جهاز الرؤية الليلية

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.
السؤال الآن كيف يمكن تحسين مدى الرؤية في الظلام؟
للإجابة على هذا السؤال يجب أن نلقى بعض الضوء على الطيف الكهرومغناطيسي الذي يحيطنا، وإن ما نراه من ألوان هو جزء بسيط من الطيف الكهرومغناطيسي كما هو واضح في الشكل

[Link nur für registrierte Benutzer sichtbar]
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:
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.
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.
الأشعة الحرارية Thermal-infrared وهي التي تحتل أكبر مدى من الطيف الكهرومغناطيسي من 3 مايكرون إلى 30 مايكرون.
الأشعة 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 الاثارة وهذا يسبب إلى انطلاق الاشعة الكهرومغناطيسية في المنطقة تحت الحمراء. حيث أن الذرات في حالة اثارة مستمرة excitation إلى مستويات الطاقة العليا excited level ثم عودتها إلى مستوى الطاقة الأرضي ground-state energy level.

تعتمد فكرة الرؤية الليلية على الأشعة تحت الحمراء (الحرارية) المنبعثة من الأجسام لذا سوف نقوم بالاطلاع على الذرة ومستويات الطاقة:
عند اكتساب إلكترونات 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 (اكثر 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.

[Link nur für registrierte Benutzer sichtbar]
كيف تعمل أجهزة الرؤية الليلية

[Link nur für registrierte Benutzer sichtbar]
1- بواسطة نظام عدسات شبيه بعدسات كاميرا الفيديو يعمل على تجميع الاشعة تحت الحمراء المنبعثة من الاجسام.
2- الاشعة الحمراء المجمعة تسقط على مصفوفة من المجسات الحساسة للاشعة تحت الحمراء تعمل على رسم خريطة حرارية للجسم تسمى thermogram.
3- تقوم اجهزة اكترونية بتحويل الصورة الحرارية thermogram إلى نبضات الكترونية.
4- تقوم وحدة معالجة الاشارة 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.

[Link nur für registrierte Benutzer sichtbar]
هناك نوعان من اجهزة الرؤية الليلية أحدهما يعمل عند درجة حرارة الغرفة ويعرف باسم Un-cooled وبامكانه رصد فروقات في درجة الحرارة تصل إلى 0.2 درجة مئوية وهو اكثر انتشاراً. والنوع الاخر يعمل تحت درجات حرارة أقل من درجة حرارة الغرفة وذلك بتبريده ويعرف باسم Cryogenically cooled وهو مرفع الثمن وبامكانه رصد فروقات في درجة الحرارة تصل إلى 0.1 درجة مئوية ولمسافات تصل إلى 300 متر.
توضح الأشكال التالية درجة وضوح الرؤية في ثلاث حالات مختلفة:
رؤية بواسطة ضوء النهار

[Link nur für registrierte Benutzer sichtbar]
الرؤية في الليل

[Link nur für registrierte Benutzer sichtbar]
الرؤية باستخدام كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء
[Link nur für registrierte Benutzer sichtbar]
أنواع اجهزة الرؤية الليلية
يمكن تقسيم اجهزة الرؤية الليلية إلى ثلاثة أقسام هي:
التلسكوب Scopes
وهي الاجهزة التي تثبت على الاسلحة لاصابة الاهداف الليلية أو التي تحمل باليد للانتقال من الرؤية الليلية إلى الرؤية الطبيعية.

DARK INVADER Multi-purpose Pocketscope

[Link nur für registrierte Benutzer sichtbar]
المنظار Goggles
وهي في الغالب ما تثبت على الرأس وتستخدم للتجول بواسطتها خلال الليل.
[Link nur für registrierte Benutzer sichtbar]
الكاميرا Cameras
وهي تشبه كاميرا الفيديو التقليدية ولكن تعتمد على التصوير بواسطة الاشعة تحت الحمراء وتستخدف في طائرات الهيلوكوبتر أو مراقبة الابنية.
[Link nur für registrierte Benutzer sichtbar]
استخدامات اجهزة الرؤية الليلية
للاجهزة الرؤية الليلية العديد من التطبيقات مثل التطبيقات في المجالات العسكرية وفي الابحاث الجنائية وفي رحلات الصيد الليلية وفي البحث عن الاشياء المفقودة وفي التسلية وفي انظمة الحماية والمراقبة. وتجدر الاشارة إلى أن أول وأهم تطبيقات اجهزة الرؤية الليلية هي الاستخدامات العسكرية في التجسس على تحركات الخصم ومعداته في اثناء الليل، كما يستخدمه رجال الاعمل في مراقبة ابنيتهم من اللصوص والمعتدين. كما يستحدمه رجال التحريات الجنائية في دراسة تحركات اللصوص من الاثار الحرارية التي تركتها اقدامهم على الأرض وتحديد فترة الاعتداء ومتابعة المسروقات وغيره....