Comment fonctionne la vision nocturne
La première chose qui vous vient à l'esprit lorsque vous entendez les mots "vision nocturne" est probablement un film d'espionnage ou d'action que vous avez vu, dans lequel quelqu'un s'équipe d'une paire de lunettes de vision nocturne pour trouver quelqu'un d'autre dans un bâtiment sombre par une nuit sans lune. Et vous vous êtes peut-être demandé : "Est-ce que ces trucs fonctionnent vraiment ? Peut-on vraiment voir dans le noir ?"
La réponse est très certainement oui. Avec l'équipement de vision nocturne approprié, vous pouvez voir une personne se tenant à plus de 183 mètres par une nuit nuageuse sans lune ! La vision nocturne peut fonctionner de deux manières très différentes, selon la technologie utilisée.
Amélioration de l'image - Cette technologie consiste à recueillir les infimes quantités de lumière, y compris la partie inférieure du spectre de la lumière infrarouge, qui sont présentes mais imperceptibles à nos yeux, et à les amplifier jusqu'à ce que nous puissions facilement observer l'image.
Imagerie thermique - Cette technologie fonctionne en capturant la partie supérieure du spectre lumineux infrarouge, qui est émise sous forme de chaleur par les objets au lieu d'être simplement réfléchie sous forme de lumière. Les objets plus chauds, comme les corps chauds, émettent davantage de cette lumière que les objets plus froids comme les arbres ou les bâtiments.
Dans cet article, vous découvrirez les deux principales technologies de vision nocturne. Nous aborderons également les différents types d'équipements de vision nocturne et leurs applications. Mais tout d'abord, parlons de la lumière infrarouge.
sources: https://forum.eedomus.com/viewtopic.php?f=7&t=2510&p=98499#p98499
Sommaire
- La lumière infrarouge
- Imagerie thermique
- Amélioration de l'image
- Générations
- Équipement de vision nocturne et applications
- Lumière infrarouge
- La lumière infrarouge est une petite partie du spectre lumineux.
- La lumière infrarouge est une petite partie du spectre lumineux.
Pour comprendre la vision nocturne, il est important de comprendre quelque chose à la lumière. La quantité d'énergie contenue dans une onde lumineuse est liée à sa longueur d'onde : Les longueurs d'onde plus courtes ont une énergie plus élevée. Dans la lumière visible, le violet a le plus d'énergie et le rouge en a le moins. Juste à côté du spectre de la lumière visible se trouve le spectre infrarouge.
La lumière infrarouge peut être divisée en trois catégories :
- Le proche infrarouge (near-IR) - Le plus proche de la lumière visible, le proche infrarouge a des longueurs d'onde qui vont de 0,7 à 1,3 micron, soit 700 milliardièmes à 1 300 milliardièmes de mètre.
- Infrarouge moyen (IR moyen) - L'IR moyen a des longueurs d'onde comprises entre 1,3 et 3 microns. L'infrarouge proche et l'infrarouge moyen sont tous deux utilisés par divers appareils électroniques, notamment les télécommandes.
- Infrarouge thermique (thermal-IR) - Occupant la plus grande partie du spectre infrarouge, l'infrarouge thermique a des longueurs d'onde allant de 3 microns à plus de 30 microns.
La principale différence entre l'infrarouge thermique et les deux autres est que l'infrarouge thermique est émis par un objet au lieu d'être réfléchi par celui-ci. La lumière infrarouge est émise par un objet en raison de ce qui se passe au niveau atomique.
Atomes
Les atomes sont constamment en mouvement. Ils vibrent, bougent et tournent en permanence. Même les atomes qui composent les chaises sur lesquelles nous sommes assis sont en mouvement. Les solides sont en fait en mouvement ! Les atomes peuvent se trouver dans différents états d'excitation. En d'autres termes, ils peuvent avoir des énergies différentes. Si nous appliquons beaucoup d'énergie à un atome, il peut quitter ce que l'on appelle le niveau d'énergie de l'état fondamental et passer à un niveau d'excitation. Le niveau d'excitation dépend de la quantité d'énergie appliquée à l'atome par la chaleur, la lumière ou l'électricité.
Un atome est constitué d'un noyau (contenant les protons et les neutrons) et d'un nuage d'électrons. Imaginez que les électrons de ce nuage tournent autour du noyau sur de nombreuses orbites différentes. Bien que les vues plus modernes de l'atome ne décrivent pas d'orbites distinctes pour les électrons, il peut être utile de considérer ces orbites comme les différents niveaux d'énergie de l'atome. En d'autres termes, si l'on applique de la chaleur à un atome, on peut s'attendre à ce que certains des électrons situés dans les orbitales de plus basse énergie passent à des orbitales de plus haute énergie, s'éloignant ainsi du noyau.
Un atome possède un noyau et un nuage d'électrons.
Un atome possède un noyau et un nuage d'électrons.
Une fois qu'un électron s'est déplacé vers une orbite à plus haute énergie, il veut éventuellement retourner à l'état fondamental. Dans ce cas, il libère son énergie sous forme de photon, une particule de lumière. Vous voyez des atomes libérer de l'énergie sous forme de photons tout le temps. Par exemple, lorsque l'élément chauffant d'un grille-pain devient rouge vif, la couleur rouge est due à des atomes excités par la chaleur, qui libèrent des photons rouges. Un électron excité a plus d'énergie qu'un électron détendu, et tout comme l'électron a absorbé une certaine quantité d'énergie pour atteindre ce niveau d'excitation, il peut libérer cette énergie pour retourner à l'état fondamental. Cette énergie émise se présente sous la forme de photons (énergie lumineuse). Le photon émis a une longueur d'onde (couleur) très spécifique qui dépend de l'état de l'énergie de l'électron au moment où le photon est libéré.
Tout ce qui est vivant consomme de l'énergie, tout comme de nombreux objets inanimés tels que les moteurs et les fusées. La consommation d'énergie génère de la chaleur. À son tour, la chaleur amène les atomes d'un objet à émettre des photons dans le spectre infrarouge thermique. Plus l'objet est chaud, plus la longueur d'onde du photon infrarouge qu'il émet est courte. Un objet très chaud commencera même à émettre des photons dans le spectre visible, rougeoyant, puis passant par l'orange, le jaune, le bleu et finalement le blanc. N'oubliez pas de lire Comment fonctionnent les ampoules électriques, Comment fonctionnent les lasers et Comment fonctionne la lumière pour obtenir des informations plus détaillées sur la lumière et l'émission de photons.
En vision nocturne, l'imagerie thermique tire parti de cette émission infrarouge. Dans la section suivante, nous verrons comment elle s'y prend.
Imagerie thermique
Les composants de base d'un système d'imagerie thermique
Les composants de base d'un système d'imagerie thermique
AVEC L'AIMABLE AUTORISATION DE INFRARED, INC.
Voici comment fonctionne l'imagerie thermique :
Une lentille spéciale focalise la lumière infrarouge émise par tous les objets visibles.
La lumière focalisée est balayée par un réseau en phase d'éléments détecteurs infrarouges. Les éléments détecteurs créent un modèle de température très détaillé appelé thermogramme. Il suffit d'environ un trentième de seconde pour que le réseau de détecteurs obtienne les informations de température nécessaires à la réalisation du thermogramme. Ces informations sont obtenues à partir de plusieurs milliers de points dans le champ de vision du réseau de détecteurs.
Le thermogramme créé par les éléments de détection est traduit en impulsions électriques.
Les impulsions sont envoyées à une unité de traitement du signal, une carte de circuit imprimé avec une puce dédiée qui traduit les informations des éléments en données pour l'affichage.
L'unité de traitement du signal envoie les informations à l'écran, où elles apparaissent sous différentes couleurs en fonction de l'intensité de l'émission infrarouge. La combinaison de toutes les impulsions provenant de tous les éléments crée l'image.
La plupart des appareils d'imagerie thermique balayent à une fréquence de 30 fois par seconde. Ils peuvent détecter des températures allant de -20 degrés Celsius (-4 degrés Fahrenheit) à 2 000 degrés Celsius (3 600 degrés Fahrenheit), et peuvent normalement détecter des changements de température d'environ 0,2 degré Celsius (0,4 degré Fahrenheit).
Il existe deux types courants de dispositifs d'imagerie thermique :
Non refroidi - Il s'agit du type le plus courant de dispositif d'imagerie thermique. Les éléments du détecteur infrarouge sont contenus dans une unité qui fonctionne à température ambiante. Ce type de système est totalement silencieux, s'active immédiatement et possède une batterie intégrée.
Refroidissement cryogénique - Plus onéreux et plus susceptible d'être endommagé par un usage intensif, ces systèmes contiennent des éléments scellés dans un conteneur qui les refroidit à une température inférieure à 32 F (zéro C). L'avantage d'un tel système est l'incroyable résolution et sensibilité qui résultent du refroidissement des éléments. Les systèmes refroidis par cryogénie peuvent "voir" une différence aussi minime que 0,2 F (0,1 C) à plus de 300 m de distance, ce qui est suffisant pour savoir si une personne tient une arme à feu à cette distance !
Bien que l'imagerie thermique soit idéale pour détecter des personnes ou travailler dans une obscurité quasi-totale, la plupart des équipements de vision nocturne utilisent une technologie d'amélioration de l'image.
Amélioration de l'image
Le tube intensificateur d'image transforme les photons en électrons et inversement.
Le tube intensificateur d'image transforme les photons en électrons et vice-versa.
La technologie d'amélioration de l'image est celle à laquelle la plupart des gens pensent lorsqu'ils parlent de vision nocturne. En fait, les systèmes d'amélioration de l'image sont normalement appelés dispositifs de vision nocturne (NVD). Les NVD reposent sur un tube spécial, appelé tube intensificateur d'image, qui collecte et amplifie la lumière infrarouge et visible.
Voici comment fonctionne l'amélioration de l'image :
Une lentille classique, appelée objectif, capte la lumière ambiante et une partie de la lumière proche de l'infrarouge.
La lumière collectée est envoyée vers le tube intensificateur d'image. Dans la plupart des NVD, l'alimentation du tube intensificateur d'image est assurée par deux piles N-Cell ou deux piles "AA". Le tube délivre une haute tension, d'environ 5 000 volts, aux composants du tube image.
Le tube intensificateur d'image possède une photocathode, qui sert à convertir les photons d'énergie lumineuse en électrons.
Lorsque les électrons traversent le tube, des électrons similaires sont libérés par les atomes du tube, multipliant le nombre initial d'électrons par un facteur de plusieurs milliers grâce à l'utilisation d'une plaque à microcanaux (MCP) dans le tube. Une MCP est un minuscule disque de verre percé de millions de trous microscopiques (microcanaux), fabriqué à l'aide de la technologie des fibres optiques. La MCP est contenue dans un vide et comporte des électrodes métalliques de chaque côté du disque. Chaque canal est environ 45 fois plus long que large et fonctionne comme un multiplicateur d'électrons. Lorsque les électrons de la photocathode frappent la première électrode du MCP, ils sont accélérés dans les microcanaux en verre par les salves de 5 000 V envoyées entre la paire d'électrodes. Lorsque les électrons passent dans les microcanaux, ils provoquent la libération de milliers d'autres électrons dans chaque canal par un processus appelé émission secondaire en cascade. Fondamentalement, les électrons d'origine entrent en collision avec le côté du canal, excitant les atomes et provoquant la libération d'autres électrons. Ces nouveaux électrons entrent également en collision avec d'autres atomes, créant une réaction en chaîne qui fait que des milliers d'électrons quittent le canal où seuls quelques-uns sont entrés. Il est intéressant de noter que les microcanaux du MCP sont créés avec un léger angle (environ un biais de 5 à 8 degrés) afin d'encourager les collisions d'électrons et de réduire la rétroaction ionique et lumineuse directe des phosphores du côté de la sortie.
À l'extrémité du tube intensificateur d'image, les électrons frappent un écran recouvert de phosphores. Ces électrons conservent leur position par rapport au canal qu'ils ont traversé, ce qui permet d'obtenir une image parfaite puisque les électrons restent dans le même alignement que les photons d'origine. L'énergie des électrons fait que les phosphores atteignent un état excité et libèrent des photons. Ces phosphores créent l'image verte sur l'écran qui caractérise la vision nocturne.
L'image verte du phosphore est visualisée à travers une autre lentille, appelée lentille oculaire, qui vous permet d'agrandir et de mettre au point l'image. Le NVD peut être connecté à un écran électronique, tel qu'un moniteur, ou l'image peut être visualisée directement à travers la lentille oculaire.
Générations
Génération 0 - Le système de vision nocturne original créé par l'armée américaine et utilisé pendant la Seconde Guerre mondiale et la guerre de Corée, ces NVD utilisent l'infrarouge actif. Cela signifie qu'une unité de projection, appelée illuminateur IR, est fixée au NVD. Cette unité projette un faisceau de lumière proche de l'infrarouge, semblable au faisceau d'une lampe de poche normale. Invisible à l'œil nu, ce faisceau se réfléchit sur les objets et rebondit sur l'objectif du NVD. Ces systèmes utilisent une anode en conjonction avec la cathode pour accélérer les électrons. Le problème de cette approche est que l'accélération des électrons déforme l'image et réduit considérablement la durée de vie du tube. Un autre problème majeur de cette technologie dans son utilisation militaire initiale était qu'elle était rapidement dupliquée par des nations hostiles, ce qui permettait aux soldats ennemis d'utiliser leurs propres NVD pour voir le faisceau infrarouge projeté par le dispositif.
Génération 1 - La génération suivante de NVD s'est éloignée de l'infrarouge actif pour utiliser l'infrarouge passif. Surnommés Starlight par l'armée américaine, ces NVD utilisent la lumière ambiante fournie par la lune et les étoiles pour augmenter les quantités normales d'infrarouge réfléchi dans l'environnement. Cela signifie qu'ils n'ont pas besoin d'une source de lumière infrarouge projetée. Cela signifie également qu'ils ne fonctionnent pas très bien les nuits nuageuses ou sans lune. Les NVD de génération 1 utilisent la même technologie de tube intensificateur d'image que la génération 0, avec une cathode et une anode, donc la distorsion de l'image et la courte durée de vie du tube sont toujours un problème.
Génération 2 - Des améliorations majeures des tubes intensificateurs d'image ont donné naissance aux NVD de génération 2. Ils offrent une meilleure résolution et de meilleures performances que les appareils de la génération 1, et sont considérablement plus fiables. Le gain le plus important de la génération 2 est la capacité de voir dans des conditions de lumière extrêmement faible, comme une nuit sans lune. Cette sensibilité accrue est due à l'ajout de la plaque à microcanaux au tube intensificateur d'image. Étant donné que la plaque à microcanaux augmente réellement le nombre d'électrons au lieu de se contenter d'accélérer les électrons d'origine, les images sont nettement moins déformées et plus lumineuses que les NVD de la génération précédente.
La technologie de génération 3 réduit le bruit de fond et améliore ainsi le rapport signal/bruit. L'élimination du film ionique permet en fait à davantage d'électrons d'atteindre l'étage d'amplification, de sorte que les images sont nettement moins déformées et plus lumineuses. L'ajout d'un système d'alimentation à déclenchement automatique permet d'activer et de désactiver rapidement la tension de la photocathode, ce qui permet au NVD de réagir en un instant à une fluctuation des conditions d'éclairage. Cette capacité est une avancée critique dans les systèmes NVD, car elle permet à l'utilisateur du NVD de passer rapidement d'un environnement à forte luminosité à un environnement à faible luminosité (ou d'un environnement à faible luminosité à un environnement à forte luminosité) sans aucun effet d'arrêt. Par exemple, considérez la scène de film omniprésente où un agent utilisant des lunettes de vision nocturne se retrouve "sans vue" lorsque quelqu'un allume une lumière à proximité. Avec la nouvelle fonction d'alimentation à grille, le changement d'éclairage n'aurait pas le même impact ; la NVD améliorée réagirait immédiatement au changement d'éclairage.
De nombreuses lunettes de vision nocturne dites "bon marché" utilisent la technologie de génération 0 ou 1, et peuvent être décevantes si vous vous attendez à la sensibilité des appareils utilisés par les professionnels. Les NVD de génération 2, 3 et 4 sont généralement chers à l'achat, mais ils dureront si on les entretient correctement. De plus, tout NVD peut bénéficier de l'utilisation d'un illuminateur IR dans les zones très sombres où il n'y a presque pas de lumière ambiante à capter.
Une chose intéressante à noter est que chaque tube intensificateur d'image est soumis à des tests rigoureux pour voir s'il répond aux exigences définies par l'armée. Les tubes qui y répondent sont classés MILSPEC. Les tubes qui ne répondent pas aux exigences militaires, même dans une seule catégorie, sont classés COMSPEC.
Source: https://www.doyoubuzz.com/joynault-florent
Équipement de vision nocturne et applications
Les équipements de vision nocturne peuvent être divisés en trois grandes catégories :
Les lunettes de visée - Normalement tenues à la main ou montées sur une arme, les lunettes de visée sont monoculaires (un seul oculaire). Comme elles sont tenues à la main, et non portées comme les lunettes, elles sont utiles lorsque vous souhaitez mieux voir un objet spécifique, puis revenir à des conditions de vision normales.
Lunettes de protection - Bien que les lunettes de protection puissent être tenues à la main, elles sont le plus souvent portées sur la tête. Les lunettes sont binoculaires (deux oculaires) et peuvent avoir un seul objectif ou un objectif stéréo, selon le modèle. Les lunettes sont excellentes pour une observation constante, par exemple pour se déplacer dans un bâtiment sombre.
Caméras - Les caméras dotées de la technologie de vision nocturne peuvent envoyer l'image à un moniteur pour affichage ou à un magnétoscope pour enregistrement. Lorsque la capacité de vision nocturne est souhaitée dans un endroit permanent, comme sur un bâtiment ou comme partie de l'équipement d'un hélicoptère, on utilise des caméras. La plupart des nouveaux caméscopes intègrent la vision nocturne.
Applications:
- Militaire
- les forces de l'ordre
- Chasse
- Observation de la faune
- Surveillance
- Sécurité
- Navigation
- Détection d'objets cachés
- Divertissement
L'objectif initial de la vision nocturne était de localiser des cibles ennemies dans la nuit. Elle est encore largement utilisée par l'armée à cette fin, ainsi que pour la navigation, la surveillance et le ciblage. La police et les services de sécurité utilisent souvent la technologie d'imagerie thermique et d'amélioration de l'image, notamment pour la surveillance. Les chasseurs et les amoureux de la nature utilisent des NVD pour se déplacer dans les bois la nuit.
Les détectives et les enquêteurs privés utilisent la vision nocturne pour surveiller les personnes qu'ils sont chargés de suivre. De nombreuses entreprises disposent de caméras installées en permanence et équipées de la vision nocturne pour surveiller les environs.
Une capacité vraiment étonnante de l'imagerie thermique est qu'elle révèle si une zone a été perturbée - elle peut montrer que le sol a été creusé pour enterrer quelque chose, même s'il n'y a aucun signe évident à l'œil nu. Les forces de l'ordre ont utilisé cette technique pour découvrir des objets cachés par des criminels, notamment de l'argent, des drogues et des corps. De même, l'imagerie thermique permet de voir les modifications récentes apportées à des zones telles que les murs, ce qui a fourni des indices importants dans plusieurs affaires.
De nombreuses personnes commencent à découvrir le monde unique que l'on peut trouver à la tombée de la nuit. Si vous faites souvent du camping ou de la chasse, il y a de fortes chances que les dispositifs de vision nocturne puissent vous être utiles - veillez simplement à vous procurer le type de dispositif adapté à vos besoins.
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