¿Cómo funcionan las gafas de visión nocturna?

Ya sea en la televisión o en las películas, probablemente haya visto espías o soldados usando gafas especiales para ver en la oscuridad. Llamamos a esas gafas especiales, gafas de visión nocturna, echa un vistazo más de cerca y descubre cómo funcionan.

Si se pregunta si las gafas de visión nocturna realmente funcionan o son sólo cosa de película, la respuesta es un rotundo “!Si, realmente funcionan¡”

Entonces, ¿cómo funcionan? Eso depende de qué tipo de tecnología se esté utilizando. Hay dos tipos de tecnología que se puede utilizar, y las dos son muy diferentes.

Antes de discutir los dos tipos de tecnología, es importante entender algo sobre la luz. ¿Sabías que no toda la luz es visible? La luz que podemos ver es sólo una parte del total del espectro (todos los tipos de luz). Otros tipos de luz, como la infrarroja o la ultravioleta, no se pueden ver a simple vista.

Luz Infrarroja

Con el fin de comprender la visión nocturna, es importante entender algo sobre la luz. La cantidad de energía en una onda de luz está relacionada con su longitud de onda: longitudes de onda más cortas tienen mayor energía. De la luz visible, la violeta tiene mayor cantidad de energía, y el rojo tiene el menor. Justo al lado del espectro de luz visible está el espectro infrarrojo.

La luz infrarroja se puede dividir en tres categorías:

• Infrarrojo cercano (IR cercano) – Más cercana a la luz visible, el infrarrojo cercano tiene longitudes de onda que van desde 0,7 a 1,3 micras.
• Infrarrojo medio (infrarrojo medio) – Mid-IR tiene longitudes de onda que van de 1,3 a 3 micras. Tanto IR cercano y medio son utilizados por una variedad de dispositivos electrónicos, incluyendo los mandos a distancia.
• Thermal-infrarroja (térmica-IR) – Ocupando la mayor parte del espectro infrarrojo, térmica-Ir tiene longitudes de onda que van de 3 micras a más de 30 micras.

La diferencia clave entre térmica-IR y los otros dos es que el primero se emite por un objeto en lugar de reflejarse fuera de él. La luz infrarroja es emitida por un objeto a causa de lo que esta sucediendo a nivel atómico.

Los Átomos

Los átomos están constantemente en movimiento. Vibran de forma continua, se mueven y rotan. Los átomos pueden estar en diferentes estados de excitación. En otras palabras, pueden tener diferentes energías. Si aplicamos una gran cantidad de energía a un átomo, puede dejar lo que se llama el nivel de energía del estado fundamental y pasar a un nivel excitado. El nivel de excitación depende de la cantidad de energía aplicada al átomo a

través de calor, la luz o la electricidad.

Un átomo consiste en un núcleo (contiene protones y neutrones) y una nube de electrones. Si aplicamos un poco de calor a un átomo, es de esperar que algunos de los electrones en los orbitales de menor energía haría  la transición a orbitales de mayor energía, moviéndose mas alejado del núcleo.

Una vez que un electrón se mueve a una órbita de mayor energía, con el tiempo quiere volver a su estado fundamental. Cuando lo hace, libera energía como fotones.

En la visión nocturna, la termografía se aprovecha de esta emisión infrarroja.

Imagen térmica

Las imágenes térmicas funcionan de la siguiente forma:

1. Una lente especial enfoca la luz infrarroja emitida por todos los objetos a la vista.
2. La luz enfocada es escaneada por una red en fase de elementos infrarrojos detectores. Los elementos detectores crean un patrón de temperatura muy detallado llamado termograma. Sólo se tarda aproximadamente una trigésima de segundo para obtener la información de la temperatura del termograma.
3. El termograma creado por los elementos detectores se traduce en impulsos eléctricos.
4. Los impulsos son enviados a una unidad de procesamiento de señal, una placa de circuito con un chip dedicado que traduce la información de los elementos en los datos de la pantalla.
5. La unidad de procesamiento de señales envía la información a la pantalla, donde aparece como varios colores dependiendo de la intensidad de la emisión infrarroja. La combinación de todos los impulsos de todos los elementos crea la imagen.

Tipos de dispositivos de imágenes térmicas.

La mayoría de los dispositivos de imagen térmica escanea a una velocidad de 30 veces por segundo. Ellos pueden detectar temperaturas que oscilan entre -20º a 2000º.

Hay dos tipos comunes de dispositivos de imagen térmica:

• Un-enfriado – Este es el tipo más común de dispositivo de imágenes térmicas. Los elementos de infrarrojos-detector están contenidos en una unidad que opera a temperatura ambiente. Este tipo de sistema es completamente tranquila, activa inmediatamente.
• Enfriado criogénicamente – Más caro y más susceptible a los daños causados por el uso rudo, estos sistemas tienen los elementos sellados por dentro de un contenedor que les enfría por debajo de 0º. La ventaja de tal sistema es la resolución y la sensibilidad increíble que resultan de la refrigeración de los elementos.

Si bien la termografía es ideal para la detección de las personas o que trabajan en casi absoluta oscuridad, la mayoría de equipos de visión nocturna utiliza tecnología de mejora de imagen.

Si desea ver en la oscuridad, hay un par de maneras con las que puede hacerlo. La primera de ellas requiere un tipo de tecnología llamada mejora de imagen. Básicamente significa que el equipo toma que hay allí y te lo muestra.

Incluso en la más oscura de las condiciones, hay pequeños haces de luz presentes. Parte de esta luz puede ser infrarroja. Las gafas de visión nocturna que utilizan la tecnología de mejora de imagen, recogen toda la luz disponible, incluyendo la infrarroja, y amplifican de manera que se pueda ver fácilmente lo que está pasando en la oscuridad.

La otra forma de visión nocturna utiliza una tecnología llamada imágenes térmicas. Si esta familiarizado con la palabra “térmica”, usted sabe que esta tecnología tiene que ver con el calor.

Los objetos calientes, incluidos los órganos humanos, emiten algo de calor en forma de luz infrarroja. Las gafas de visión nocturna que usan la tecnología térmica, capturan la luz infrarroja que se emite en forma de calor. De esta manera, se puede ver una imagen de lo que está pasando en la oscuridad en base a la cantidad de calor generada por varios objetos.

Las imágenes térmicas funcionan bien cuando se trata de detectar a personas o animales en la oscuridad. También es más adecuada para las condiciones que se acercan a la oscuridad absoluta. La mayoría de los equipos de visión nocturna utilizan la tecnología de mejora de imagen.

La visión nocturna tiene muchos usos para los militares y agencias estatales. Por ejemplo, se puede utilizar para encontrar personas en la oscuridad, así como para la navegación y vigilancia. También puede ser utilizado para la caza y la observación de los animales por la noche.

Si alguna vez has visto una imagen de visión nocturna, te habrás dado cuenta de que siempre tiene un brillo verde. Eso es intencional. Cuando la luz disponible se captura y se amplifica, se convierte en información electrónica que tiene que ser transmitida a los ojos.

En esencia, esta información electrónica es incolora. Entonces ¿por qué no son las imágenes en blanco y negro? Las gafas de visión nocturna están hechas con pantallas que producen imágenes verdes, porque los ojos humanos son más sensibles a la luz verde y es más fácil mirar fotografías verdes durante largos periodos de tiempo de lo que es mirar imágenes en blanco y negro.

Generaciones

La visión nocturna se clasifica por generación. Cada cambio sustancial en esta tecnología se establece una nueva generación.

• Generación 0 – El sistema de visión nocturna original creado por el ejército de Estados Unidos en la Segunda Guerra Mundial y la Guerra de Corea. Usaban infrarrojos activos, esto significa que una unidad de proyección llamado iluminador IR, está unido a la NVD. La unidad proyecta un haz de luz infrarrojo cercano. Invisible a simple vista, este haz se refleja en los objetos y rebota de nuevo a la lente. Estos sistemas utilizan un ánodo en conjunción con el cátodo para acelerar los electrones. El problema con este enfoque es que la aceleración de los electrones distorsiona la imagen y en gran medida disminuye la vida del tubo. Otro problema importante con esta tecnología en su uso militar original era que se duplicó rápidamente por naciones hostiles, lo que permitió a los soldados enemigos que utilizaran sus propios sistemas para ver el haz de luz infrarroja proyectado por el dispositivo.
• Generación 1 – Esta generación se alejo de los infrarrojos activos, utilizando infrarrojos pasivos en su lugar. Estos NVDs utilizan luz ambiente proporcionada por la luna para aumentar las cantidades normales de infrarrojos reflejados en el ambiente. Esto significa que no funcionan muy bien en las noches nubladas o sin luna.
• Generación 2 – Ofrece una mejor resolución y rendimiento que la generación 1, y son considerablemente más fiables. El mejor punto de esta generación es la capacidad para ver en condiciones de luz muy baja. Este aumento de la sensibilidad se debe a la adición de la placa de microcanal al tubo intensificador de imagen.
• Generación 3 – Es utilizada actualmente por el ejército estadounidense. Si bien no hay cambios sustanciales en la tecnología subyacente de la generación 2, estos NVDs tienen mejor resolución y sensibilidad. Esto es porque el cátodo se realiza mediante el arseniuro de galio, que es muy eficiente en la conversión de fotones.
• Generación 4 – Lo que generalmente se conoce como generación 4 o “sin película y cerrada”. Esta tecnología muestra una mejora general en entornos de poca luz.

Esto ha sido un pequeño análisis de la visión nocturna para más información y ver algunos modelos puedes hacerlo aqui