Cosa sono i visori notturni?

I VISORI NOTTURNI

I visori notturni sono dei dispositivi in grado di sfruttare le sorgenti luminose flebili o la semplice luce ambientale, comprese le frequenze che sono invisibili all’occhio umano e agli animali (tranne rare eccezioni: serpenti, qualche specie di rana e di pesci).
Esistono principalmente due tipi di visori: quelli classici, definiti “optoelettronici” e i piu’ recenti “digitali”.

LA STORIA DEI VISORI NOTTURNI

I visori notturni iniziarono a fare la loro comparsa prima della fine del secondo conflitto mondiale, circa trent’anni prima dei primi esperimenti riguardanti la visione termica e quarant’anni prima della creazione delle telecamere ad alta sensibilità.  In realtà il loro sviluppo è avvenuto con minore rapidità rispetto alle altre due tecnologie per due semplici motivi, in primis, questo genere di tecnologia è stato gestito principalmente da produttori commerciali, che sono piu’ restii degli scienziati a divulgare le loro informazioni, inoltre, la stessa comunità scientifica prediligeva lo sviluppo della visione termica, asserendo che già negli anni Settanta la visione notturna con fotocatodo era surclassata e obsoleta.  Il poco interesse della comunità scientifica nei confronti della visione notturna non ha concesso la possibilità di leggere molti studi scientifici, questo ha comportato la presenza di affermazioni contrastanti, di giudizi molto soggettivi, riguardanti la possibile superiorità di un tubo intensificatore d’immagine rispetto a un altro. Lo scopo di questo sito web è  di chiarire e affrontare alcune tematiche riguardanti la visione notturna che vanno piu’ in là del semplice marketing pubblicitario che spesso può essere poco veritiero.

Per questo motivo anticipo ai lettori che i visori notturni, da qui in poi chiamati con l’acronimo italiano “VD” sono stati classificati in base alle caratteristiche tecniche e alle prestazioni fornite dal tubo di intensificatore di immagine, ma anche in base al tipo di ottica a corredo, al mercato di destinazione e in base al settore di utilizzo (civile, militare (aviazione, marina, etc., etc.)

I DUE TIPI PRINCIPALI DI VISORI NOTTURNI

Questo genere di dispositivi consente di rilevare e raccogliere le piu’ fievoli sorgenti luminose, come ad esempio la luce lunare, quella stellare e la semplice luce ambientale. Sono anche in grado di reagire con la luce infrarossa che, come risaputo, si trova sotto la fascia visibile dal nostro sistema visivo. Per questo motivo è possibile sintetizzare confermando che i dispostivi per la visione notturna sono in grado di captare la luce che l’occhio umano non è in grado di percepire

Ne esistono due tipi, quello optoelettronico e quello digitale

IL VISORE NOTTURNO OPTOELETTRONICO

Nel primo caso, il piu’ antico, il sistema ottico è composto da un obiettivo in grado di catturare la luce più fievole riflessa dai soggetti, oltre a un po’ di luce dall’estremità inferiore dello spettro infrarosso.   Questa luce, come tutta la luce, è composta da piccole particelle chiamate fotoni. I fotoni passano, poi, attraverso un tubo intensificatore delle immagini che è uno speciale tubo elettronico a vuoto  alimentato usualmente da batterie e  composto da due componenti.

La più importante è il fotocatodo che altro non è che un sistema in grado di convertire i fotoni in arrivo dall’obbiettivo in elettroni (ovviamente maggiore sarà il diametro dell’obiettivo frontali) e maggiore sarà il fascio di fotoni.

Gli elettroni generati, entrano nella piastra micro-canale che è un piccolo disco di vetro composto da fori minuscoli in grado di moltiplicare il numero degli elettronici, per consentire l’amplificazione del segnale elettronico di diverse migliaia di volte.

A questo punto il fascio degli elettroni uscente dal tubo intensificatore delle immagini va a colpire uno schermo che è rivestito di fosfori. I fosfori si illuminano creando una immagine verde brillante che molto piu’ luminosa di quelle che si percepirebbe visualmente grazie al mero diametro dell’obiettivo.

Un oculare presente nel sistema ottico, con sistema di focalizzazione consentirà di mettere a fuoco l’immagine ottenuta e in alcuni casi di ingrandire l’immagine.

Le immagini sono verdi per il semplice fatto che la conversione dei fotoni di luce in elettroni trasformare il fascio di luce in bianco nero, sono utilizzati i fosfori verdi giacchè il nostro sistema visivo consente una maggior percezione dei dettagli. Questo è uno stratagemma utilizzato anche per le osservazioni solari in luce bianco o nella osservazione astronomica planetaria.

 

TIPOLOGIE DI VISORI NOTTURNI

Ci sono sostanzialmente quattro tipi di visori notturni, e ognuno di essi può a sua volta essere suddiviso in modo differente in base alle proprie caratteristiche tecniche. Per quanto riguardo il design, sono disponibili

1)Occhiali a visione notturna ( Night vision goggles)

2)Visori notturni monoculari   (Night vision monoculars)

3)Cannocchiali per la visione notturna ( Night vision scope)

4)Binocoli a visione notturna  (Night vision binoculars)

I primi due gruppi di VD fornisco un ampio campo di vista, di solito 40-45° e un solo ingrandimento. Gli occhiali a visione notturna sono molto utilizzati dai piloti dell’aereonautica militare o dal personale militare che necessità di una ottima visione tridimensionale del paesaggio che li circonda. La possibilità di utilizzare entrambi gli occhi, consente, inoltre, una maggiore percezione della tridimensionalità. Inoltre sono dei prodotti decisamente compatti e leggeri da utilizzare e indossare.

Il terzo gruppo invece rappresenta i dispositivi dotati di un campo molto stretto, da 4° a 15° dotati di un intervallo di ingrandimento compreso tra 3X e 10X. Sono il giusto compromesso tra la visione notturna e il potenziamento della vista umana grazie ai maggior ingrandimenti forniti.

I binocoli per la visione notturna sono costruiti utilizzando quasi sempre obiettivi di grande diametro con una lunghezza focale ai comuni visori mono-oculare. Anch’essi consentono un range di ingrandimenti medio compreso tra 3X e 10X; come i comuni binocoli e grazie alla presenza di due “canali ottici di visione” forniscono una ottima visione stereoscopia.

Come avrete compreso possono sussistere delle eccezioni, in quanto è possibile – se il costruttore lo consente, trasformare un occhiale da visione notturna in un binocolo, sostituendo gli obiettivi, cosi’ come è avverabile la trasformazione di un semplice visore monoculare in un cannocchiale per la visione notturna.

Esistono poi delle ulteriori diversificazioni, come ad esempio i binocoli a visione notturna con un solo obiettivo ma con due oculari, oppure i visori notturni che con dei semplici accorgimenti possono essere collegati ai fucili o agganciati di fronte all’obiettivo dei cannocchiali da tiro (Sistemi clip-on)
Prodotti piu’ evoluti, soprattutto nel settore militare permettono la sostituzione degli obiettivi per aumentare ad esempio l’angolo di campo, la luminosità e il rapporto focale.

La prima suddivisione dei VD riguarda quindi questi fattori: numero degli obiettivi utilizzati, numero degli oculari, design , campo visivo e settore di utilizzo, ma i questo genere di strumenti è anche classificabile in base alla potenza  e alle caratteristiche del tubo intensificatore delle immagini (intervengono anche altri fattori)

GENERAZIONI DI VISORI NOTTURNI

Come già anticipato nelle caratteristiche principali dei visori notturni, il tubo intensificatore delle immagini (IIT) è in grado di amplificare le condizioni di illuminazione ambientali, grazie alla accelerazione degli elettroni in entrata.  Il termine generazioni non identifica il dispositivo di visione, bensì la qualità dell’IIT. All’atto pratico ci potrebbero essere dei dispositivi identici, ma di generazione diversa proprio per la presenza di un IIT differente.

Attualmente sono disponibili dispositivi di prima, seconda e terza generazione. Come ogni prodotto, ovviamente, ci saranno delle differenze per ciò che riguarda la fascia base di una generazione e la sua massima espressione. Sarà quindi utile prestare attenzione a verificare le caratteristiche di ogni dispositivo perché strumenti della medesima generazione potrebbe fornire una risoluzione dei dettagli completamente dissimile.

VISORI NOTTURNI DI PRIMA GENERAZIONE

I visori notturni di prima generazione sono presenti sul mercato sin dagli anni Cinquanta. Rispetto ai Gen2 e Gen3, la qualità delle valvole degli IIT non presenta una standard globale a cui sottoporsi e per tale motivo ci potrebbero essere delle enormi differenze tra un prodotto e l’altro. In linea di massima i Gen1 sono ideali per le osservazioni a corto raggio e possibilmente con la fase di mezza luna o in presenza di inquinamento luminoso sub-urbano. Vista la loro scarsa efficacia sono sempre forniti con un illuminatore IR aggiuntivo in grado di aumentare la chiarezza dei dettagli percepiti, oppure è consigliabile acquistarne uno separatamente.
In questa fascia di prodotti si può spendere da 450 euro sino a circa 800-900 euro.

VISORI NOTTURNI DI SECONDA GENERAZIONE

I visori Gen2, sono molto piu’ performanti rispetto ai Gen1, sia per ciò che concerne le prestazioni sia per l’aspettativa di vita.  Se un visore di prima generazione è progettato per fornire circa 1000 ore di utilizzo, un tubo intensificatore di seconda generazione è garantito per un intervallo di utilizzo compreso tra le 2500 e le 5000 ore. Nella massima delle ipotesi sarebbe possibile osservare con un visore notturno per oltre nove anni. Dato che non si utilizzano questi prodotti quotidianamente è normale acquistare un GEN2, con la consapevolezza di poterlo utilizzare ben oltre dieci anni

Ma come fa un GEN2 a essere così performante rispetto al GEN1?
Semplicemente perché l’IIT (tubo di intensificazione) è ottimizzato con un “micro-channel plate” anche definito MCP.  Altro non è che un sistema di amplificatori di elettroni che sono disposti parallelamente, grazie alla presenza di una minuscola guida in vetro che contiene migliaia di fori. AL suo interno è presente una copertura con un materiale semiconduttori in grado di produrre elettroni secondari. Per far accelerare gli elettroni da un lato all’altro della guida, è presente un rivestimento con particolari leghe metalliche che rivestendo i piani della guida, mantengono una differenza di potenziale elevato tra la parte superiore a potenziale negativo (catodo) e la posteriore a potenziale positivo (anodo)

All’atto pratico i tubi GEN2 rispetto ai modelli ì di classe inferiore, offrono una maggior gamma di rilevamento, una buona capacità di lavorare in condizioni di scarsa illuminazione, senza la necessità di essere coadiuvati da un IR, oltre a mostrare una qualità di immagine che molto piu’ vicina a quella dei tubi di terza generazione.

Anche in questo caso, l’acquirente dovrà considerare che non tutti i GEN2, sono uguali. Esiste, infatti, un ampio ventaglio di prodotti che potrebbero essere catalogati in tre fasce: base, sportiva e professionale. Potreste quindi avere visore termici GEN2 con medesime caratteristiche ottiche, lo stesso scafo, gli stessi pulsanti ma dei tubi intensificatori sempre piu’ performanti, in base al modello scelto. La differenza consiste sovente nel rapporto definito LP/mm, ossia “coppie di linee per millimetro” che altro non sono che la miglior risoluzione e qualità delle immagini che sarà possibile ottenere. Molti modelli standard hanno un una definizione compresa tra i 45-50 mm, i miglior possono arrivar anche a 70 -75 mm, quindi la differenza è enorme. Per questo motivo consiglio ai lettori di analizzare bene le caratteristiche tecniche di un visore notturno prima dell’acquisto, senza limitarsi unicamente alla definizione “GEN2”

VISORI NOTTURNA DI TERZA GENERAZIONE

Usualmente sono acquistati da persone molto esigenti ma anche dalle stesse forze dell’ordine o per attività professionali come ad esempio, la ricerca di persona scomparse.
Rispetto ai GEN2, hanno una durata molto piu’ elevata potendo raggiungere anche le 10.000 ore di utilizzo, grazie alla presenza di uno strato di ioni che prolunga la vita media dei tubi fotocatodici. Grazie, inoltre, alla presentazione di un composto chimico forniscono delle immagini eccezionalmente nitide e contrastate e luminose e sono in grado di mostrare dettagli invisibili ai prodotti di classe inferiore senza l’ausilio degli illuminatori IR.

Anche in questo caso ci sono delle notevoli differenze tra i visori notturni di terza generazione.
Per questo motivo per analizzare le loro prestazioni si guarda la cosiddetta FOM (Figure of Merit) Si deve semplicemente moltiplicare gli Lp7mm per il rapporto segnale/rumore che viene offerto (spesso definito SNR)

Un ipotetico tubo intensificatore con un lp /mm di 70 e con un SNR di 25, fornirà 1700 FOM.

VISORI NOTTURNI DI QUARTA GENERAZIONE

Sono il meglio che è attualmente possibile avere sul mercato, le loro eccellenti prestazioni dipendono dall’assenza della pellicola di IONI – chiamata tecnologia Filmless , ossia senza pellicola.
E dalla presenza di un alimentazione autocontrollato (autogated) All’atto pratico la tecnologia filmess e l’alimentazione auto-controllata del tubo intensificatore comportano
Una migliore risposta del tubo fotocatodico  pari al 100% rispetto ai modelli GEN3
Un miglior rapporto segnale/rumore con ottime prestazioni anche in condizioni di buio quasi totale
Un incremento pari a tre volte della risoluzione e della luminosità (mediamente con un minimo di 64lp/mm contro i classici 12 lp/mm)
Significativo incremento della profondità di visione, del livello di contrasto e della nitidezza in qualsiasi condizioni di luce, la maggior differenza si nota principalmente rispetto alla GEN3 nella quasi totalità di buio.
Grazie all’alimentazione autocontrollata del tubo intensificatore, inoltre, è migliorata non solo la risoluzione delle immagini ma anche la riduzione dell’effetto alone e delle interferenze provenienti dalle sorgenti luminose esterne. Un fattore fondamentale, nell’uso professionale militare, per le operazioni notturne nelle aree urbane in presenza di illuminazione dinamica.

Il termine GEN4 è usato principalmente dai militari degli Stati Uniti per descrivere la tecnologia “filmless controllata”.

Tra le sue caratteristiche possiamo citare, una risoluzione compresa tra 64 e 72 lp/mm, un rapporto segnale/rumore da 25 a 30, l’alimentazione automatica e una durata del tubo intensificatore di almeno 10.00 ore.

VISORI NOTTURNI DIGITALI

Negli ultimi anni, la visione optoelettronica è stata migliorata attraverso il cosiddetto “imaging digitale” che ha nel contempo concesso la costruzione di sistemi di visone notturna non solo piu’ performanti ma anche piu’ leggeri , luminosi e ricchi di funzioni, come ad esempio, la possibilità di scattare immagini o riprendere brevi video.

In questo caso il fascio di luce che entra dall’obiettivo principale è convertito, tramite un sensore CMOS in un segnale digitale, identico ad esempio a quello delle videocamere o delle piu’ moderne Mirrorless. In questo caso, grazie alla presenza di una scheda elettronica e di un software di gestione interno, l’immagine digitale è migliorata elettronicamente e ingrandita piu’ volte. Successivamente è inviata a un display LCD o OLED per la visualizzazione. La differenza principale rispetto al sistema optoelettronico è che nel primo caso il fascio di luce in entrata dipende principalmente dal diametro dell’obiettivo (es: 40mm – 50 mm – 56 mm), nel secondo caso, la risoluzione dell’immagine dipende dalla grandezza del sensore CMOS utilizzato. Attualmente la maggior parte dei visori notturni digitali visualizza e registra video in FULL HD a 1080P e i modelli piu’ performanti a 1980px

L’utilizzo dei CMOS ha consentito una serie di applicazioni alternative come la possibilità di trasferire l’immagini su display, tablet, smartphone. E’ anche possibile archiviare digitalmente tramite schede o micro schede di memoria, unità USB e altro dispositivi di archiviazione. In alcuni casi è anche possibile comandare le funzionalità di questi nuovi sistemi elettronici attraverso il WI-FI sia per registrare immagini nel proprio smartphone o per fare dirette streaming.

Questa tecnologia è in continuo sviluppo grazie al miglioramento continuo dei sensori CMOS dei software di gestione e dei display ad altissima risoluzione. Se si comparano ad esempio i primi esemplari con quelli disponibili attualmente, la differenza prestazione è evidentissima, ora, infatti, è anche possibile ottenere immagini a colori rispetto alle classiche immagini verdi della “vecchia scuola” optoelettronica.

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