دوربین دید در شب

دید در شب

قطعا از کودکی تا کنون چند بار به شما گفته شده است: "اگر هویج را بخورید، حتی در تاریکی می توانید ببینید." اگر  این سخن حقیقت داشته باشد، سربازان، ملوانان و خلبانان بدون هیچ جادویی و فقط با خوردن هویج، مشکل دیدن در شب را حل می کردند و دیگر هیچ نیازی به استفاده از دوربین های دید در شب نبود. اما می دانیم که نیازمندی انسان به این دوربین ها در جنگ های شبانه مدرن یا تماشای حیات وحش در زمان گرگ و میش قطعی است.

 

 

پیدا کردن راه حل برای دیدن انسان در شب، الگو گرفتن از طبیعت است. چگونه برخی حیوانات در تاریکی مطلق شب یا حتی در تاریکی مطلق زیر زمین قادر به دیدن هستند؟ حیوانات چگونه در تاریکی می بینند؟

 

 

برای پاسخ به این سوالات و پیدا کردن راه حل مناسب برای دیدن در شب باید ابتدا ساختار چشم انسان و این حیوانات را برسی کنیم و امیدوار باشیم که بتوانیم ایده بگیریم و راه حلی پیدا کنیم.

 

برای یافتن پاسخ، ادامه مطلب را بخوانید

 

 

انسان ها برای زندگی در روز و خواب در تاریکی شب ساخته شده اند. شبکیه چشم انسان (قسمت حساس به نور چشم ما) دارای سلول های مخروطی (برای تشخیص رنگ) و میله ای (برای تشخیص حرکت و نور کم) است.

 

 

سلول های مربوط به تشخیص نور (سلول های میله ای) در انسان 20  برابر بیشتر از سلول های مخروطی (120 میلیون میله و تنها 6 میلیون مخروط) است، اما ما هنوز هم در تاریکی به درستی مشاهده نمی کنیم.

 

 

اما دیگر موجوداتی خشکی یا اعماق اقیانوس که در تاریکی زندگی و شکار می کنند، اغلب

 

 

·         دارای مردمک چشم بسیار بزرگی هستند که بواسطه آن نور زیادی را جمع آوری و وارد چشم می کنند.

 

 

·         علاوه بر آن شبکیه چشم آنها حاوی تعداد بسیار بیشتری از سلول میله ای نسبت به چشم انسان است.

 

 

بعلاوه در چشم بسیاری از مهره‌داران  مانند گربه ها یک لایه نازک به نام پرده درخشان وجود دارد. این لایه بازتابنده بوده و دقیقا پشت شبکیه قرار دارد که نور مرئی را پس از عبور از شبکیه از پشت شبکیه ازنو به درون شبکیه بازمی‌تاباند و باعث افزایش نور دریافتی توسط گیرنده‌های نوری شبکیه می‌گردد. این عمل باعث افزایش بینایی در نور ضعیف می‌گردد. دلیل براق بودن چشم گربه‌ها هم در شب وجود همین پرده است. بنابراین شانس حیوان دیدن چیزها دو برابر می شود.

چشمان انسان برای دیدن در شب تعداد کافی سلول میله های و پرده درخشان ندارد.  پس چه می توانیم در شب ببینیم؟ ایا ما می توانیم به این توانایی برسیم؟ چگونه؟ چگونه؟ چگونه؟

 

      تصور کن که من و شما دو نفری میخواهیم وسیله ای اختراع کنیم که بتوان با آن در شب دید. واضح است که آن وسیله باید نور را جذب کند، آنها را به نحوی تقویت کند، و سپس تصویر تقویت شده را در مقابل چشمان بیننده قرار دهد. اما چگونه می توان نور را جذب و تقویت کرد؟ دوربین های دیجیتال، تلسکوپ و حتی عینک های معمولی نور را در یک نقطه متمرکز میکنند اما آنها نور را تقویت نمی کنند. بدین معنی که کل نور خروجی برابر با کل نور ورودی است(پایستگی انرژی). جذب کردن نور بسیار آسان است و با یک لایه جاذب اتفاق می افتد بمانند عینک افتابی اما تقویت نور چگونه رخ می دهد؟

 

خوشبختانه عمل تقویت کردن در علم الکترونیک بسیار ساده است و با قطعات بسیاری از جمله ترانزیستور و آپ مپ به سادگی قابل دستیابی است. این قطعات یک جریان الکتریکی کوچک (جریان برق) را در یک طرف می گیرند و یک جریان بزرگتر را در دیگری تولید می کنند. به عنوان مثال، یک دستگاه شنوایی(سمعک)، از یک ترانزیستور برای تقویت صداهای ضبط شده یک میکروفون استفاده می کند، و فرد  کم شنوا به راحتی می تواند به آن گوش دهد. بنابراین می توان عمل تقویت کردن مورد نیاز اختراعمان را در حوزه الکترونیک انجام دهیم. بدین معنی که نور را به جریان الکتریکی تبدیل کنیم، جریان را تقویت کنیم، و سپس جریان تقویت شده را  به نور تبدیل کینم. این عمل باید باعث تقویت شدت نور شود تا بتوانیم حتی در شب ببینیم.(توجه شود که این جا نیز بمانند تمام جاها، پایستگی انرژی را داریم بدین صورت که انرژی نور ورودی + انرژی الکتریکی مصرف شده = انرژی نور خروجی). بله این کلک کار می کند و ما موفق به ساخت دوربین دید در شب خواهیم شد.

 

 

به طور خلاصه دوربین های دید در شب، چشم های الکترونیکی هستند که دید ضعیف شبانه را به چیزی که بارها قوی تر است تبدیل می کند. ساختار این دوربین ها در زیر به تفصیل بیان شده است.

 

 

·         نور کم شدت از وارد لنز جلو می شود. نور از فوتون (ذرات نور) تمام رنگ ها ساخته شده است.

 

 

·         فوتون ها ورودی به یک سطح حساس به نور (فوتوکاتودها) برخورد می کنند. این سطح فوتون ها را به الکترون تبدیل کند و الکترون ها را در مدار قرار می دهد (شبیه به یک پانل خورشیدی بسیار دقیق)

 

 

·         الکترونها توسط یک فتومولتی پلایر تقویت می شوند.به ازای هر الکترونی که به فتومولتی پلایر وارد می شود، الکترون های بسیاری در خروجی ایجاد می‌شود.

 

 

·         الکترون های خروجی از  فتومولتی پلایر  به یک صفحه فسفری برخورد کرده و تبدیل به نور می شوند (شبیه به صفحه نمایش در تلویزیون قدیمی است).

 

 

 

·         از آنجایی که فوتون های در خروجی دوربین نسبت به ورودی بیشتر است، صفحه نمایش یک نسخه بسیار واضح از صحنه اصلی را ایجاد می کند.

 

 

همانطور که در شکل هم دیده می شود، همه چیز از نظر عینک دید در شب سبز می شود. اما چرا؟

 

 

نور ورودی به دوربین، حاوی فوتون ها با تمام رنگ هاست، اما زمانی که آنها به الکترون تبدیل می شوند، هیچ راهی برای حفظ این اطلاعات وجود ندارد. در واقع، نور ورودی رنگی، به تصویر روشن و تاریک (سیاه و سفید) تبدیل می شود. پس چرا، تصویر درون دوربین های دید در سیاه و سفید نیست.

 

 

 

فسفر بر روی صفحه نمایش مخصوصا انتخاب می شود زیرا که چشم انسان بیشترین حساسیت را به نور سبز دارد. همچنین برای انسان نگاه کردن برای مدت طولانی به صفحه نمایش سبز نسبت به سیاه و سفید اسانتر است (به همین دلیل صفحه نمایش کامپیوترهای اولیه به رنگ سبز رنگ طراحی می شد). از این رو، دوربین های دید در شب سبز تیره هستند.