سیستم‌های دید شبانه تصویر بهبود یافته الكترونیكی تهیه میكنند . یك سیستم دید در شب مانند سایر سیستم‌های روزانه ، دارای المان اپتیكی همچون لنز ، منشور و آیینه بوده و در كنار هم با در نظر گرفتن اصول اپتیكی خاص خود طراحی و به كار گرفته شده‌اند . علاوه بر این‌ها از عنصری بنام سلول تقویت تصویر در دوربین‌ها به‌کارگیری شده است . این عنصر می تواند امكان مشاهده تصویر را در تاریكی حدود چند هزارم لوكس ( شرایط نور ماه و ستاره ) فراهم نماید .
در قلب هر سیستم شبانه ابزاری بنام لامپ تشدید كننده نور وجود دارد كه به آن Light Intesifier Tube می‌گویند . این لامپ نور موجود را جمع كرده (بعضی اوقات نور مرئی و بعضی اوقات نور مادون قرمز ) و نور را به انرژی الكتریكی تبدیل میكند . این الكتریسیته خیلی كم سپس تقویت شده و تصویر یك صحنه را برای ما نشان می‌دهد . مقابل لامپ (محلی كه تبدیل نور به الكتریسیته انجام می‌شود ) فتو كاتد نامیده می‌شود . (قطر فتوكاتد در دوربین دید در شب حدود 25 میلیمتر است)
تمامی سیستم‌های دید شبانه تك رنگ هستند ، به عبارت دیگر رنگ‌های گوناگون را نشان نمی‌دهند و تصاویر را به رنگ سبز تیره نشان میدهند .علت انتخاب این رنگ به دلیل این است كه چشم انسان نسبت به این رنگ حساسیت بیشتری دارد .
دوربین دید در شب(Night Vision System):
شیوه كار دوربین‌های دید در شب در نتیجه داشتن محدوده ای از نور ، مانند نور مهتاب و ستاره ( در حالت passive ) و یا نور مادون قرمز ( در حالت active )می‌باشد . این نور كه از فوتونها ساخته شده است در یك لامپ فوتونی جمع شده و از آنجا فوتونها به الكترون تبدیل میشوند . سپس الكترونها به واسطه الكتریسیته و فرایند شیمیایی مقدار بسیار بزرگی تقویت میشوند .
الكترونها بعد از آن بسوی یك پرده فسفری جهت نمایان شدن تصویر پرتاب شده و ما میتوانیم از میان عدسی چشمی دوربین ، تصویر تشكیل شده را كه به رنگ سبز می‌باشد مشاهده نماییم .
سیستم كار دوربین دید در شب:
طرز كار دوربین‌های دید در شب به دو صورت فعال (active) و غیر فعال (passive) می‌باشد .
1- حالت فعال (active):
در این حالت دوربین با استفاده از نور مادون قرمز (Infrared Radiation)كار میكند . طرز كار بدین صورت است كه اشعه مادون قرمز بوسیله یك لیزر (نامروی) یا نورافكن (مرئی) به طرف موضوع مورد نظر فرستاده می‌شود و با استفاده از این نور ارسالی تصویر موضوع را می توان در دوربین مشاهده نمود .
2- حالت غیر فعال (passive):
در این حالت كار سیستم دوربین ، تشدید نور حاصله از ستارگان یا ماه می‌باشد . در واقع در حالت passive دوربین از خود هیچ گونه پرتو نورانی چه مرئی و چه نامرئی ساطع نمیكند . بنابراین در هنگام استفاده در مقابل دشمن ، از نظر دشمن كاملاً محفوظ باقی می ماند و این یك مزیت نسبت حالت active می‌باشد .
در واقع دوربین های دید در شب با این نوع سیستم كاری با تقویت نوری كه از هدف باز تابیده می‌شود و رسانیدن آن به اندازه ای كه بوسیله چشم انسان قابل تشخیص باشد ، امكان دید در شب را بوجود می آورند .
امواج مرئی (Visible Waves):
طیف مرئی تنها محدوده ای است كه بدون نیاز به هیچگونه وسیله ای كه می توان آن را رؤیت كرد و دامنه طول موج آن عبارت است از 760nm-400nm
امواج مادون قرمز (Infrared Radiation):
مادون قرمز بخشی از طیف الكترومغناطیسی است كه دارای طول موجی بین (1nm-760nm) می‌باشد . معمولاً مادون قرمز را به سه قسمت نزدیك (Near infrared) ، میانی (mid infrared) ، و دور (far infrared)تقس. لازم بذكر است كه فركانس مادون قرمز بین
(1THZ-100THZ) می‌باشد.
اجزاء مهم تشكیل دهنده دوربین دید در شب :
هر دستگاه دوربین دید در شب دارای اجزای مختلفی می‌باشد كه به صورت ذیل است (لازم به ذكر است كه عدسی شیئی سلول تقویت تصویر و عدسی چشمی از اجزای مهم اصلی دوربین میباشند )
1- مجموعه شیئی :
مجموعه لنزهای شیئی عمل جمع آوری نور بازتابی موجود در صحنه و متمركز كردن آن بر روی كاتد سلول تقویت تصویر را انجام میدهند. در صورت ساكن بودن مجموعه شیئی ، عمل كانونی كردن مجموعه روی اشیاء مورد نظر در صحنه بوسیله تغییر موقعیت سلول تقویت در مقر خود نسبت به لنزهای شیئی انجام میگیرد .
2- سلول تقویت تصویر :
سلول تقویت تصویر ، نور كانونی شده بوسیله عدسی شیئی را توسط فتو كاتد دریافت نموده و پس از تقویت آن تصویری با شدت قابل رویت بر روی صفحه فتو فسفر ( صفحه نمایشگر ) ایجاد مینماید . مجموعه چشمی كه بروی صفحه نمایشگر كانونی شده است تصویر حاصل را با بزرگنمایی جهت رویت به خارج از مجموعه ارسال میكند . سلول تقویت مجهز به سیستم تثبیت كننده بهره جریان خروجی می‌باشد كه علاوه بر تغییرات شدت نور صحنه همواره دارای خروجی ثابت می‌باشد . همچنین بهره گیری از كنترل اتوماتیك 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 امكان مشاهده تصویر را در تاریكی حدود چند هزارم لوكس (شرایط نور ماه و ستاره) فراهم نماید .
3- مجموعه چشمی :
مجموعه چشمی كه بروی صفحه نمایشگر كانونی شده است عمل بزرگنمایی تصویر تشكیل شده روی صفحه نمایشگر را جهت رویت بوسیله چشم انسان بر عهده دارد . در دوربین‌ها سیستم عدسی از نوع یك چشمی (Monocular) و یا دوچشمی (Bincular) می‌باشد .
مجموعه چشمی دارای قابلیت تنظیم برای تعیین میزان تصحیح چشم می‌باشد كه امكان استفاده از سیستم برای افراد مختلف و با قدرت دیدهای متنوع را فراهم میكند . این تصحیح بوسیله تنظیم حلقه كانونی كننده چشمی صورت می پذیرد و واحد آن دیوپتر (Diopter) است .
4- مجموعه رتیكل :
مجموعه رتیكل در مركز لنزهای مجموعه شیئی تعبیه شده و بوسیله دكمه های كنترل كه روی بدنه مجموعه شیئی قرار گرفته اند عمل تنظیم در سمت و برد را انجام می دهند . این كار به این صورت است كه تصویری از سطح رتیكل روی فتو كاتد سلول تقویت ایجاد می‌شود كه این تصویر با تصویر تشكیل شده توسط مجموعه شیئی از موضوع مورد نظر به هم منطبق میگردند .
تكنولوژی دوربین‌های دید در شب(Generation):
چند سطح از تكنولوژی دوربین‌های دید در شب كه در سطح جهان به نسلهای 0،1،2،3،4 شناخته میشوند كه در ذیل مورد بحث قرار میگیرد :
1- نسل صفر (Generation-0) :
این نسل از دوربین‌ها اولین دستگاههای دید شبانه بودند كه برای استفاده ارتش تولید شدند . آنها جهت كار به یك ماه كامل و یا یك نور افكن مادون قرمز و برای حمل آنها به اطراف ، به یك كامیون ، رزم ناو و … نیاز داشتند . آنها خیلی عملی و موثر نبودند و هیچ یك از سیستم‌های نسل صفر فروخته نشد .
2- نسل یك (Generation-1) :
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 كه در دوربین های دو چشمی با كیفیت بالا استفاده می‌شود ، جمع می‌شود. فوتونها در اولین قسمت از ((LIT(Light Intensifier Tube)كه فتوكاتد نام دارد متمركز میشوند . سطح درونی فتوكاتد توسط یك ماده فسفری كه نور را به الكتریسته تبدیل میكند پوشانده می‌شود. وقتی فوتونی به مولكول فسفر اصابت میكند الكترونی ساتع می‌شود . موقعی تبدیل فوتون ( انرژی نور ) به الكترون ( انرژی الكتریكی ) اتفاق می افتد كه انرژی فوتون به مولكول فسفر اضافه می‌شود و سطح انرژی فسفر را تا نقطه ای كه ناپایدار شود بالا می برد .
مولكول فسفر سپس الكترونی ساتع میكند تا به سطح پایدار خودش باز گردد . این فرایند فوتونها را به الكترونها تبدیل میكند . الكترونها به وسیله فتوكاتد ساتع میشوند و سپس توسط یك میدان ولتاژ بالا به سوی انتهای خروجی LIT شتاب داده میشوند . چون الكترونها دارای بار منفی هستند یك میدان دارای بار مثبت موجب جذب آنها خواهد شد و سرعت پایین می آید. سپس یك لیست از حلقه های ماده ای شكل داده شده مخصوص برای حفظ تمركز الكترونها در لامپ افزوده می‌شود سپس الكترونها دارای انرژی بالا به آن حلقه هایی كه با یك لایه فسفر به روی شیشه ای پوشانده شده اند برخورد میكنند . انرژی الكترونها افزوده می‌شود تا مولكول های فسفر ناپایدار شوند (برعكس فرایند اصلی مولكول فسفر ). سپس فوتونهای بیشتری ساتع میكند تا به وضعیت قبلی پایدار باز گردد و این فوتونها توسط كاربر دیده میشوند .
3- نسل دو (Generation-2) :
در دوربین های نسل دوم روشی متفاوت برای افزایش الكترون در فتوكاتد به كار گیری شد . در اینجا تقویت به وسیله ابزاری كه صفحه تقویت كانال نامیده می‌شود كامل می گردد . صفحه تقویت كانال شامل چندین میلیون لامپ شیشه ای كوتاه كه فقط حدود 10میكرون ضخامت داشته و حدود 12 میكرون با هم فاصله دارند، می‌باشد كه به وسیله میكروسكوپ به صورت خانه به خانه مشابه لانه زنبور مشاهده می‌شود . هر لامپ در حالت تكی به طور كلی به صورت خانه ای كوچك است كه به صفحه كانال كوچك (Micro Channel Plate) متصل است .
MCP صفحه ای است كه برای افزایش الكترون بعد از فتوكاتد در لامپ قرار می گیرد . با برخورد كردن الكترون به این دیوار سبب می‌شود كه الكترون بیشتری جدا شده ، كه این باعث وضوح تصویر در لامپ می‌شود . برخورد شدید الكترون باعث می‌شود كه جدا شدن الكترون بصورت تصاعدی باشد كه در این حالت تكثیر الكترون در حدود سی هزار یا بیشتر خواهد بود . تجهیزات دوربین های نسل دوم دید در شب ، از لحاظ رزولوشن و روشنایی تصویر ، كیفیت بهتری نسبت به نسل اول دارند .
در بعضی اوقات شما مرجعی از یك دوربین دید در شب نسل2 پیدا می كنید كه سازنده برای دوربین های خود از لامپ های نسل دوم استفاده كرده است. تكنولوژی لامپ نسل دوم بدلیل استفاده زیاد آن مانند استاندارد نسل ND2 تهیه شد و دارای یك تصویر مناسب است . (در حال حاضر هم ممتاز میباشند)
4- نسل سوم (Generation-3) :
نسل سوم از لحاظ ساختمان خیلی مشابه نسل دوم است و تفاوت اصلی آن در صفحه آشكار سازی است كه در نسل سوم از نوع گالیم آرسناید (Ga As) می‌باشد و این باعث مطلوب تر شدن آن شده است . صفحه آشكار ساز از نوع Ga As از طیف مادون قرمز ( كه در شب فراوان تر است ) حساستر می‌باشد. در واقع صفحه آشكار ساز گالیم آرسناید باعث تقویت نور بیشتری می‌شود . ( به فرض یك واحد حساس تر )تجهیزات دید در شب نسل سوم بدون تردید بهترین تجهیزات دید در شب هستند اگرچه دو اشكال عمده دارند :
الف) نسل سوم در ارتش و ایالات متحده رایج است و بصورت محدود در دسترس ارتش ، پلیس و دیگر كاربران دولتی قرار گرفته است .
ب) دستگاههای نسل سوم خیلی گران قیمت هستند زیرا عناصر كمیاب در ساختمان آنها به كار برده شده است بطوری كه آنها در حدود 10 برابر گران تر از تجهیزات نسل دوم هستتند .
5- نسل چهارم (Generation-4) :
نسل چهارم دروازه ورودی تكنولوژی بدون فیلم ، بزرگترین تكنولوژی شكست میانی در افزایش تصویر ، از ده سال گذشته می‌باشد . سیستم نسل 4 بوسیله برطرف كردن مانع یونی فیلم ، فرق قابل توجه ای را در محدوده آشكار سازی هدف و رزولوشن ، بخصوص در نور های بسیار كم نشان داد.استفاده از تكنولوژی بدون فیلم و منبع توان ورودی اتوماتیكِ نسل 4 منجر می‌شود به :
بهبود بالای 100 در صد در واكنش نوری كار آیی بسیار خوب در سطح نورهای بشدت كم بهبود سیگنال به نویز و (EBI(Eclaivalent Background Illumination و سه برابر كردن سطح روشنایی رزولوشن (یك مینیمم از 36mm/LP نسبت به 12mm/LP)
((LP/mm(Line pairs/millimeter) واحد رزولوشن می‌باشد و جفت خط در واحد میلیمتر است
نسل 4 با بهبود قابل توجه در سطح كنتراست نور و كار آیی در همه حالات نور اوجی از كار آیی خطی در عرضه دوربین‌های دید در شب می‌باشد . در نسل 4 صفحه میكرو كانال(MCP)بدون فیلم یك نسبت سیگنال به نویز بیشتری نسبت به نسل 3 را فراهم كرده است كه در نتیجه كیفیت تصویر بهتری در كمترین نور را ایجاد میكند . ورودی منبع توان بیشتر ، رزولوشن تصویر در شرایط نور خیلی پایین را بهبود می‌بخشد . و این افزایش قابل توجه ای از محدوده آشكار سازی سیستم‌ها را باعث شده است .
انواع دوربین دید در شب :
دوربین‌های دید در شب به سه نوع تقسیم میشوند كه در ذیل شرح داده شده است :
1- دوربین‌های دید در شب دو چشمی (Night Vision Binocular) :
مجموعه چشمی این دوربین‌ها دو سری می‌باشد و مجموعه شیئی آن بستگی به مدل دوربین به صورت دو تایی و یا تكی می‌باشد.از مشخصات این دوربین‌ها می توان به بزرگنمایی و Focous اشاره نمود . این نوع دوربین‌ها دارای نسلهای مختلف می باشند .
كاربرد دوربین‌های دو چشمی :
از كاربردهای نظامی این نوع دوربین می توان به منظور دیده بانی در فعالیتهای اطلاعات و عملیات اشاره كرد . و از كاربرد های غیر نظامی استفاده در غار، اردوگاه ها و شكار در شب را می توان نام برد .
2- دوربین‌های دید در شب تك چشمی (Night Vision Monocular)
مجموعه چشمی و شیئی این دوربین‌ها یك سری می‌باشد . اكثر دوربین‌های تك چشمی جهت استفاده بروی سلاح ، جهت هدف گیری در شب ساخته شده اند.این نوع دوربین‌ها ممكن است بشكل فعال(Active)و یا غیر فعال(Passive)باشند.از مشخصات این دوربین‌ها می توان به بزرگنمایی و Focous اشاره نمود .
این نوع دوربین‌ها نیز دارای نسلهای مختلف میباشند .
كاربرد دوربین‌های تك چشمی :
از كاربرد های این دوربین‌ها می توان به موارد ذیل اشاره نمود :
الف) با استفاده از تجهیزات الكترواپتیكی و به منظور مشاهده و شلیك سلاح در شب به كار برده میشوند . ( نصب بر روی سلاح )
ب) به منظور دیده بانی در فعالیتهای اطلاعات ، عملیات بدون سلاح استفاده می‌شود .
3- دوربین‌های دید در شب چشمی (Night Vision Goggles):
این نوع دوربین‌ها ، دوربین‌های عینكی نیز نامیده میشوند . این نوع دوربین‌ها دارای دو مجموعه چشمی و یك و یا دو مجموعه شیئی میباشند ، عینك دید در شب یك سیستم دستی می‌باشد كه می تواند بروی سر یا كلاه به كار گرفته شود و شخص كاربر را در نور ماه و ستارگان به راهپیمایی ، رانندگی ، تیر اندازی و … قادر می‌سازد .
از مزایای این دوربین‌ها نسبت به دو نوع دیگر می توان به سبك بودن و دقت بالای آنها اشاره نمود .
این دوربین‌ها دارای بزرگنمایی نمی‌باشند ولی حالت Focous را دارند و زاویه دید آنها برابر زاویه دید چشم و حدوداً برابر 40 درجه می‌باشد .
كاربرد دوربین‌های Goggles :
با توجه به دقت و سبكی ، این نوع دوربین‌ها كاربرد بیشتری نسبت به انواع دیگر دارند . از كاربردهای نظامی این نوع دوربین می توان راهپیماییهای شبانه ، رانندگی در شب ، دیده بانی و تیر اندازی در برد كوتاه ، خواندن نقشه ها ، تعمیرات وسایل نقلیه و كمك رسانی و امداد را نام برد .
از كاربردهای غیر نظامی آنها می توان به مطالعات زیست محیطی اشاره كرد .