. Os NVDs da Geração 1 usam a mesma tecnologia de tubo intensificador de imagem da Geração 0, com cátodo e ânodo, de modo que a distorção da imagem e a curta vida útil do tubo ainda eram um problema.

• Geração 2: grandes otimizações nos tubos intensificadores de imagem resultaram nos NVDs da Geração 2. Eles oferecem uma resolução e desempenho otimizados em relação aos dispositivos da Geração 1 e são consideravelmente mais confiáveis. O maior ganho da Geração 2 é a capacidade de enxergar em condições de iluminação extremamente baixas, como uma noite sem luar. Essa sensibilidade aumentada se deve ao acréscimo da placa de microcanais ao tubo intensificador de imagem. Como a MCP na verdade aumenta o número de elétrons em vez de apenas acelerar os originais, as imagens são significativamente menos distorcidas e mais brilhantes do que as dos NVDs da geração anterior.

• Geração 3: a Geração 3 é usada atualmente pelos militares dos EUA. Apesar de não apresentarem mudanças substanciais na tecnologia de base em relação à Geração 2, esses NVDs possuem resolução e sensibilidade ainda melhores. Isso ocorre porque o fotocátodo é feito usando arsenieto de gálio, muito eficaz na conversão de fótons em elétrons. Além disso, a MCP é revestida por uma barreira de íons que aumenta muito a vida útil do tubo.

• Geração 4: o que é conhecido como Geração 4 ou tecnologia "sem película e controlada" mostra uma otimização global significativa em ambientes de baixo e alto nível de iluminação.

A remoção da barreira de íons da MCP que havia sido acrescentada na tecnologia da Geração 3 reduz o ruído de fundo e, portanto, melhora a proporção entre o sinal e o ruído. Na verdade, remover a película de íons permite que mais elétrons atinjam o estágio de amplificação, de modo que as imagens são significativamente menos distorcidas e mais brilhantes.
 
O acréscimo de um sistema de alimentação de energia com controle automático permite que a voltagem do fotocátodo ligue e desligue rapidamente, possibilitando que o NVD responda instantaneamente a uma flutuação das condições de iluminação. Essa capacidade é um avanço crítico nos sistemas NVD, pois permite que seu usuário mude rapidamente de ambientes de alta iluminação para outros com pouca luz (ou vice-versa) sem qualquer oscilação. Por exemplo, considere a onipresente cena de cinema em que um agente usando óculos de visão noturna é "cegado" quando alguém acende uma luz nas proximidades. Com o novo recurso de alimentação controlada, a mudança na iluminação não teria o mesmo impacto: o NVD otimizado responderia imediatamente à mudança de iluminação.
 
Muitas das chamadas lunetas de visão noturna "baratas" usam a tecnologia da Geração 0 ou Geração 1 e podem ser decepcionantes se você espera obter a mesma sensibilidade dos dispositivos usados por profissionais. Os NVDs das gerações 2, 3 e 4 geralmente são caros, mas duram muito se forem manuseados de modo apropriado. Além disso, qualquer NVD pode se beneficiar do uso de um Iluminador IV em áreas muito escuras onde quase não há luz ambiente para captar.
 
Os NVDs são fabricados em uma variedade de estilos, incluindo aqueles que podem ser instalados em câmeras
Algo legal a fazer é observar se todos os tubos intensificadores de imagem comercializados passam por testes rigorosos para ver se atendem às exigências estabelecidas pelos militares. Os tubos aprovados são classificados como MILSPEC (de especificação militar). Os tubos que falham em atender as exigências militares em qualquer categoria são classificados como COMSPEC (de especificação comercial).

O equipamento

O equipamento de visão noturna pode ser dividido em três categorias gerais:

• lunetas: normalmente portáteis ou acopladas a uma arma, as lunetas são monoculares (para um olho). Como as lunetas são portáteis, não são usadas como óculos, sendo boas para quando você quiser dar uma olhada em um objeto específico e retornar em seguida às condições normais de visualização.

óculos: embora os óculos possam ser portáteis, são geralmente usados na cabeça. Os óculos são binoculares e podem ter uma única lente ou lente estéreo, dependendo do modelo. São excelentes para visualização constante, como para se deslocar em um prédio escuro.

câmeras: as câmeras com tecnologia de visão noturna podem enviar a imagem para um monitor, para exibição, ou para um videocassete, para gravação. As câmeras são utilizadas quando a capacidade de visão noturna é desejada em um local permanente, como um edifício ou como parte do equipamento em um helicóptero. Muitas das filmadoras mais recentes possuem visão noturna embutida.

Aplicações

As aplicações mais comuns da visão noturna incluem:

• militar
• policiamento
• caça
• observação da vida selvagem
• vigilância
• segurança
• navegação
• detecção de objetos ocultos
• entretenimento

A finalidade original da visão noturna era localizar alvos inimigos à noite. Ela ainda é bastante usada pelos militares para essa finalidade, assim como para a navegação, vigilância e localização de alvos. Com freqüência, a polícia e as forças de segurança usam a tecnologia de geração de imagens térmicas e otimização da imagem, principalmente para a vigilância. Caçadores e entusiastas da natureza usam NVDs para se deslocarem no meio da mata à noite.

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Detetives e investigadores particulares usam a visão noturna para observar pessoas que precisam ser rastreadas. Muitas empresas possuem câmeras instaladas permanentemente e equipadas com visão noturna para monitorar os arredores.

Uma capacidade realmente surpreendente da geração de imagens térmicas é que ela revela se uma área foi revolvida: ela pode indicar se o solo foi escavado para enterrar alguma coisa, mesmo que não exista nenhum indício evidente a olho nu. A polícia tem usado esse recurso para descobrir itens que foram escondidos por criminosos, incluindo dinheiro, drogas e corpos. Além disso, a geração de imagens térmicas pode identificar mudanças recentes em áreas como paredes, fornecendo pistas importantes em muitos casos.

Muitas pessoas estão começando a descobrir o mundo fascinante que pode ser descoberto após o escurecer. Se você costuma ir acampar ou caçar, os dispositivos de visão noturna podem surpreendê-lo. Basta ter certeza do tipo adequado às suas necessidades.

 

Fonte: http://www.visaonoturna.com.br/
       http://eletronicos.hsw.uol.com.br/visao-noturna.htm
       http://pt.wikipedia.org/wiki/Vis%C3%A3o_noturna

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