هل تعرف كيف يعمل جهاز الرؤية الليلية؟

هل تعرف كيف يعمل جهاز الرؤية الليلية؟



من المعروف أن عملية الرؤية تتم بواسطة انعكاس أشعة الضوء المرئي من الجسم الذي ننظر إليه على أعيننا والتي بدورها تكون صورة للجسم على شبكية العين وتنتقل معلومات الصورة من خلال الألياف البصرية إلى الدماغ ليترجم صورة الجسم. ومن هنا فإن عملية الرؤية تعتمد أساسا على أشعة الضوء المرئي سواء كان مصدره أشعة الشمس أو مصابيح الإضاءة الكهربية. ولهذا السبب فإن في الظلام لا يمكن للعين رؤية الأشياء لعدم توفر الضوء المرئي المنعكس من الجسم إلى العين.

لكي نعرف عملية تحسين مدى الرؤية في الظلام يجب إلقاء الضوء على الطيف الكهرومغناطيسي
الطيف الكهرومغناطيسي


لكل منطقة على الطيف الكهرومغناطيسي طاقة محددة تعتمد على الطول الموجي: حيث أن الطول الموجي الأقصر له طاقة أكبر. وبالتالي يكون اللون الأزرق ذو الطول الموجي الأقصر في الطيف المرئي له طاقة اكبر من اللون الأحمر لأن له طول موجي أكبر. ويأتي طيف الأشعة تحت الحمراء قبل اللون الأحمر وهذا يعني أن طاقتها أقل.

الأشعة تحت الحمراء تقسم إلى ثلاثة مناطق كما تقسم الأشعة المرئية إلى سبعة ألوان مختلفة (ألوان الطيف المعروفة) وهذه المناطق الثلاثة لطيف الأشعة تحت الحمراء هي:

1- المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء Near-infrared وهي أقرب ما يمكن من الطيف المرئي والتي يبلغ مداها من 0.7 مايكرون إلى 1.3 مايكرون.

2- المنطقة الوسطى Mid-infrared وهي المنطقة من الطيف الكهرومغناطيسي في المدى 1.3 مايكرون إلى 3 مايكرون. وهذه الأشعة المستخدمة في أجهزة التحكم عن بعد الرموتكنترول.

3- الأشعة الحرارية Thermal-infrared وهي التي تحتل أكبر مدى من الطيف الكهرومغناطيسي من 3 مايكرون إلى 30 مايكرون.

والأشعة الحرارية Thermal-infrared هي أشعة تنبعث من الأجسام نتيجة لدرجة حرارتها وليست أشعة تنعكس عن الأجسام. ويعود انبعاث الأشعة الحرارية في منطقة الأطياف تحت الحمراء من إثارة الذرات المكونة للجسم عند درجات حرارة فوق الصفر المطلق وعودتها إلى حالة عدم الإثارة وهذا يسبب إلى انطلاق الأشعة الكهرومغناطيسية في المنطقة تحت الحمراء. حيث أن الذرات في حالة إثارة مستمرة excitation إلى مستويات الطاقة العليا excited level ثم عودتها إلى مستوى الطاقة الأرضي ground-state energy level.
الذرة


عند اكتساب الكترونات الذرة طاقة نتيجة لدرجة حرارتها تنتقل إلى مدارات ذات طاقة أعلى ثم ما تلبث وأن تعود إلى مستوى الطاقة الأساسي Ground State مطلقة الطاقة التي اكتسبتها في صورة طيف كهرومغناطيسي في منطقة الأشعة تحت الحمراء بطول موجي يتراوح من 3 مايكرون إلى 30 مايكرون حسب درجة الإثارة. فعلى سبيل المثال عند تسخين ملعقة على لهب تبدأ درجة حرارة الملعقة بالازدياد وينتج عند كل درجة حرارة انبعاث للأشعة تحت الحمراء (الحرارية) إلى أن تصل درجة الحرارة إلى حد معين تبدأ فيه الملعقة بالتوهج ويحمر لونها وهنا نكون قد دخلنا في الأطوال الموجية المرئية لأن درجة الحرارة تقترب من 500 درجة مئوية وتصل أقصى درجات التوهج عندما يصبح لون المعلقة قريبا من اللون الأبيض (أكثر من 1000 درجة مئوية).

نستنتج من ذلك أن كل جسم يشع طيف كهرومغناطيسي عند درجات الحرارة فوق الصفر المطلق وكلما ازدادت درجة الحرارة ازدادت درجة الإثارة وهذا يؤدي إلى انبعاث طيف كهرومغناطيسي يكون في منطقة الأشعة تحت الحمراء عند درجات الحرارة المنخفضة وكلما ازدادت درجة الحرارة اقترب الطيف المنبعث إلى الطيف المرئي.

ومن هنا تعتمد فكرة الرؤية الليلية على الأشعة تحت الحمراء (الحرارية) المنبعثة من الأجسام، وهذا ما سنقوم بشرحه الآن...
كيف تعمل أجهزة الرؤية الليلية


التصوير بكاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء

1. بواسطة نظام عدسات شبيه بعدسات كاميرا الفيديو يعمل على تجميع الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الأجسام.

2. الأشعة الحمراء المجمعة تسقط على مصفوفة من المجسات الحساسة للأشعة تحت الحمراء تعمل على رسم خريطة حرارية للجسم تسمى thermogram.

3. تقوم أجهزة الكترونية بتحويل الصورة الحرارية thermogram إلى نبضات الكترونية.

4. تقوم وحدة معالجة الإشارة signal-processing unit بترجمة الصورة الحرارية المأخوذة من المجسات إلى معلومات لتعرض على الشاشة.

5. ترسل وحدة معالجة الاشارة signal-processing unit المعلومات إلى الشاشة على شكل مناطق ملونة تعكس درجات الحرارة وجميع المعلومات المجمعة تكون الصورة.

هناك نوعان من أجهزة الرؤية الليلية أحدهما يعمل عند درجة حرارة الغرفة ويعرف باسم Un-cooled وبإمكانه رصد فروقات في درجة الحرارة تصل إلى 0.2 درجة مئوية وهو اكثر انتشاراً. والنوع الآخر يعمل تحت درجات حرارة أقل من درجة حرارة الغرفة وذلك بتبريده ويعرف باسم Cryogenically cooled وهو مرتفع الثمن وبإمكانه رصد فروقات في درجة الحرارة تصل إلى 0.1 درجة مئوية ولمسافات تصل إلى 300 متر.
أنواع أجهزة الرؤية الليلية


يمكن تقسيم أجهزة الرؤية الليلية إلى ثلاثة أقسام هي:

1- التلسكوب Scopes وهي الأجهزة التي تثبت على الأسلحة لإصابة الأهداف الليلية أو التي تحمل باليد للانتقال من الرؤية الليلية إلى الرؤية الطبيعية.

2- المنظار Goggles وهي في الغالب ما تثبت على الرأس وتستخدم للتجول بواسطتها خلال الليل.

3- الكاميرا Cameras وهي تشبه كاميرا الفيديو التقليدية ولكن تعتمد على التصوير بواسطة الأشعة تحت الحمراء وتستخدم في طائرات الهليوكوبتر أو مراقبة الأبنية.

التلسكوب Scopes المنظار Goggles

DARK INVADER Multi-purpose Pocketscope

DARK INVADER Night-vision Goggles 4501

الكاميرا Cameras

Stealth 301 Series Day/Night Video Camera
استخدامات أجهزة الرؤية الليلية


للأجهزة الرؤية الليلية العديد من التطبيقات مثل التطبيقات في المجالات العسكرية وفي الأبحاث الجنائية وفي رحلات الصيد الليلية وفي البحث عن الأشياء المفقودة وفي التسلية وفي أنظمة الحماية والمراقبة. وتجدر الإشارة إلى أن أول وأهم تطبيقات أجهزة الرؤية الليلية هي الاستخدامات العسكرية في التجسس على تحركات الخصم ومعداته في أثناء الليل، كما يستخدمه رجال الأعمال في مراقبة أبنيتهم من اللصوص والمعتدين. كما يستخدمه رجال التحريات الجنائية في دراسة تحركات اللصوص من الآثار الحرارية التي تركتها أقدامهم على الأرض وتحديد فترة الاعتداء ومتابعة المسروقات وغيره.