Gece görüşü - Night vision
Gece görüşü , düşük ışık koşullarında görme yeteneğidir. İster biyolojik ister teknolojik yollarla olsun, gece görüşü iki yaklaşımın bir kombinasyonu ile mümkün olur: yeterli spektral aralık ve yeterli yoğunluk aralığı . Çünkü insanlar kısmen birçok hayvanlara kıyasla zayıf gece görüşüne sahip insan gözü bir yoksun tapetum lucidum .
Aralık türleri
Spektral aralık
Gece için yararlı spektral aralık teknikleri, bir insan gözlemcinin göremediği radyasyonu algılayabilir. İnsan görüşü, görünür ışık adı verilen elektromanyetik spektrumun küçük bir kısmıyla sınırlıdır . Gelişmiş spektral aralık, izleyicinin görünmeyen elektromanyetik radyasyon kaynaklarından (yakın kızılötesi veya ultraviyole radyasyon gibi) yararlanmasına olanak tanır . Mantis karidesi ve alabalık gibi bazı hayvanlar , insanlardan çok daha fazla kızılötesi ve/veya ultraviyole spektrum kullanarak görebilir.
yoğunluk aralığı
Yeterli yoğunluk aralığı, basitçe çok küçük miktarlarda ışıkla görme yeteneğidir.
Birçok hayvanın, gözlerinin morfolojisi ve anatomisindeki bir veya daha fazla farklılığın sonucu olarak, insanlardan daha iyi gece görüşü vardır. Bunlar, daha büyük bir göz küresi, daha büyük bir merceğe, daha büyük bir optik açıklığa (gözbebekleri göz kapaklarının fiziksel sınırına kadar genişleyebilir), retinada konilerden (veya yalnızca çubuklardan) daha fazla çubuk ve bir tapetum lucidum içerir .
Gelişmiş yoğunluk aralığı, bir görüntü yoğunlaştırıcı , kazanç çarpımı CCD veya diğer çok düşük gürültülü ve yüksek hassasiyetli fotodetektör dizilerinin kullanılması yoluyla teknolojik yollarla elde edilir .
Biyolojik gece görüşü
Tüm fotoreseptör hücreleri omurgalı gözünde molekülleri içeren fotoreseptör protein , protein bir kombinasyonudur photopsin içinde renk görme hücreleri , rodopsin içinde gece görüş hücreleri ve retina (küçük bir fotoreseptör molekül). Retina, ışığı emdiğinde geri dönüşü olmayan bir şekil değişikliğine uğrar; bu değişiklik retinayı çevreleyen proteinin şeklinde bir değişikliğe neden olur ve bu değişiklik daha sonra görme ile sonuçlanan fizyolojik süreci indükler.
Retina, görme hücresinden gözün dışına yayılmalı ve kan yoluyla yenilendiği karaciğere dolaşmalıdır. Parlak ışık koşullarında retinanın çoğu fotoreseptörlerde değil, gözün dışındadır. Tüm fotoreseptör proteinlerinin aktif retina ile yeniden doldurulması için yaklaşık 45 dakika karanlık gerekir, ancak gece görüş adaptasyonunun çoğu karanlıkta ilk beş dakika içinde gerçekleşir. Adaptasyon, ışığa maksimum hassasiyet sağlar. Karanlık koşullarda, yalnızca çubuk hücreler yanıt vermek ve görüşü tetiklemek için yeterli duyarlılığa sahiptir.
İnsan çubuklarındaki Rodopsin, daha uzun kırmızı dalga boylarına karşı duyarsızdır , bu nedenle geleneksel olarak birçok insan gece görüşünü korumaya yardımcı olmak için kırmızı ışık kullanır. Kırmızı ışık, çubuklardaki rodopsin depolarını yalnızca yavaşça tüketir ve bunun yerine kırmızıya duyarlı koni hücreleri tarafından görülür .
Başka bir teori, yıldızların tipik olarak daha kısa dalga boylarında ışık yaydığından, yıldızlardan gelen ışığın mavi-yeşil renk tayfında olacağını öne sürer. Bu nedenle, gezinmek için kırmızı ışık kullanmak, yıldız ışığını tespit etmek için kullanılan alıcıları duyarsızlaştırmaz.
Kırmızı ışığa karşı duyarsızlıkları nedeniyle kırmızı-yeşil renk körlüğü olan kişilerde gece görüşü için kırmızı ışığın kullanılması daha az etkilidir .
Birçok hayvanın gözün arkasında tapetum lucidum adı verilen ve ışığı retinadan geri yansıtan, yakalaması için mevcut ışık miktarını artıran, ancak görüntünün odağının keskinliğini azaltan bir doku tabakası vardır . Bu, birçok gece hayvanında ve bazı derin deniz hayvanlarında bulunur ve göz parlamasına neden olur. İnsanlarda ve maymunlarda tapetum lucidum yoktur .
Gece memelileri, gelişmiş gece görüşünü mümkün kılan benzersiz özelliklere sahip çubuklara sahiptir. Çubuklarının nükleer yapısı, doğumdan kısa bir süre sonra tersine çevrilmek üzere değişir. Geleneksel çubukların aksine, ters çevrilmiş çubuklar , çekirdeklerinin merkezinde heterokromatine ve sınır boyunca ökromatine ve diğer transkripsiyon faktörlerine sahiptir. Ek olarak, gece memelilerinde retinadaki hücrelerin dış tabakası ( dış nükleer tabaka ), düşük ışık yoğunluklarını işlemek için mevcut milyonlarca çubuk nedeniyle kalındır. Gece memelilerinde bu tabakanın anatomisi öyledir ki, bireysel hücrelerden gelen çubuk çekirdekleri, ışık, hücrelerin fotoreseptör kısmına ulaşmadan önce sekiz ila on çekirdekten geçecek şekilde fiziksel olarak istiflenir. Işık, saçılma yerine, çekirdek yığınından dışarı ve on fotoreseptör dış segment yığınına geçerek, nükleer inversiyona bağlı güçlü bir mercekleme etkisi ile her bir çekirdeğe tek tek geçirilir . Bu anatomik değişikliğin net etkisi, retinanın ışık hassasiyetini odak kaybı olmadan sekiz ila on kat katlamaktır.
Gece görüş teknolojileri
Gece görüş teknolojileri genel olarak üç ana kategoriye ayrılabilir: görüntü yoğunlaştırma , aktif aydınlatma ve termal görüntüleme .
Görüntü yoğunlaştırma
Bu, yıldız ışığı veya ay ışığı gibi çeşitli doğal kaynaklardan alınan fotonların miktarını büyütür . Bu tür teknolojilere örnek olarak gece gözlükleri ve düşük ışıklı kameralar verilebilir. Askeri bağlamda, Görüntü Yoğunlaştırıcılar genellikle "Düşük Işıklı TV" olarak adlandırılır, çünkü video sinyali genellikle bir kontrol merkezi içindeki bir ekrana iletilir. Bunlar genellikle hem görünür hem de IR dedektörleri içeren bir sensöre entegre edilir ve akışlar, eldeki görevin gereksinimlerine bağlı olarak bağımsız olarak veya kaynaşmış modda kullanılır.
Görüntü yoğunlaştırıcı, çok az sayıda fotondan (gökyüzündeki yıldızlardan gelen ışık gibi) bir görüntü üretebilen, böylece loş ışıklı bir sahnenin gerçek zamanlı olarak görüntülenebilmesini sağlayan vakum tüpü tabanlı bir cihazdır (fotoçoğaltıcı tüp). görsel çıktı yoluyla çıplak gözle veya daha sonra analiz için veri olarak saklanır. Birçoğu ışığın "güçlendirildiğine" inansa da, öyle değil. Işık, yüklü bir fotokatot plakasına çarptığında , elektronlar bir vakum tüpü aracılığıyla yayılır ve mikrokanal plakaya çarpar . Bu, görüntü ekranının, fotokatoda çarpan ışıkla aynı desende ve insan gözünün görebileceği bir dalga boyunda bir resimle aydınlanmasına neden olur. Bu, bir CRT televizyona çok benzer , ancak renkli tabancalar yerine fotokatot yaymayı yapar.
Çıkan görünür ışık gelen ışıktan daha parlak olduğu için görüntünün "yoğunlaştığı" söylenir ve bu etki doğrudan pasif ve aktif gece görüş gözlüğü arasındaki farkla ilgilidir . Şu anda en popüler görüntü yoğunlaştırıcı, piyasada birçok başka model ve boyut bulunsa da, açılır ANVIS modülüdür. Son zamanlarda, ABD Donanması , havadaki platformların kokpitinde kullanılmak üzere ANVIS'in çift renkli bir çeşidini tedarik etme niyetini açıkladı .
Aktif aydınlatma
Aktif aydınlatma, yakın kızılötesi (NIR) veya kısa dalga kızılötesi (SWIR) bandında aktif bir aydınlatma kaynağı ile görüntüleme yoğunlaştırma teknolojisini birleştirir . Bu tür teknolojilere örnek olarak düşük ışıklı kameralar dahildir.
Aktif kızılötesi gece görüşü, 700–1.000 nm (insan gözünün görünür spektrumunun hemen altında) spektral aralıktaki kızılötesi aydınlatmayı bu ışığa duyarlı CCD kameralarla birleştirir. Bir insan gözlemci için görünüşte karanlık olan ortaya çıkan sahne, normal bir görüntüleme cihazında tek renkli bir görüntü olarak görünür. Aktif kızılötesi gece görüş sistemleri, yüksek düzeyde kızılötesi ışık üreten aydınlatıcılar içerebildiğinden, elde edilen görüntüler tipik olarak diğer gece görüş teknolojilerinden daha yüksek çözünürlüktedir. Aktif kızılötesi gece görüşü, düşük ışık koşullarında etkili gece görüntülemesi sağlayan ticari, konut ve hükümet güvenlik uygulamalarında yaygın olarak bulunur. Ancak aktif kızılötesi ışık gece görüş gözlüğü ile algılanabildiğinden, taktik askeri operasyonlarda pozisyon kaybetme riski olabilir.
Lazer menzilli görüntüleme, aydınlatma ve görüntüleme için yüksek güçlü darbeli ışık kaynağı kullanan aktif gece görüşünün başka bir şeklidir. Menzil geçişi, lazer darbelerini kamera dedektörlerinin deklanşör hızıyla birlikte kontrol eden bir tekniktir. Geçitli görüntüleme teknolojisi ayrılabilir tek atış , nerede tek ışık nabız ve gelen detektör yakalar görüntü çoklu atış dedektörü bir görüntü oluşturmak için birden çok çekim ışık darbeleri bütünleştirdiği. Bu tekniğin en önemli avantajlarından biri , termal görüntülemede olduğu gibi, yalnızca algılama yerine hedef tanıma gerçekleştirme yeteneğidir .
Termal görüş
Termal görüntüleme , arka plan ve ön plan nesneleri arasındaki sıcaklık farkını algılar. Bazı organizmalar, bolometre işlevi gören özel organlar aracılığıyla ham bir termal görüntüyü algılayabilirler . Bu, termal radyasyonu tespit ederek çalışan yılanlarda termal kızılötesi algılamaya izin verir .
Termal görüntüleme kameraları , gece görüşü için mükemmel araçlardır. Termal radyasyonu algılarlar ve bir aydınlatma kaynağına ihtiyaç duymazlar. En karanlık gecelerde bir görüntü üretirler ve hafif sis, yağmur ve dumanı (belirli bir dereceye kadar) görebilirler. Termal görüntüleme kameraları, küçük sıcaklık farklarını görünür hale getirir. Yeni veya mevcut güvenlik ağlarını tamamlamak için ve genellikle "FLIR" ("ileriye dönük kızılötesi" için) olarak adlandırılan uçaklarda gece görüşü için yaygın olarak kullanılırlar. Ek kameralarla (örneğin, görünür bir spektrum kamerası veya SWIR) birleştirildiğinde, her bir algılama bandının özelliklerinden yararlanan çok bantlı sensörler mümkündür. Medyada tasvir edilen yanlış anlamaların aksine, termal görüntüleyiciler katı nesnelerin (örneğin duvarların) içini "göremezler" veya cam veya akrilikten göremezler, çünkü bu malzemelerin her ikisi de kendi termal imzasına sahiptir ve uzun dalga kızılötesi radyasyona karşı opaktır. .
Gece görüş cihazları
Makalelere bakın: Gece görüş cihazı ve Termal görüntüleme kamerası
Tarih
Görüntü yoğunlaştırıcıların piyasaya sürülmesinden önce, gece görüşü için tek yöntem gece camlarıydı ve bu nedenle özellikle denizde yaygın olarak kullanılıyordu. İkinci Dünya Savaşı dönemi gece gözlükleri genellikle yedi veya sekiz büyütme ile 56 mm veya daha fazla lens çapına sahipti. Gece gözlüklerinin en büyük dezavantajları büyüklükleri ve ağırlıklarıdır.
Mevcut teknoloji
Bir gece görüş cihazı (NVD), askeri kuvvetler tarafından yaygın olarak kullanılan, sert bir mahfaza içinde bir görüntü yoğunlaştırıcı tüp içeren bir cihazdır . Son zamanlarda, gece görüş teknolojisi sivil kullanım için daha yaygın hale geldi. Örneğin, kazaları önlemek için pilotların durumsal farkındalığını artırmak için uçaklar için gelişmiş görüş sistemleri (EVS) kullanılabilir hale geldi. Bu sistemler, Cirrus ve Cessna gibi üreticilerin en son aviyonik paketlerine dahil edilmiştir . ABD Donanması, Elbit Systems tarafından üretilen, kaska takılan bir ekrana entegre edilmiş bir varyantın tedarikine başladı.
Belirli bir NVD türü olan gece görüş gözlüğü (NVG), çift göz merceğine sahip bir gece görüş cihazıdır. Cihaz, her iki göze aynı görüntünün gönderildiği bir yoğunlaştırıcı tüp veya her bir göz için ayrı bir görüntü yoğunlaştırıcı tüp kullanabilir. Büyütme lensleri ile birleştirilen gece görüş gözlüğü, gece görüş dürbünlerini oluşturur. Diğer tipler, ateşli silahlara gece manzaraları olarak monte edilebilen tek okülerli monoküler gece görüş cihazlarını içerir. NVG ve EVS teknolojileri, güvenliği artırmak için helikopter operasyonlarında daha popüler hale geliyor. NTSB güvenlik özellikleri için önerilen donanım olarak EVS düşünüyor.
Gece gözlükleri tek veya dürbün olup, geniş çaplı bir objektife sahiptir. Büyük lensler ışığı toplayıp konsantre edebilir, böylece ışığı tamamen optik araçlarla yoğunlaştırır ve kullanıcının karanlıkta yalnızca çıplak gözle olduğundan daha iyi görmesini sağlar. Genellikle gece gözlüklerinde, toplanan tüm ışığın kullanıcının gözüne girmesini sağlamak için 7 mm veya daha fazla oldukça büyük bir çıkış gözbebeği bulunur. Ancak, insan gözbebeğinin sınırlı genişlemesi nedeniyle birçok insan bundan yararlanamaz . Bunun üstesinden gelmek için askerlere bazen öğrencileri genişletmek için atropin göz damlası verildi.
Araçlara gece görüş sistemleri de kurulabilir. Bir araç sürücüsünün algısını iyileştirmek ve karanlıkta veya kötü havalarda mesafeyi görmek için bir otomotiv gece görüş sistemi kullanılır. Bu tür sistemler, daha sonra sürücüye görüntülenen bilgileri toplamak için tipik olarak, bazen aktif aydınlatma teknikleriyle birlikte kızılötesi kameralar kullanır. Bu tür sistemler şu anda belirli premium araçlarda isteğe bağlı donanım olarak sunulmaktadır.
Ayrıca bakınız
- Johnson kriterleri
- Düşük ışık seviyesi televizyon
- Gece görüş cihazı
- Termal görüntüleme cihazı
- termografik kamera
- Önlenen görüş
Referanslar
Dış bağlantılar
- Gece Görüşü ve Elektronik Sensörler Müdürlüğü - Fort Belvoir, Virginia
- Otomotiv Gece Görüş Gösterisi
- Termal görüntüleme kameralarının veritabanı