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Um dispositivo de visão noturna ( NVD ), também conhecido como dispositivo óptico / de observação noturno ( NOD ) e óculos de visão noturna ( NVG ), é um dispositivo optoeletrônico que permite que imagens sejam produzidas em níveis de luz que se aproximam da escuridão total. A imagem pode ser uma conversão para a luz visível da luz visível e do infravermelho próximo , enquanto, por convenção, a detecção do infravermelho térmico é designada por imagem térmica . A imagem produzida é tipicamente monocromática , por exemplo, tons de verde. Os NVDs são mais frequentemente usados pelas forças armadas e policiaisagências, mas estão disponíveis para usuários civis . O termo geralmente se refere a uma unidade completa, incluindo um tubo intensificador de imagem , um compartimento protetor e geralmente resistente à água e algum tipo de sistema de montagem. Muitos NVDs também incluem componentes ópticos, como lentes de sacrifício, [1] ou lentes telescópicas ou espelhos . Um NVD pode ter um iluminador de infravermelho , tornando-o ativo em oposição ao dispositivo de visão noturna passiva.
Os dispositivos de visão noturna foram usados pela primeira vez na Segunda Guerra Mundial e foram amplamente utilizados durante a Guerra do Vietnã . [2] [3] A tecnologia evoluiu bastante desde a sua introdução, levando a várias "gerações" de equipamentos de visão noturna com aumento de desempenho e redução de preço. Conseqüentemente, eles estão disponíveis para uma ampla gama de aplicações, por exemplo, para artilheiros, motoristas e aviadores.
História [ editar ]
Uma classificação retrospectiva de NVDs em "gerações" foi inicialmente introduzida pelos fabricantes dos EUA, através do governo dos EUA. [ citação necessário ] Sob esta periodização, o período antes do fim da segunda guerra mundial foi descrito às vezes como "Geração 0".
Em 1929, o físico húngaro Kálmán Tihanyi inventou uma câmera de televisão eletrônica sensível ao infravermelho para defesa antiaérea no Reino Unido. [4]
Os primeiros dispositivos militares de visão noturna foram introduzidos pelo exército alemão em 1939 e foram usados na Segunda Guerra Mundial . A AEG começou a desenvolver os primeiros dispositivos em 1935. Em meados de 1943, o Exército Alemão iniciou os primeiros testes com dispositivos de visão noturna infravermelha ( alemã : Nachtjäger ) e telêmetros telescópicos montados em tanques Panther . Dois arranjos diferentes foram criados e usados nos tanques Panther. O Sperber FG 1250 ("Sparrow Hawk"), com alcance de até 600 m, possuía um holofote infravermelho de 30 cm e um conversor de imagem operado pelo comandante do tanque.
Um dispositivo soviético experimental chamado PAU-2 foi testado em campo em 1942.
Do final de 1944 a março de 1945, houve alguns testes bem-sucedidos pelos militares alemães dos conjuntos FG 1250 montados nos tanques Panther Ausf G (e outras variantes). No final da Segunda Guerra Mundial, aproximadamente 50 (ou 63) Panteras estavam equipadas com o FG 1250 e assistiram a combates nas frentes oriental e ocidental . O sistema portátil de infantaria "Vampir" foi utilizado com as espingardas de assalto StG 44 . [5]
O desenvolvimento paralelo de sistemas de visão noturna ocorreu nos EUA. Os dispositivos de visão noturna infravermelha M1 e M3, também conhecidos como "sniperscope" ou "snooperscope", tiveram um serviço limitado com o Exército dos EUA na Segunda Guerra Mundial, [6] e também foram usados na Guerra da Coréia para ajudar atiradores de elite . [2] Estes eram dispositivos ativos, usando uma grande fonte de luz infravermelha para iluminar alvos. Seus tubos intensificadores de imagem usavam um ânodo e um fotocatodo S-1 , feitos principalmente de prata , césio e oxigênio , e inversão eletrostática com aceleração eletrônica era usada para obter ganho. [7]
Exemplos
- PAU-2
- Óculos de proteção para petroleiro PNV-57A
- SU49 / PAS 5
- Sniperscope T-120, primeiro modelo (Segunda Guerra Mundial)
- M2 Sniperscope, segundo modelo (Segunda Guerra Mundial)
- M3 Sniperscope, 4º modelo (Guerra da Coréia)
- AN / PAS-4 (Guerra do Vietnã)
Após a Segunda Guerra Mundial, o primeiro dispositivo comercial prático de visão noturna foi desenvolvido por Vladimir K. Zworykin da Radio Corporation of America , destinado ao uso civil. A ideia de Zworykin veio de um ex-míssil guiado por rádio. [8] Na época, o infravermelho era comumente chamado de luz negra , um termo posteriormente restrito ao ultravioleta . Não foi um sucesso devido ao seu tamanho e custo. [9]
Estados Unidos [ editar ]
Geração 1 [ editar ]
Os dispositivos passivos de primeira geração, introduzidos durante a Guerra do Vietnã e patenteados pelo Exército dos EUA , eram uma adaptação da tecnologia GEN 0 ativa anterior e dependiam da luz ambiente em vez de uma fonte de luz infravermelha extra. Usando um fotocátodo S-20 , seus intensificadores de imagem produziram uma amplificação de luz em torno de 1000, [10] mas eram bastante volumosos e exigiam que a luz da lua funcionasse corretamente.
Exemplos:
- Escopo de luz das estrelas AN / PVS-1
- Escopo de luz das estrelas AN / PVS-2
- Óculos de proteção para petroleiro PNV-57E
- Metascópio VAS PAS 6
Geração 2 (GEN II) [ editar ]
Os dispositivos de segunda geração apresentavam um tubo intensificador de imagem aprimorado usando placa de micro-canal (MCP) [11] com um fotocatodo S-25 , [7] resultando em uma imagem muito mais brilhante, especialmente nas bordas da lente. Isso levou ao aumento da iluminação em ambientes com pouca luz ambiente, como noites sem lua. A amplificação da luz estava em torno de20 000 . [10] Também foram aprimoradas a resolução e a confiabilidade da imagem .
Exemplos:
- Miniatura AN / PVS-3
- AN / PVS-4 [12]
- AN / PVS-5 [13]
- SUPERGÊNIO [14]
- PNV-10T
Avanços posteriores na tecnologia GEN II trouxeram as características táticas dos dispositivos "GEN II +" (equipados com melhores ópticas, tubos SUPERGEN, resolução aprimorada e melhores relações sinal / ruído ) [14] na faixa de dispositivos GEN III, o que complicou comparações.
Geração 3 (GEN III) [ editar ]
Os sistemas de visão noturna de terceira geração mantêm o MCP da geração II, mas agora usam um fotocatodo feito com arseneto de gálio , o que melhora ainda mais a resolução da imagem. Além disso, o MCP é revestido com uma película de barreira iônica para aumentar a vida útil do tubo. No entanto, a barreira iônica faz com que menos elétrons passem, diminuindo a melhoria esperada do fotocatodo de arseneto de gálio. Devido à barreira de íons, o efeito "halo" em torno de pontos brilhantes ou fontes de luz também é maior. A amplificação da luz também é aprimorada para cerca de30 000 -50 000 . [10] O consumo de energia é maior do que nos tubos GEN II.
Exemplos:
Geração 3+ (GEN III OMNI IV-VII) [ editar ]
A Diretoria de Visão Noturna e Sensores Eletrônicos do Exército dos EUA (NVESD) faz parte do corpo governante que determina o nome da geração de tecnologias de visão noturna. Originalmente, o Army Night Vision Laboratory (NVL), que trabalhava nos Laboratórios de Pesquisa do Exército dos EUA . Embora o recente aumento no desempenho associado aos componentes GEN-III OMNI-VI / VII seja impressionante, o Exército dos EUA ainda não autorizou o uso do nome GEN-IV para esses componentes.
Os dispositivos GEN-III OMNI-V-VII podem diferir da geração padrão 3 de uma ou duas das duas maneiras importantes. Primeiro, um sistema de fonte de alimentação automática regula a tensão do fotocátodo, permitindo que o NVD se adapte instantaneamente às mudanças nas condições de luz. [18] O segundo é uma barreira de íons removida ou bastante reduzida, que diminui o número de elétrons que geralmente são rejeitados pelo padrão GEN III MCP, resultando em menos ruído na imagem e na capacidade de operar com uma sensibilidade luminosa a 2850 K de apenas 700, em comparação com uma sensibilidade luminosa de pelo menos 1800 para intensificadores de imagem GEN III. [19] A desvantagem de uma barreira de íons fina ou removida é a diminuição geral na vida útil do tubo, de um ponto de vista teórico. Tempo médio de falha (MTTF) de 20.000 h para o tipo Gen III, para15 000 h MTTF para o tipo GEN IV. No entanto, isso é amplamente negado pelo baixo número de tubos intensificadores de imagem que atingem15 000 h de operação antes da substituição.
Enquanto o mercado consumidor classifica esse tipo de sistema como geração 4 , os militares dos Estados Unidos os descrevem como tubos autoguiados da geração 3 (GEN-III OMNI-VII). Além disso, como as fontes de alimentação de autogating agora podem ser adicionadas a qualquer geração anterior de dispositivos de visão noturna, o recurso "autogating" não classifica automaticamente os dispositivos como um GEN-III OMNI-VII. Quaisquer pós-nominais que aparecem após um tipo de geração (por exemplo, geração II +, geração III +) não alteram o tipo de geração do dispositivo, mas indicam um avanço sobre os requisitos da especificação original.A função ATG foi projetada para melhorar o recurso de proteção de fonte brilhante (BSP) [ esclarecimento necessário ] para ser mais rápido e manter a melhor resolução e contraste o tempo todo. É particularmente adequado para óculos de visão noturna do aviador, operações em áreas urbanas ou para operações especiais. O ATG é um recurso exclusivo que opera constantemente, reduzindo eletronicamente o “ciclo de serviço” da tensão do fotocatodo, ativando e desativando muito rapidamente a tensão. Isso mantém o desempenho ideal do tubo I², revelando continuamente detalhes críticos, protegendo o tubo I² de danos adicionais e protegendo o usuário de cegueira temporária.
Os benefícios do ATG podem ser facilmente vistos não apenas durante as transições dia-noite-dia, mas também sob condições dinâmicas de iluminação ao mudar rapidamente de condições de pouca luz para alta luz (acima 1 lx ), como iluminação repentina do quarto escuro. Uma vantagem típica do ATG é sentida melhor ao usar uma mira de arma, que experimenta uma explosão de chamas durante o disparo (veja as figuras abaixo mostrando as fotos tiradas na zona de impacto de uma bomba lançada). O ATG reduziria a cegueira temporária que um tubo BSP padrão introduziria, permitindo que eles mantivessem "olhos no alvo" continuamente.
O ATG fornece segurança adicional para os pilotos quando voam em baixas altitudes, e especialmente durante decolagens e aterrissagens. Os pilotos que operam com óculos de visão noturna são constantemente submetidos a condições dinâmicas de luz quando fontes de luz artificiais, como as das cidades, interferem em sua navegação, produzindo grandes halos que obstruem seu campo de visão.
Figura de mérito [ editar ]
No final dos anos 90, as inovações na tecnologia de fotocátodos aumentaram significativamente a relação sinal / ruído, com os tubos recém-desenvolvidos começando a superar o desempenho dos tubos da Gen 3.
Em 2001, o governo federal dos Estados Unidos concluiu que a "geração" de um tubo não era um fator determinante do desempenho global de um tubo, tornando o termo "geração" irrelevante na determinação do desempenho de um tubo intensificador de imagem e, portanto, eliminou o termo como uma base de regulamentos de exportação.
Embora a tecnologia de intensificação de imagem empregada por diferentes fabricantes varie, do ponto de vista tático, um sistema de visão noturna é um dispositivo óptico que permite a visão com pouca luz. O próprio governo dos EUA reconheceu o fato de que a própria tecnologia faz pouca diferença, desde que um operador possa ver claramente à noite. Consequentemente, os Estados Unidos baseiam os regulamentos de exportação não nas gerações, mas em um fator calculado chamado figura de mérito (FOM). O método de cálculo da FOM e suas implicações para a exportação são brevemente descritos em um documento da Universidade de Defesa Nacional chamado "The NATO Response Force" [22] da autoria de Jeffrey P. Bialos, diretor executivo do Programa Transatlântico de Segurança e Indústria da Universidade Johns Hopkins, e Stuart L. Koehl, membro do Centro de Relações Transatlânticas da mesma universidade.
Os tubos fabricados nos EUA com um FOM maior que 1400 não são exportáveis fora dos EUA; no entanto, a DTSA (Defense Technology Security Administration) pode renunciar a essa política caso a caso.
Outras tecnologias [ editar ]
A Força Aérea dos Estados Unidos experimentou óculos de visão noturna panorâmicos (PNVGs), que dobram o campo de visão do usuário para cerca de 95 ° usando quatro tubos intensificadores de imagem de 16 mm, em vez dos dois tubos mais comuns de 18 mm. Eles estão em serviço com o A-10 Thunderbolt II , o MC-130 Combat Talon e a tripulação AC-130U Spooky , [23] e também são populares entre as forças especiais.
O AN / PSQ-20 , fabricado pela ITT (também conhecido como Enhanced Night Vision Goggle, ENVG), procura combinar imagem térmica com intensificação de imagem, assim como a Northrop Grumman Fused Multispectral Weapon Sight. [24] [25]
Uma nova tecnologia está sendo introduzida no mercado consumidor atualmente. Foi exibido pela primeira vez no SHOT Show 2012 em Las Vegas, NV pela Armasight. [26] Esta tecnologia, denominada Ceramic Optical Ruggedized Engine (CORE), produz tubos Gen 1 de alto desempenho. A principal diferença entre os tubos CORE e os tubos Gen 1 padrão é a introdução de uma placa de cerâmica em vez de uma de vidro. Esta placa é produzida a partir de cerâmicas e ligas metálicas especialmente formuladas. A distorção da borda é aprimorada, a sensibilidade da foto é aumentada e a resolução pode chegar a 60 lp / mm. O CORE ainda é considerado Gen 1, pois não utiliza uma placa de microcanal. [27]
Cientistas da Universidade de Michigan desenvolveram uma lente de contato que pode atuar como um dispositivo de visão noturna. A lente possui uma fina tira de grafeno entre as camadas de vidro que reagem aos fótons para tornar as imagens escuras mais brilhantes. Os protótipos atuais absorvem apenas 2,3% da luz; portanto, a porcentagem de captação de luz precisa aumentar antes que a lente seja viável. A tecnologia de grafeno pode ser expandida para outros usos, como para-brisas de carros, para aumentar a capacidade de dirigir à noite. Os EUA. O Exército está interessado na tecnologia para substituir potencialmente os óculos de visão noturna. [28]
A Direção de Sensores e Dispositivos Eletrônicos (SEDD) do Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA desenvolveu a tecnologia de detector infravermelho de poço quântico (QWID). As camadas epitaxiais dessa tecnologia, que resultam na formação de diodos, compõem um sistema de arseneto de gálio ou arseneto de alumínio e gálio (GaAs ou AlGaAs). É particularmente sensível às ondas infravermelhas que têm comprimentos médios. O QWIP Corrugado (CQWIP) amplia a capacidade de detecção usando uma superestrutura de ressonância para orientar mais o campo elétrico paralelo, para que possa ser absorvido. Embora seja necessário um resfriamento criogênico entre 77 K e 85 K, a tecnologia QWID é considerada para visualização constante da vigilância devido ao seu baixo custo e uniformidade nos materiais. [29]
Materiais dos compostos II-VI , como HgCdTe, são usados para câmeras sensoriais de luz infravermelha de alto desempenho. Em 2017, os Laboratórios de Pesquisa do Exército dos EUA, em colaboração com a Stony Brook University, desenvolveram uma alternativa na família de compostos III-V . O InAsSb, um composto III – V, é comumente usado comercialmente para optoeletrônicos em itens como DVDs e telefones celulares. Baixo custo e semicondutores maiores freqüentemente causam diminuição do espaçamento atômico, levando a defeitos de incompatibilidade de tamanho. [ esclarecer ] Para combater essa possibilidade na implementação do InAsSb, os cientistas adicionaram uma camada graduada com espaçamento atômico aumentado e uma camada intermediária do substrato GaAs para interceptar quaisquer defeitos em potencial. Essa tecnologia foi projetada com operações militares noturnas em mente. [30]
União Soviética e Rússia [ editar ]
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A União Soviética e depois a Federação Russa desenvolveram uma variedade de dispositivos de visão noturna. Os modelos usados após o exército russo / soviético após 1960 são designados 1PNxx ( russo : 1ПН xx), onde 1PN é o índice GRAU de dispositivos de visão noturna. O PN significa pritsel nochnoy ( russo : прицел ночной ), que significa "visão noturna" e xxé o número do modelo. Diferentes modelos introduzidos na mesma época usam o mesmo tipo de baterias e mecanismo para montar na arma. Os modelos com várias armas têm escalas de elevação substituíveis, com uma escala para o arco balístico de cada arma suportada. As armas suportadas incluem a família AK , rifles de precisão , metralhadoras leves e lançadores de granadas de mão .
- Visão noturna baseada em refrator 1PN34 para uma variedade de armas pequenas e lançadores de granadas, veja a foto.
- Binóculos de observação noturna baseados em refrator 1PN50. [31]
- Visão noturna baseada em refletor 1PN51 para uma variedade de armas pequenas e lançadores de granadas. [32]
- Visão noturna baseada em refletor 1PN51-2 para o RPG-29 . [33]
- Visão noturna baseada em refrator 1PN58 para uma variedade de armas pequenas e lançadores de granadas. [34]
- Visão noturna baseada em refletor 1PN93-2 para o RPG-7 D3, veja a foto.
- 1PN110, uma visão noturna mais recente do RPG-29. [35]
- 1PN113, uma visão noturna semelhante à 1PN110, para o fuzil de precisão SV-98 . [35]
O exército russo também contratou o desenvolvimento e colocou em campo uma série de vistas noturnas contra-atiradores de elite. A visão noturna contra-atirador de elite é um sistema ativo que usa pulsos de laser de um diodo laser para detectar reflexos dos elementos focais dos sistemas ópticos inimigos e estimar seu alcance. O fornecedor alega que este sistema é incomparável: [36]
- 1PN106 visão noturna contra-atirador para o rifle SVD e sua variante SVDS.
- 1PN119 visão noturna contra-atirador para as metralhadoras leves PKMN e Pecheneg .
- 1PN120 visão noturna contra-atirador para o rifle SVDK .
- 1PN121 visão noturna contra-atirador para o rifle sniper ASVK de grande calibre.
- 1PN123 visão noturna contra-atirador para o rifle SV-98.
Legalidade [ editar ]
Certos países (por exemplo, Hungria e outros membros da União Europeia ) regulam a posse e / ou o uso de dispositivos de visão noturna.
A legislação belga sobre armas de fogo proíbe qualquer dispositivo de visão noturna se puder ser montado em uma arma de fogo; mesmo se não montados, são considerados ilegais. [39]
Na Holanda (embora seja membro de pleno direito da União Européia), a posse de dispositivos de visão noturna não é regulamentada, nem é proibido usá-los montados em armas de fogo. O uso de equipamentos de visão noturna para a caça noturna (montada em arma) é permitido apenas com uma permissão especial em certas áreas (o Veluwe ) para caçar javalis.
Na Islândia, o uso de dispositivos de visão noturna para caça é proibido, embora não haja restrições aos próprios dispositivos.
Os serviços de helicópteros de resgate da Nova Zelândia usam vários conjuntos de óculos de visão noturna de terceira geração importados dos EUA, e o país é obrigado a restringir o acesso ao equipamento para cumprir com os rígidos regulamentos relativos à sua exportação. [40] Não há proibições de propriedade ou uso de equipamento de visão noturna para abater animais de caça não indígenas, como coelhos, lebres, veados, porcos, tahr , camurça , cabras, cangurus, etc.
Nos EUA, um resumo de 2010–2011 dos regulamentos estaduais de caça para o uso de equipamento de visão noturna na caça [41] listou 13 estados em que o equipamento é proibido, 17 estados com várias restrições (por exemplo, apenas para determinadas espécies não relacionadas ao jogo) , e / ou em um determinado período) e 20 estados sem restrições. Não resumiu os regulamentos para equipamentos de imagem térmica.
Na Califórnia , é uma contravenção possuir um dispositivo "projetado ou adaptável para uso em uma arma de fogo que, através do uso de uma fonte de luz infravermelha projetada e de um telescópio eletrônico, permita ao operador determinar e localizar visualmente a presença de objetos durante a operação". a noite ". [42] Isso abrange essencialmente os escopos usando a tecnologia Gen0, mas não as gerações subseqüentes. Houve um esforço em 1995 [43] para expandir ainda mais as restrições para proibir dispositivos de visão noturna que não incorporassem uma fonte de luz, mas que não se tornasse lei.
Em Minnesota , a partir de 2014, "uma pessoa pode não possuir equipamentos de visão noturna ou de imagem térmica enquanto estiver capturando animais selvagens ou possuindo [uma arma carregada e não revestida] que possa ser usada para capturar animais selvagens". [44] Há uma exceção para aplicação da lei e uso militar. A proibição de visão noturna foi promulgada em 2007 e a proibição de imagens térmicas foi adicionada em 2014. Dois projetos de lei foram introduzidos no Legislativo de Minnesota em 2016, propondo permitir equipamentos de visão noturna e de imagens térmicas para, respectivamente, 1) " predador "ou 2) caça" animal selvagem não protegida
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