Kính nhìn về đêm hoạt động như thế nào?

Công nghệ nhìn ban đêm ngày nay đã đạt được những bước tiến nhất định. Đặc biệt là những thiết bị nhìn về đêm được dùng cho các đặc vụ, nó có thể giúp cho họ nhìn thấy một người cách xa tới 180 m ngay cả trong đêm không trăng, nhiều mây. Trong khi đó, bằng mắt thường, bạn sẽ chỉ có thể nhận ra ai đó trong những điều kiện như vậy ở khoảng cách 10 m.

Nhưng những thiết bị này hoạt động như thế nào? Thông thường, thiết bị nhìn đêm (NVD), còn được gọi là thiết bị quan sát/quang học ban đêm (NOD) hoạt động theo một trong hai cách:

• Tăng cường hình ảnh: Điều này liên quan đến việc thu nhận ánh sáng khả kiến có sẵn trong bóng tối và khuếch đại nó đến mức mà chúng ta có thể cảm nhận được.
• Hình ảnh nhiệt tinh khiết: Điều này liên quan đến việc ghi lại nhiệt lượng do một số vật tỏa ra và 'chuyển đổi' nó thành hình ảnh để mắt chúng ta cảm nhận được. Loại công nghệ này sử dụng một loại ánh sáng mà mắt chúng ta không thể nhìn thấy một cách tự nhiên, nhưng được tạo ra bởi chính các vật thể và thiết bị sẽ giúp người dùng có thể nhìn thấy ánh sáng đó.

Loại NVD đầu tiên hoạt động theo cách khá trực quan. Có rất ít ánh sáng trên bề mặt Trái Đất vào ban đêm, nhưng đó không phải là bóng tối tuyệt đối. Vẫn còn một số ánh sáng khuếch tán trong khí quyển. Tính năng nâng cao hình ảnh sử dụng các cảm biến nhạy hơn nhiều so với mắt của chúng ta để thu nhận ánh sáng này, sau đó sẽ khuếch đại nó và truyền dữ liệu đến màn hình để hiển thị cho mắt chúng ta nhìn thấy.

Đối với loại thứ hai, theo góc nhìn của khoa học thì nhiệt cũng là một loại ánh sáng, hay chính xác hơn thì nó là một loại bức xạ điện từ rất gần, nhưng nó lại nằm ngoài khoảng tần số mà mắt chúng ta có thể cảm nhận được. Bởi vì nó nằm ngay dưới tần số ánh sáng mà chúng ta coi là màu đỏ, nên loại bức xạ này được gọi là bức xạ dưới màu đỏ: 'hồng ngoại' (hay viết tắt là IR).

Tia hồng ngoại là loại bức xạ do vật nóng tạo ra; ánh sáng Mặt Trời tạo cảm giác ấm áp trên da của chúng ta vì nó chứa một lượng bức xạ hồng ngoại. Nhưng nó cũng được sinh ra và phát ra bởi các đối tượng nóng khác như tách trà, động cơ ô tô đang chạy, con người... Nếu không có lớp cách nhiệt thích hợp, bức xạ này sẽ lan ra từ các vật thể nóng mang theo nhiệt.

Những gì máy ảnh chụp ảnh nhiệt làm là thu bức xạ hồng ngoại và chuyển nó thành ánh sáng nhìn thấy được. Các nhiệt độ khác nhau của các vật thể có thể được sử dụng để tách chúng ra trong bóng tối. Lượng bức xạ hồng ngoại mà vật thể tạo ra tỷ lệ thuận với nhiệt độ của nó - vì vậy, về cơ bản, những gì nó nhìn thấy là các mức nhiệt khác nhau của các vật thể. Các vật thể nóng hơn sẽ hiển thị trong các sắc thái sáng hơn như đỏ, vàng hoặc trắng, trong khi các vật thể lạnh hơn sẽ hiển thị trong các sắc thái tối như tím, xanh lam và đen.

Hình ảnh nhiệt đặc biệt hữu dụng trong việc phân biệt các vật thể khác nhau dựa trên nhiệt độ của chúng, nhưng máy ảnh nhiệt cao cấp rất mỏng manh, cồng kềnh, đắt tiền và ngốn điện. Nó cũng bị cản trở bởi tốc độ làm mới tương đối thấp và khá tệ trong việc cung cấp hình ảnh chi tiết, đặc biệt là đối với các vật thể có nhiệt độ thất thường. Vì vậy, nó được sử dụng phổ biến nhất để theo dõi bất kỳ hoạt động nào trên các khu vực rộng lớn trong bóng tối và phát hiện các vật thể chuyển động.

Trong khi đó, thiết bị tăng cường hình ảnh lại rẻ hơn, nhỏ gọn hơn, di động hơn. Nó cung cấp sự phân biệt tốt hơn nhiều về chi tiết tốt. Bởi vì nó sử dụng ánh sáng phản chiếu, nó cũng cung cấp một cách thiết thực để người dùng điều hướng môi trường xung quanh. 

Thiết bị nhìn đêm ngày nay sử dụng kết hợp các phương pháp này. Cách tiếp cận phổ biến nhất là sử dụng tính năng nâng cao hình ảnh cũng chuyển một chút quang phổ IR - cận hồng ngoại - thành ánh sáng khả kiến. Nhưng cách tiếp cận hiện đại nhất là sử dụng tầm nhìn ban đêm hợp nhất, các hệ thống kết hợp hình ảnh nhiệt với nâng cao hình ảnh trong một thiết bị duy nhất. Những thiết bị đầu tiên như vậy xuất hiện vào khoảng năm 2000 và chúng kết hợp những lợi ích của cả hai loại hình ảnh.

Tại sao màn hình hiển thị luôn là màu xanh lá cây?

Câu trả lời đơn giản là những thiết bị này sử dụng phốt pho để tạo ra hình ảnh. Trên thực tế, phốt pho là một chất có thể tạo ra hiệu ứng phát sáng. Điều này có nghĩa là nó có thể giải phóng ánh sáng khi chịu một dòng điện tử.

Công nghệ nhìn ban đêm có thể ghi lại ánh sáng và biến nó thành dòng điện. Dòng điện này sau đó được đưa qua một màn hình có màn hình được phủ phốt pho để tạo ra hình ảnh.

Phốt pho xanh lục được sử dụng vì mắt chúng ta nhạy cảm nhất với màu này và có thể phân biệt nhiều sắc thái của màu lục hơn bất kỳ màu nào khác, cho phép người dùng nhận thấy nhiều chi tiết hơn.

Màn hình phốt pho xanh cũng rất tiết kiệm năng lượng; bởi vì thiết bị nhìn ban đêm không phân biệt được màu sắc nên dù sao thì màn hình cũng không thể tái tạo màu sắc, đặc tính tiết kiệm năng lượng này là một điểm cộng vì nó cho phép thiết bị hoạt động trong thời gian dài hơn.