Hoe werkt nachtzicht?

Mensen kunnen overdag doorgaans heel goed zien, omdat er voldoende licht is om onze ogen betrouwbaar te laten werken. 'S Nachts zorgt het verminderde omgevingslicht er echter voor dat onze ogen niet zo goed functioneren. Om dit gedeeltelijk tegen te gaan, gebruiken onze ogen twee afzonderlijke lichtgevoelige cellen, de ene bij weinig licht en de andere met voldoende verlichting.

Kegels en staafjes

Onze ogen gebruiken overdag kegelvormige cellen, deze kegeltjes zijn niet bijzonder gevoelig voor licht en werken dus 's nachts niet zo goed. Een van de dingen die kegeltjes voor ons doen, is ons laten zien in kleur. Mensen hebben drie verschillende soorten kegeltjes die op verschillende manieren reageren op verschillende golflengten van licht en dus laten ze ons in kleur zien

Het andere type lichtgevoelige cel in onze ogen is staafvormig. De staven zijn veel gevoeliger voor licht en worden voornamelijk gebruikt als het donker is, omdat ze ons helpen beter te zien. Staafjes zijn niet bijzonder gevoelig voor kleur, wat de voornaamste reden is dat kleuren 's nachts veel minder duidelijk zijn.

Staafcellen kunnen reageren op een enkel foton van licht, terwijl tientallen tot honderden fotonen een kegelcel activeren en hetzelfde signaal terugsturen naar je hersenen.

Tip: Foton is de naam voor een enkel lichtdeeltje.

Passieve nachtzichtapparaten

Nachtkijkers werken volgens het principe dat ze gevoelig zijn voor zeer lage lichtniveaus. Fotonen komen de lens binnen en raken een "fotokathode". De fotokathode geeft elektronen vrij die vervolgens door een elektromagnetisch veld worden versneld tot een "microkanaalplaat". De microkanaalplaat vermenigvuldigt de elektronen die erop raken, die vervolgens worden versneld naar een fosforscherm. Het fosforscherm genereert het groen getinte nachtzichtbeeld dat de meeste mensen kennen. Groen wordt gebruikt omdat dat de kleur is waar menselijke ogen het meest gevoelig voor zijn.

Er is geen directe methode bekend om het aantal fotonen te vermenigvuldigen, maar er zijn bekende methoden om fotonen om te zetten in elektronen, het aantal elektronen te vermenigvuldigen en de elektronen weer om te zetten in fotonen. Dit soort nachtzicht werkt alleen in slecht verlichte omgevingen waar er omgevingslicht is om te versterken.

Thermische camera's maken gebruik van infrarood licht dat onzichtbaar is voor mensen. Dit is typisch in het lange-golflengtegedeelte van het infraroodspectrum, waar ruwweg kamertemperatuur objecten warmte afgeven.

Tip: Dit "thermische" deel van het infraroodspectrum bestrijkt golflengten tussen 8 en 15 micrometer (een micrometer is een miljoenste van een meter). Hetere objecten zenden infraroodstraling met hogere energie uit met kortere golflengten. Het totale infraroodspectrum varieert van 0,75 micrometer voor nabij-infrarood tot 1000 micrometer voor ver-infrarood. Ter vergelijking: het zichtbare spectrum varieert van 0,4 tot 0,7 micrometer voor respectievelijk violet tot rood licht.

Infraroodcamera's maken het gemakkelijk om de aanwezigheid van objecten die heter of kouder zijn dan de omgevingstemperatuur te identificeren. Bij thermische beeldvorming wordt over het algemeen gebruik gemaakt van zwart-wit of valse kleuren. Zwart-wit displays gebruiken meestal wit om de aanwezigheid van hetere objecten te markeren, een typisch voorbeeld hiervan is een thermische camera die op een politiehelikopter is gemonteerd om 's nachts vluchtende verdachten te volgen. In dit voorbeeld is de lichaamswarmte van de persoon heter dan de omgeving, waardoor hij gemakkelijk te herkennen is.

Valse-kleurendisplays wijzen een kleur toe afhankelijk van de golflengte van het gedetecteerde infraroodlicht, waarbij hetere objecten worden gemarkeerd met helderdere kleuren. Schermen met valse kleuren worden meestal gebruikt wanneer u een thermische camera probeert te gebruiken om de temperatuur van een object te meten, omdat het gemakkelijker is om subtielere variaties in temperatuur te identificeren.

Actieve nachtkijkers

Sommige nachtkijkers maken gebruik van actieve verlichting om extra licht te bieden voor de thermische camera om te detecteren. Dit is in wezen hetzelfde als een fakkel schijnen zodat je kunt zien, maar het licht dat wordt gebruikt bevindt zich in het infraroodspectrum en is dus onzichtbaar voor mensen. De extra verlichting maakt het gemakkelijker om infraroodbeelden met een hoge resolutie te maken en wordt daarom vaak gebruikt in combinatie met beveiligingscamera's.