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Didacticiel vision de nuit

Comprendre la technologie de vision nocturne

La technologie des tubes intensificateurs d'image a évolué au cours des 50 dernières années grâce à une série de «générations». Afin de différencier les produits de vision nocturne et de déterminer celui qui convient le mieux à votre application, vous devez comprendre les générations.

Chaque génération (Gen) a été définie par des avancées technologiques spécifiques. À ce jour, quatre générations d’intensificateurs d’image ont été produites: des générations 0 à 3.

Gen 0 - Les premiers produits de vision nocturne (1950) étaient basés sur la conversion d'image plutôt que sur l'intensification. Ils avaient besoin d'une source de lumière infrarouge invisible (IR) montée sur ou à proximité de l'appareil pour éclairer la zone cible.

Gen 1 - Les «lunettes étoiles» des années 1960 (époque du Vietnam) avaient trois tubes intensificateurs d’image connectés en série. Ces systèmes étaient lourds et encombrants. L'image de la génération 1 était claire au centre mais déformée sur les bords.

Gen 2: le multiplicateur d'électrons à plaque à microcanaux (MCP) a été à l'origine du développement de la génération 2 dans les années 1970. Le «gain» fourni par le MCP a éliminé le besoin de tubes dos à dos, améliorant ainsi la taille et la qualité de l'image. Il a également permis de développer des lunettes de protection portatives et montées sur un casque.

Gen 3 - Deux avancées majeures ont caractérisé le développement de la génération 3 à la fin des années 1970 et au début des années 1980: la photocathode à l'arséniure de gallium (GaAs) et le film barrière aux ions sur le MCP. La photocathode GaAs a permis de détecter des objets à de plus grandes distances dans des conditions beaucoup plus sombres. Le film barrière aux ions a prolongé la durée de vie opérationnelle du tube de 2 000 heures (génération 2) à 10 000 heures (génération 3).

Lorsque vous parlez de technologie de vision nocturne, vous pouvez également entendre le terme «Omnibus» ou «OMNI». L’achat de dispositifs de vision nocturne se fait par le biais de contrats pluriannuels / multiproduits appelés «Omnibus» - abrégés en «OMNI». Contrat avec OMNI, ITT a fourni aux appareils de la génération 3 des performances toujours plus élevées. Par conséquent, les dispositifs de génération 3 peuvent être définis plus précisément comme OMNI I, II, etc.

Terminologie de vision nocturne

Contrôle automatique de la luminosité (ABC): fonction électronique qui réduit automatiquement les tensions sur la plaque à microcanaux afin de maintenir la luminosité de l’intensificateur d’image dans des limites optimales et de protéger le tube. L'effet de ceci peut être vu lors du passage rapide de conditions de faible luminosité à des conditions de forte luminosité; l'image devient plus lumineuse et, après un retard momentané, diminue graduellement à un niveau constant.

Point noir: Ce sont des taches cosmétiques dans l'intensificateur d'image ou peuvent être de la saleté ou des débris entre les lentilles. Les points noirs qui se trouvent dans l'intensificateur d'image n'affectent pas les performances ou la fiabilité d'un dispositif de vision nocturne et sont inhérents aux processus de fabrication.

Blooming: Perte momentanée de l'image de vision nocturne due à la surcharge du tube intensificateur par une source de lumière vive. Lorsqu'une source de lumière aussi brillante entre dans le champ de vision du dispositif de vision nocturne, toute la scène de vision nocturne devient beaucoup plus lumineuse, ce qui «blesse» les objets dans le champ de vision. La floraison est courante dans les appareils de génération 0 et 1.

Protection contre les sources de lumière (BSP): fonction électronique qui réduit la tension de la photocathode lorsque le dispositif de vision nocturne est exposé à des sources de lumière telles que l’éclairage d’une pièce ou de voiture. BSP protège le tube d'image des dommages et améliore sa durée de vie; Cependant, cela a également pour effet d'abaisser la résolution lors du fonctionnement.

Dioptrie: unité de mesure utilisée pour définir la correction des yeux ou le pouvoir de réfraction d'un objectif. Habituellement, les réglages d'un oculaire optique tiennent compte des différences de vision. La plupart des systèmes ITT offrent une plage de +2 à -6 dioptries.

Distorsion: Il existe deux types de distorsion dans les systèmes de vision nocturne. Un type est causé par la conception de l'optique, ou tube intensificateur d'image, et est la distorsion optique classique. L'autre type est associé à des défauts de fabrication dans les fibres optiques utilisées dans le tube intensificateur d'image.

Distorsion optique classique: Une distorsion optique classique se produit lorsque la conception de l'optique ou du tube intensificateur d'image crée des lignes droites au bord du champ de vision qui se courbent vers l'intérieur ou vers l'extérieur. Cette courbe des lignes droites au bord fera en sorte que le motif de la grille carrée commence à ressembler à une pelote ou à un baril. Cette distorsion est la même pour tous les systèmes portant le même numéro de modèle. Une bonne conception optique rend normalement cette distorsion si faible que l'utilisateur typique ne verra pas les courbes se courber.

Éclairage de fond équivalent (EBI): Il s'agit de la quantité de lumière que vous voyez à travers un dispositif de vision nocturne lorsqu'un tube à image est allumé mais que la photocathode n'est pas éclairée. EBI est affecté par la température; plus l'appareil de vision nocturne est chaud, plus l'éclairage d'arrière-plan est lumineux. L'EBI est mesuré en lumens par centimètre carré (lm / cm2). Plus la valeur est basse, mieux c'est. Le niveau EBI détermine le niveau de luminosité le plus bas auquel une image peut être détectée. En dessous de ce niveau de lumière, les objets seront masqués par le EBI.

Point d'émission: Un point fixe constant ou fluctuant de lumière vive dans la zone de l'image qui ne disparaît pas lorsque toute la lumière est bloquée par l'objectif. La position d'un point d'émission dans le champ de vision ne bougera pas. Si un point d'émission disparaît ou n'est que faiblement visible lors d'une visualisation dans des conditions nocturnes plus claires, cela ne signifie pas qu'il y a un problème. Si le point d'émission reste brillant dans toutes les conditions d'éclairage, le système doit être réparé. Ne confondez pas un point d'émission avec une source de lumière ponctuelle dans la scène visionnée.

Soulagement des yeux: La distance entre les yeux d’une personne et le dernier élément de l’oculaire est nécessaire pour obtenir la zone d’image optimale.

Distorsions liées à la fabrication des fibres optiques: Deux types de distorsions des fibres optiques sont les plus significatifs pour les appareils de vision nocturne: la distorsion S et la distorsion par cisaillement.

- S-Distorsion Résultats de l'opération de torsion dans la fabrication d'onduleurs à fibre optique. Habituellement, la distorsion en S est très petite et difficile à détecter à l’œil nu.

- Une distorsion par cisaillement peut se produire dans tout tube image utilisant des faisceaux de fibres optiques pour l'écran phosphore. Il apparaît comme un clivage ou une dislocation dans une ligne droite vue dans la zone d'image, comme si la ligne était «cisaillée».

Figure de mérite (FOM): spécification du tube d'intensification de l'image utilisée pour qualifier l'exportabilité. Calculé sur la résolution (paires de lignes par millimètre) x rapport signal / bruit.

Bruit à motif fixe (FPN): Un motif hexagonal (en nid d'abeille) très pâle dans toute la zone de l'image, qui survient le plus souvent dans des conditions d'éclairage intense. Ce schéma est inhérent à la structure de la plaque à microcanaux et peut être observé dans pratiquement tous les systèmes Gen 2 et Gen 3 si le niveau de lumière est suffisamment élevé.

Footlambert (fL): Unité de luminosité égale à une bougie à une distance d'un pied.

Gain: Aussi appelé gain de luminosité ou gain de luminance. C'est le nombre de fois qu'un dispositif de vision nocturne amplifie l'entrée de lumière. Il est généralement mesuré en gain de tube et en système. Le gain du tube est mesuré en tant que sortie de lumière (en fL) divisée par l'entrée de lumière (en fc). Ce chiffre est généralement exprimé en dizaines de milliers. Si le gain du tube est poussé trop haut, le tube sera plus «bruyant» et le rapport signal sur bruit risque de baisser. Les tubes à images Gen 3 de l’armée américaine ont des gains compris entre 40 000 et 70 000. D'autre part, le gain du système est mesuré comme le rendement lumineux (fL) divisé par l'entrée lumineuse (également fL) et correspond à ce que l'utilisateur voit réellement. Le gain de système est généralement vu dans les milliers. Les systèmes militaires américains fonctionnent entre 2 000 et 3 000. Dans tout système de vision nocturne, le gain de tube est réduit par les lentilles du système et est affecté par la qualité de l’optique ou des filtres. Par conséquent, le gain système est une mesure plus importante pour l'utilisateur.

Arséniure de gallium (GaAs): Matériau semi-conducteur utilisé dans la fabrication de la photocathode Gen 3. Les photocathodes GaAs ont une très haute photosensibilité dans la région spectrale d'environ 450 à 950 nanomètres (région visible et proche infrarouge).

I² (Intensification de l'image): Collecte et intensifie la lumière disponible dans le spectre visible et le proche infrarouge. Offre une image claire et distincte dans des conditions de faible luminosité.

IR (infrarouge): zone en dehors du spectre visible non visible par l'œil humain (entre 700 nanomètres et 1 millimètre). Le spectre visible est compris entre 400 et 700 nanomètres.

Illuminateur IR: fournit une source de lumière (invisible à l'œil nu) pour permettre au système de vision nocturne de s'amplifier. Fonctionne à environ 880 nanomètres.

lp / mm (Line Pairs per Millimeter): Unité utilisée pour mesurer la résolution de l’intensificateur d’image. Habituellement déterminé à partir d'une cible d'essai de puissance de résolution de l'armée de l'air de 1951. La cible est une série de motifs de tailles différentes composés de trois lignes horizontales et de trois lignes verticales. Un utilisateur doit pouvoir distinguer toutes les lignes horizontales et verticales et les espaces qui les séparent.

Lumen: Une mesure du pouvoir perçu de la lumière. La lumière peut être considérée comme une mesure de la «quantité» totale de lumière visible émise.

mA / W (Milliampères par Watt): Mesure du courant électrique (mA) produit par une photocathode lorsqu'elle est exposée à une longueur d'onde de lumière spécifiée à une puissance de rayonnement donnée (watt).

MCP (Microchannel Plate): Un disque de verre recouvert de métal qui multiplie les électrons produits par la photocathode. Un MCP se trouve uniquement dans les systèmes Gen 2 et Gen 3. Les MCP éliminent la distorsion caractéristique des systèmes Gen 0 et Gen 1. Le nombre de trous (canaux) dans un MCP est un facteur majeur dans la détermination de la résolution. Les MCP d’ITT ont 10,6 millions de trous ou de canaux par rapport à la norme précédente de 3,14 millions.

Fonction de transfert de modulation (MTF): mesure de la capacité d'un système optique à reproduire (transférer) différents niveaux de détail de l'objet à l'image, comme l'indique le degré de contraste (modulation) de l'image.

Infrarouge proche: Les plus courtes longueurs d'onde de la région infrarouge, nominalement de 750 à 2500 nanomètres. Voir aussi IR (infrarouge).

Photocathode: surface d'entrée d'un tube intensificateur d'image qui absorbe de l'énergie lumineuse (photons) et libère à son tour de l'énergie électrique (électrons) sous la forme d'une image. Le type de matériau utilisé est une caractéristique distinctive des différentes générations.

Sensibilité à la photocathode: La sensibilité à la photocathode est une mesure de la capacité du tube intensificateur d'image à convertir la lumière en un signal électronique permettant son amplification. Les unités de sensibilité à la photocathode sont les micro-ampères / lumière (µA / lm). Une lumière est une unité scientifique qui mesure la lumière aux longueurs d'onde que l'œil humain voit (du violet au rouge). Étant donné que les tubes intensificateurs d'image voient la lumière que l'œil ne voit pas, il est important de connaître le contenu spectral (couleur) de la lumière utilisée pour tester la sensibilité de la photocathode. La sensibilité des photocathodes est mesurée à l'aide d'une source lumineuse présentant un spectre de couleurs similaire à un corps noir théorique fonctionnant à 2856 ° K (2856 degrés Kelvin). Cette source de lumière a été choisie parce qu’elle a un spectre de couleurs semblable à la couleur d’un ciel nocturne éclairé uniquement par des étoiles. La sensibilité de la photocathode mesurée avec une source lumineuse à spectre de couleurs différente donnera des lectures différentes.

Résolution: capacité d'un intensificateur d'image ou d'un système de vision nocturne à distinguer des objets rapprochés. La résolution du tube intensificateur d'image est mesurée en paires de lignes par millimètre (lp / mm), tandis que la résolution du système est mesurée en cycles par milliradian. Pour tout système de vision nocturne particulier, la résolution du tube restera constante alors que la résolution du système peut être affectée en modifiant l'objectif de l'objectif ou de l'oculaire et en ajoutant des filtres de grossissement ou des lentilles à relais. Souvent, la résolution dans le même appareil de vision nocturne est très différente lorsqu'elle est mesurée au centre de l'image et à la périphérie de celle-ci. Ceci est particulièrement important pour les appareils sélectionnés pour la photographie ou la vidéo pour lesquels la résolution de l’ensemble de l’image est importante.

Scintillation: Effet scintillant aléatoire aléatoire sur toute la surface de l'image. La scintillation, parfois appelée «bruit vidéo», est une caractéristique normale des intensificateurs d’image à plaque à microcanaux et est plus prononcée dans des conditions de faible luminosité. Ne confondez pas la scintillation avec les points d’émission.

Rapport signal sur bruit (SNR): Le rapport signal sur bruit est un rapport entre l'amplitude du signal et l'amplitude du bruit. Si le bruit dans la scène (voir la définition de «scintillation») est aussi brillant et aussi grand que l'image intensifiée, vous ne pouvez pas voir l'image. Le RSB change avec le niveau de luminosité car le bruit reste constant mais le signal augmente (niveaux de luminosité supérieurs). Plus le rapport SNR est élevé, plus la scène peut être sombre et l'appareil continue à fonctionner. L'effet du rapport RSB dans les périphériques I2 est similaire à celui d'un téléviseur éloigné de la station de télévision. À grande distance de la gare, l'image de la télévision devient bruyante et la «neige» bloque l'image.

Spectre: gamme d’énergie électromagnétique allant des rayons cosmiques aux très basses fréquences.

Imagerie thermique: détecte la différenciation du rayonnement et de la température entre 7,5 et 13,5 microns et crée une image thermique (image de l'énergie thermique émise). Mieux pour la détection que la reconnaissance.

μA / lm (microampères par lumen): mesure du courant électrique (μA) produit par une photocathode lorsqu'elle est exposée à une quantité mesurée de lumière (lumens).