جهاز الرؤية الليلية
Night Vision Devices
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 أساساً على أشعة الضوء المرئي سواء كان مصدرها أشعة الشمس أو مصابيح الإضاءة الكهربية، ولهذا السبب فإنه في الظلام لا يمكن للعين رؤية الأشياء، وذلك لعدم توفر الضوء المرئي المنعكس من الجسم إلى العين. السؤال الآن: كيف يمكن تحسين مدى الرؤية في الظلام؟
للإجابة على هذا السؤال يجب أن نلقي بعض الضوء على الطيف الكهرومغناطيسي الذي يحيطنا، حيث إن ما نراه من ألوان هو جزء بسيط من الطيف الكهرومغناطيسي كما هو واضح في الشكل:
- 11.jpg (11.52 KiB) شوهد 2657 مرات
لكل منطقة على الطيف الكهرومغناطيسي طاقة محددة تعتمد على الطول الموجي، حيث إن الطول الموجي الأقصر له طاقة أكبر، وبالتالي يكون اللون الأزرق ذو الطول الموجي الأقصر في الطيف المرئي له طاقة أكبر من اللون الأحمر لأن له طولاً موجياً أكبر، ويأتي طيف الأشعة تحت الحمراء قبل اللون الأحمر وهذا يعني أن طاقتها أقل.
إن 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 ميكرومتر إلى 1.3 ميكرومتر.
المنطقة الوسطى Mid-infrared وهي المنطقة من الطيف الكهرومغناطيسي في المدى 1.3 ميكرومتر إلى 3 ميكرومتر، وهذه الأشعة هي المستخدمة في أجهزة التحكم عن بعد Remote Control.
الأشعة الحرارية Thermal-infrared وهي التي تحتل أكبر مدى من الطيف الكهرومغناطيسي من 3 ميكرومتر إلى 30 ميكرومتر، وهي أشعة تنبعث من الأجسام نتيجة لدرجة حرارتها وليست أشعة تنعكس عن الأجسام.
ويعود انبعاث الأشعة الحرارية في منطقة الأطياف تحت الحمراء نتيجةً لإثارة 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 إن الذرات في حالة إثارة 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:
عندما تكتسب إلكترونات الذرة طاقة نتيجة لدرجة حرارتها فإنها تنتقل إلى مدارات ذات طاقة أعلى، ثم ما تلبث وأن تعود إلى مستوى الطاقة الأساسيGround State ، مطلقة الطاقة التي اكتسبتها في صورة طيف كهرومغناطيسي في منطقة الأشعة تحت الحمراء وبطول موجي يتراوح من 3 ميكرومتر إلى 30 ميكرومتر 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 الملعقة قريباً من اللون الأبيض (أكثر من 1000 درجة مئوية).
نستنتج من ذلك أن كل جسم يشع طيفاً كهرومغناطيسياً 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.
- 22.jpg (36.57 KiB) شوهد 2647 مرات
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 thermo gram.
3. تقوم أجهزة إلكترونية بتحويل الصورة الحرارية thermo gram 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 الإشارة signal-processing unit المعلومات إلى الشاشة على شكل مناطق ملونة تعكس درجات الحرارة، وجميع المعلومات المجمعة تكون الصورة.
- 33.jpg (14.45 KiB) شوهد 3321 مرات
هناك نوعان من أجهزة الرؤية الليلية أحدهما يعمل عند درجة حرارة الغرفة ويعرف باسمUn-cooled بإمكانه رصد فروقات في درجة الحرارة تصل إلى 0.2 درجة مئوية، وهو الأكثر انتشاراً، والنوع الآخر يعمل تحت درجات حرارة أقل من درجة حرارة الغرفة وذلك بتبريده ويعرف باسمCryogenically cooled ، وهو مرتفع الثمن وبإمكانه رصد فروقات في درجة الحرارة تصل إلى 0.1 درجة مئوية ولمسافات تصل إلى 300 متر.
توضح الأشكال التالية درجة وضوح الرؤية في الثلاث حالات المختلفة:
- رؤية في ضوء النهار
- New Picture.jpg (7.47 KiB) شوهد 3336 مرات
- الرؤية في الليل
- 111.jpg (3.31 KiB) شوهد 2645 مرات
- الرؤية باستخدام كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء
- 333.jpg (4.32 KiB) شوهد 3334 مرات
يمكن تقسيم أجهزة الرؤية الليلية إلى ثلاثة أقسام هي:
التلسكوب Scopes
وهي الأجهزة التي تثبت على الأسلحة لإصابة الأهداف الليلية، أو التي تحمل باليد للانتقال من الرؤية الليلية إلى الرؤية الطبيعية.
- DARK INVADER Multi-purpose Pocket scope
- 44.jpg (16.87 KiB) شوهد 3303 مرات
وهي في الغالب ما تثبت على الرأس وتستخدم للتجول خلال الليل.
- 55.jpg (9.9 KiB) شوهد 3305 مرات
وهي تشبه كاميرا الفيديو التقليدية ولكن تعتمد على التصوير بواسطة الأشعة تحت الحمراء وتستخدم في طائرات الهيلوكوبتر أو مراقبة الأبنية.
استخدامات أجهزة الرؤية الليلية
لأجهزة الرؤية الليلية العديد من التطبيقات مثل التطبيقات في المجالات العسكرية، الأبحاث الجنائية، رحلات الصيد الليلية، البحث عن الأشياء المفقودة، التسلية، وفي أنظمة الحماية والمراقبة. وتجدر الإشارة إلى أن أول وأهم تطبيقات أجهزة الرؤية الليلية هي الاستخدامات العسكرية في التجسس على تحركات الخصم ومعداته أثناء الليل، كما يستحدمه رجال التحريات الجنائية في دراسة تحركات اللصوص من الآثار الحرارية التي تركتها أقدامهم على الأرض وتحديد فترة الاعتداء ومتابعة المسروقات وغيره...
منقول عن موقع الدكتور/ حازم سكيك للفيزياء
