Wie funktioniert Nachtsicht?

Tagsüber können Menschen in der Regel sehr gut sehen, da genügend Licht vorhanden ist, damit unsere Augen zuverlässig arbeiten können. Nachts führt das reduzierte Umgebungslicht jedoch dazu, dass unsere Augen nicht so gut funktionieren. Um dies teilweise zu bekämpfen, verwenden unsere Augen zwei separate lichtempfindliche Zellen, eine bei schwacher Beleuchtung und die andere bei ausreichender Beleuchtung.

Kegel und Stäbe

Unsere Augen verwenden tagsüber kegelförmige Zellen, diese Zapfen sind nicht besonders lichtempfindlich und funktionieren daher nachts nicht sehr gut. Eines der Dinge, die Zapfen für uns tun, ist, uns in Farbe sehen zu lassen. Menschen haben drei verschiedene Arten von Zapfen, die auf unterschiedliche Lichtwellenlängen unterschiedlich reagieren und uns daher in Farbe sehen lassen see

Die andere Art von lichtempfindlichen Zellen in unseren Augen ist stäbchenförmig. Die Stäbchen sind viel lichtempfindlicher und werden vor allem bei Dunkelheit verwendet, da sie uns helfen, besser zu sehen. Stäbchen sind nicht besonders farbempfindlich, was der Hauptgrund dafür ist, dass Farben nachts viel weniger auffällig sind.

Stäbchenzellen können auf ein einzelnes Lichtphoton reagieren, während Dutzende bis Hunderte von Photonen eine Zapfenzelle aktivieren und dasselbe Signal an Ihr Gehirn zurücksenden.

Tipp: Photon ist die Bezeichnung für ein einzelnes Lichtteilchen.

Passive Nachtsichtgeräte

Nachtsichtbrillen arbeiten nach dem Prinzip, sehr lichtempfindlich zu sein. Photonen treten in die Linse ein und treffen auf eine „Photokathode“. Die Photokathode setzt Elektronen frei, die dann durch ein elektromagnetisches Feld auf eine „Mikrokanalplatte“ beschleunigt werden. Die Mikrokanalplatte vervielfacht die auf sie auftreffenden Elektronen, die dann auf einen Phosphorschirm beschleunigt werden. Der Phosphorschirm erzeugt das grün getönte Nachtsichtbild, mit dem die meisten Menschen vertraut sind. Grün wird verwendet, weil das die Farbe ist, für die das menschliche Auge am empfindlichsten ist.

Es gibt kein bekanntes direktes Verfahren zum Multiplizieren der Anzahl von Photonen, jedoch gibt es bekannte Verfahren zum Umwandeln von Photonen in Elektronen, zum Multiplizieren der Anzahl von Elektronen und zum Rückumwandeln der Elektronen in Photonen. Diese Art von Nachtsicht funktioniert nur in schlecht beleuchteten Umgebungen, in denen Umgebungslicht verstärkt werden muss.

Wärmebildkameras verwenden für den Menschen unsichtbares Infrarotlicht. Dies ist typischerweise im langwelligen Teil des Infrarotspektrums, wo Objekte mit ungefähr Raumtemperatur Wärme abgeben.

Tipp: Dieser „thermische“ Anteil des Infrarotspektrums umfasst Wellenlängen zwischen 8 und 15 Mikrometer (ein Mikrometer ist ein Millionstel Meter). Heißere Objekte emittieren energiereichere Infrarotstrahlung mit kürzeren Wellenlängen. Das gesamte Infrarotspektrum reicht von 0,75 Mikrometer für das nahe Infrarot bis zu 1000 Mikrometer für das ferne Infrarot. Im Vergleich dazu variiert das sichtbare Spektrum von 0,4 bis 0,7 Mikrometer für violettes bzw. rotes Licht.

Infrarotkameras machen es leicht, das Vorhandensein von heißeren oder kühleren Objekten als die Umgebungstemperatur zu erkennen. Die Wärmebildtechnik verwendet im Allgemeinen entweder Schwarzweiß- oder Falschfarbendisplays. Schwarz-Weiß-Displays verwenden normalerweise Weiß, um das Vorhandensein heißerer Objekte hervorzuheben. Ein typisches Beispiel dafür ist eine Wärmebildkamera, die an einem Polizeihubschrauber montiert ist, um flüchtende Verdächtige nachts zu verfolgen. In diesem Beispiel ist die Körperwärme der Person heißer als die Umgebung, sodass sie leicht zu erkennen ist.

Falschfarbenanzeigen weisen je nach Wellenlänge des erfassten Infrarotlichts eine Farbe zu, wobei heißere Objekte mit helleren Farben hervorgehoben werden. Falschfarbendisplays werden normalerweise verwendet, wenn versucht wird, eine Wärmebildkamera zum Messen der Temperatur eines Objekts zu verwenden, da es leichter ist, subtilere Temperaturschwankungen zu erkennen.

Aktive Nachtsichtgeräte

Einige Nachtsichtgeräte verwenden eine aktive Beleuchtung, um der Wärmebildkamera zusätzliches Licht zur Erkennung bereitzustellen. Dies ist im Wesentlichen das gleiche wie das Anzünden einer Taschenlampe, damit Sie sehen können, jedoch liegt das verwendete Licht im Infrarotspektrum und ist daher für den Menschen unsichtbar. Die zusätzliche Beleuchtung trägt dazu bei, hochauflösende Infrarotbilder zu erhalten und wird daher oft in Verbindung mit Sicherheitskameras verwendet.