Un dispositivo de visión nocturna ( NVD ), también conocido como dispositivo óptico / de observación nocturna ( NOD ) y gafas de visión nocturna ( NVG ), es un dispositivo optoelectrónico que permite producir imágenes en niveles de luz que se acercan a la oscuridad total. La imagen puede ser una conversión a luz visible tanto de luz visible como de infrarrojo cercano , mientras que, por convención, la detección de infrarrojos térmicos se denomina imagen térmica . La imagen producida es típicamente verde monocromática , porque se consideró que era el color más fácil de mirar durante períodos prolongados en la oscuridad. [1] Los NVD suelen serutilizados por las fuerzas armadas y las fuerzas del orden , pero están disponibles para usuarios civiles . El término generalmente se refiere a una unidad completa, que incluye un tubo intensificador de imagen , una carcasa protectora y generalmente resistente al agua y algún tipo de sistema de montaje. Muchos NVD incluyen una lente protectora de sacrificio [2] o componentes ópticos como lentes telescópicas o espejos . Un NVD puede tener un iluminador de infrarrojos , lo que lo convierte en un dispositivo de visión nocturna activo en lugar de pasivo. A menudo se utilizan junto con miras láser IR que proyectan un rayo sobre el objetivo que solo es visible a través de un NVD. [3]
Los dispositivos de visión nocturna se utilizaron por primera vez en la Segunda Guerra Mundial y se generalizaron durante la Guerra de Vietnam . [4] [5] La tecnología ha evolucionado mucho desde su introducción, dando lugar a varias "generaciones" de equipos de visión nocturna con aumentos de rendimiento y reducciones de precios. En consecuencia, están disponibles para una amplia gama de aplicaciones, por ejemplo, para artilleros, conductores y aviadores.
Los fabricantes estadounidenses, a través del gobierno estadounidense, han introducido una clasificación retrospectiva de NVD en "generaciones". [ cita requerida ] Bajo esta periodización, el período anterior al final de la Segunda Guerra Mundial a veces ha sido descrito [¿ por quién? ] como Generación 0 .
En 1929, el físico húngaro Kálmán Tihanyi inventó una cámara de televisión electrónica sensible al infrarrojo para la defensa antiaérea en el Reino Unido. [6]
Los dispositivos de visión nocturna se introdujeron en el ejército alemán ya en 1939 y se utilizaron en la Segunda Guerra Mundial . AEG comenzó a desarrollar los primeros dispositivos en 1935. A mediados de 1943, el ejército alemán comenzó las primeras pruebas con dispositivos de visión nocturna infrarroja ( alemán : Nachtjäger ) y telémetros telescópicos montados en tanques Panther . Se construyeron y utilizaron dos disposiciones diferentes en los tanques Panther. El Sperber FG 1250 ("Sparrow Hawk"), con un alcance de hasta 600 m, tenía un reflector infrarrojo de 30 cm y un convertidor de imagen operado por el comandante del tanque.
Un dispositivo soviético experimental llamado PAU-2 fue probado en campo en 1942.
Desde finales de 1944 hasta marzo de 1945, el ejército alemán llevó a cabo pruebas con éxito de los equipos FG 1250 montados en el Panther Ausf. Tanques G (y otras variantes). Antes de la Segunda Guerra Mundial, que terminó en 1945, aproximadamente 50 (o 63) Panthers habían sido equipados con el FG 1250 y entraron en combate en los frentes oriental y occidental . El sistema portátil "Vampir" para infantería se utilizó con rifles de asalto StG 44 . [7]
En EE. UU. Se produjo un desarrollo paralelo de los sistemas de visión nocturna. Los dispositivos de observación nocturna infrarroja M1 y M3, también conocidos como "sniperscope" o "snooperscope", tuvieron un servicio limitado con el Ejército de los Estados Unidos en la Segunda Guerra Mundial [8] y en la Guerra de Corea , para ayudar a los francotiradores . [4] Estos eran dispositivos activos que usaban una gran fuente de luz infrarroja para iluminar los objetivos. Sus tubos intensificadores de imagen usaban un ánodo y un fotocátodo S-1 , hechos principalmente de plata , cesio y oxígeno , y se usaba inversión electrostática con aceleración de electrones para lograr la ganancia. [9]
Ejemplos de
Después de la Segunda Guerra Mundial, Vladimir K. Zworykin desarrolló el primer dispositivo comercial práctico de visión nocturna en Radio Corporation of America , diseñado para uso civil. La idea de Zworykin surgió de un antiguo misil guiado por radio. [10] En ese momento, el infrarrojo se llamaba comúnmente luz negra , un término que luego se restringió al ultravioleta . El invento de Zworykin no fue un éxito debido a su tamaño y costo. [11]
Los dispositivos pasivos de primera generación desarrollados en la década de 1960, introducidos durante la Guerra de Vietnam y patentados por el Ejército de los EE. UU. , Eran una adaptación de la tecnología GEN 0 activa anterior y dependían de la luz ambiental en lugar de utilizar una fuente de luz infrarroja adicional. Usando un fotocátodo S-20 , sus intensificadores de imagen produjeron una amplificación de luz de alrededor de 1000, [12] pero eran bastante voluminosos y requerían luz de la luna para funcionar correctamente. Ejemplos:
Dispositivos de segunda generación desarrollados en la década de 1970, con un tubo intensificador de imagen mejorado que utiliza una placa de microcanal (MCP) [13] con un fotocátodo S-25 , [9] y que dan como resultado una imagen mucho más brillante, especialmente alrededor de los bordes de la lente. Esto llevó a una mayor iluminación en entornos con poca luz ambiental, como las noches sin luna. La amplificación de luz estaba alrededor20 000 . [12] También se mejoraron la resolución y la fiabilidad de la imagen .
Ejemplos:
Los avances posteriores en la tecnología GEN II trajeron las características tácticas de los dispositivos "GEN II +" (equipados con mejores ópticas, tubos SUPERGEN, resolución mejorada y mejores relaciones señal / ruido ) [16] en el rango de dispositivos GEN III, lo que ha complicado comparaciones.
Los sistemas de visión nocturna de tercera generación, desarrollados a fines de la década de 1980, mantuvieron el MCP de Gen II, pero utilizaron un fotocátodo hecho con arseniuro de galio , que mejoró aún más la resolución de la imagen. Además, el MCP está recubierto con una película de barrera de iones para aumentar la vida útil del tubo. Sin embargo, la barrera de iones hace que pasen menos electrones, disminuyendo la mejora esperada del fotocátodo de arseniuro de galio. Debido a la barrera de iones, el efecto de "halo" alrededor de puntos brillantes o fuentes de luz también es mayor. La amplificación de luz también se mejora a alrededor30 000 -50 000 . [12] El consumo de energía es mayor que en los tubos GEN II.
Ejemplos:
La Dirección de Sensores Electrónicos y Visión Nocturna del Ejército de EE. UU. (NVESD) es parte del organismo rector que dicta los nombres de las generaciones de tecnologías de visión nocturna. El NVESD fue originalmente el Laboratorio de Visión Nocturna del Ejército (NVL), que trabajaba dentro de los Laboratorios de Investigación del Ejército de EE. UU . Aunque el reciente aumento de rendimiento asociado con los componentes GEN-III OMNI-VI / VII es impresionante, [ cita requerida ] a partir de 2021 [actualizar]el Ejército de los EE. UU. Aún no ha autorizado el uso del nombre GEN-IV para estos componentes.
Los dispositivos GEN-III OMNI-V-VII desarrollados en la década de 2000 pueden diferir de la generación estándar 3 en una o ambas de dos formas importantes:
Mientras que el mercado de consumidores clasifica este tipo de sistema como generación 4 , el ejército de los Estados Unidos describe estos sistemas como tubos autoguiados de generación 3 (GEN-III OMNI-VII). Además, dado que ahora se pueden agregar fuentes de alimentación con control automático a cualquier generación anterior de dispositivos de visión nocturna, la capacidad de "control automático" no clasifica automáticamente los dispositivos como GEN-III OMNI-VII. Cualquier postnominal que aparezca después de un tipo de generación (es decir, Gen II +, Gen III +) no cambia el tipo de generación del dispositivo, sino que indica mejoras sobre los requisitos de la especificación original. [22]
Ejemplos:
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La función ATG fue diseñada [¿ por quién? ] para mejorar la función de protección de fuente brillante (BSP) [ aclaración necesaria ] , para ser más rápido y mantener la mejor resolución y contraste en todo momento. Es particularmente adecuado para las gafas de visión nocturna de aviador, para operaciones en áreas urbanas o para operaciones especiales. ATG es una característica única que opera constantemente, reduciendo electrónicamente el "ciclo de trabajo" del voltaje del fotocátodo al encender y apagar muy rápidamente el voltaje. Esto mantiene el rendimiento óptimo del tubo I², revelando continuamente detalles de misión crítica, salvaguardando el tubo I² de daños adicionales y protegiendo al usuario de la ceguera temporal.
Los beneficios de ATG se pueden ver fácilmente no solo durante las transiciones día-noche-día, sino también en condiciones de iluminación dinámica cuando se cambia rápidamente de condiciones de poca luz a mucha luz (arriba 1 lx ), como la iluminación repentina de una habitación oscura. Una ventaja típica de ATG se siente mejor cuando se usa una mira de arma, que experimenta una explosión de llamas durante el disparo (vea las figuras a continuación que muestran imágenes tomadas en la zona de impacto de una bomba lanzada). ATG reduciría la ceguera temporal que introduciría un tubo BSP estándar, lo que permitiría al personal mantener continuamente "los ojos en el objetivo". [ cita requerida ]
ATG proporciona seguridad adicional para los pilotos cuando vuelan a baja altura, y especialmente durante los despegues y aterrizajes. Los pilotos que operan con gafas de visión nocturna están constantemente sujetos a condiciones de luz dinámica cuando las fuentes de luz artificial, como las de las ciudades, interfieren con su navegación produciendo grandes halos que obstruyen su campo de visión.
A finales de la década de 1990, las innovaciones en la tecnología de fotocátodos aumentaron significativamente la relación señal / ruido, y los tubos recientemente desarrollados comenzaron a superar el rendimiento de los tubos Gen 3.
En 2001, el gobierno federal de los Estados Unidos llegó a la conclusión de que la "generación" de un tubo no era un factor determinante del rendimiento global de un tubo, por lo que el término "generación" era irrelevante para determinar el rendimiento de un tubo intensificador de imagen y, por lo tanto, eliminó el término como base de las regulaciones de exportación.
Aunque la tecnología de intensificación de imagen empleada por diferentes fabricantes varía, desde el punto de vista táctico, un sistema de visión nocturna es un dispositivo óptico que permite la visión en condiciones de poca luz. El propio gobierno de los Estados Unidos ha reconocido el hecho de que la tecnología en sí hace poca diferencia, siempre que un operador pueda ver claramente por la noche. En consecuencia, Estados Unidos basa las regulaciones de exportación no en las generaciones, sino en un factor calculado llamado figura de mérito (FOM). Un documento de la Universidad de Defensa Nacional , "La Fuerza de Respuesta de la OTAN" [24] (escrito por Jeffrey P. Bialos, Director Ejecutivo del Programa Transatlántico de Seguridad e Industria de la Universidad Johns Hopkins, y Stuart L. Koehl, miembro del Centro de Relaciones Transatlánticas de la misma universidad) describe brevemente el método de cálculo de FOM y sus implicaciones para la exportación.
… A partir de 2001, EE. UU. Implementó un nuevo sistema de figura de mérito (FOM) para determinar el lanzamiento de la tecnología de visión nocturna. FOM es una medida abstracta del rendimiento del tubo de imagen, derivada del número de pares de líneas por milímetro multiplicado por la relación señal / ruido del tubo.
[ cita requerida ]
Los tubos fabricados en EE. UU. Con un FOM superior a 1400 no se pueden exportar fuera de EE. UU.; sin embargo, la Administración de Seguridad de Tecnología de Defensa (DTSA) puede renunciar a esa política caso por caso.
La Fuerza Aérea de los Estados Unidos experimentó con gafas panorámicas de visión nocturna (PNVG), que duplican el campo de visión del usuario a alrededor de 95 ° mediante el uso de cuatro tubos intensificadores de imagen de 16 mm, en lugar de los dos tubos más estándar de 18 mm. Están en servicio con A-10 Thunderbolt II , MC-130 Combat Talon y AC-130U Spooky Aircrew , [25] y luego evolucionaron a Ground Panoramic Night Vision Goggles (GPNVG-18) que también son populares entre las fuerzas especiales.
El AN / PSQ-20 , fabricado por ITT (también conocido como Enhanced Night Vision Goggle, ENVG), busca combinar la imagen térmica con la intensificación de la imagen, al igual que el Northrop Grumman Fused Multiespectral Weapon Sight. [26] [27]
Se está introduciendo una nueva tecnología [ ¿cuándo? ] al mercado de consumo. Se mostró por primera vez en el SHOT Show 2012 en Las Vegas, NV por Armasight. [28] esta tecnología, denominada Ceramic Optical Ruggedized Engine (CORE), produce tubos Gen 1 de mayor rendimiento. La principal diferencia entre los tubos CORE y los tubos estándar Gen 1 es la introducción de una placa de cerámica en lugar de una de vidrio. Esta placa se produce a partir de aleaciones cerámicas y metálicas especialmente formuladas. Se mejora la distorsión de los bordes, se aumenta la fotosensibilidad y la resolución puede llegar hasta 60 lp / mm. CORE todavía se considera [¿ por quién? ] Gen 1, ya que no utiliza una placa de microcanal. [29]
Los científicos de la Universidad de Michigan han desarrollado una lente de contacto que puede actuar como un dispositivo de visión nocturna. La lente tiene una delgada tira de grafeno entre las capas de vidrio que reacciona a los fotones para hacer que las imágenes oscuras se vean más brillantes. Los prototipos actuales solo absorben el 2,3% de la luz, por lo que el porcentaje de captación de luz tiene que aumentar antes de que la lente sea viable. La tecnología del grafeno se puede expandir a otros usos, como parabrisas de automóviles, para mejorar la conducción nocturna. Los Estados Unidos. El ejército está interesado en la tecnología para reemplazar potencialmente las gafas de visión nocturna. [30]
La Dirección de Dispositivos de Sensores y Electrones (SEDD) del Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. Desarrolló la tecnología de detector infrarrojo de pozos cuánticos (QWID). Las capas epitaxiales de esta tecnología , que dan como resultado la formación de diodos, componen un sistema de arseniuro de galio o arseniuro de galio y aluminio (GaAs o AlGaAs). Es particularmente sensible a las ondas infrarrojas de longitudes medias y largas. El QWIP corrugado (CQWIP) amplía la capacidad de detección mediante el uso de una superestructura de resonancia para orientar más del campo eléctrico en paralelo, de modo que pueda ser absorbido. Aunque se requiere enfriamiento criogénico entre 77 K y 85 K, la tecnología QWID es considerada [¿ por quién? ] para una vigilancia constante debido a su bajo costo y uniformidad en los materiales.[31]
Los materiales de los compuestos II-VI , como HgCdTe, se utilizan para cámaras de detección de luz infrarroja de alto rendimiento. En 2017, los Laboratorios de Investigación del Ejército de EE. UU., En colaboración con la Universidad de Stony Brook, desarrollaron una alternativa dentro de la familia de compuestos III-V . InAsSb, un compuesto III-V, se usa comúnmente comercialmente para optoelectrónica en artículos como DVD y teléfonos celulares. Los semiconductores más grandes y de bajo costo con frecuencia hacen que el espaciamiento atómico disminuya, lo que conduce a defectos de desajuste de tamaño. [ aclarar ] Para contrarrestar esta posibilidad en la implementación de InAsSb, los científicos agregaron una capa graduada con un mayor espaciado atómico y una capa intermedia del sustrato GaAs para atrapar cualquier defecto potencial. Esta tecnología se diseñó teniendo en cuenta las operaciones militares nocturnas. [32]
Los binoculares de visión nocturna mejorada (ENVG-B), fabricados por L3Harris Technologies , brindan una capacidad mejorada para observar en todas las condiciones climáticas, además de una resolución más alta, ya que los tubos de fósforo blanco ofrecen un mejor contraste en comparación con el fósforo verde tradicional. unos. [33]
La Unión Soviética y, después de 1991, la Federación de Rusia , han desarrollado una gama de dispositivos de visión nocturna. Los modelos utilizados después de 1960 por el ejército ruso / soviético se designan 1PNxx (ruso: 1ПН xx), donde 1PN es el índice GRAU de los dispositivos de visión nocturna. El PN significa pritsel nochnoy (ruso: прицел ночной ), que significa "vista nocturna", y el xx es el número de modelo. Los diferentes modelos introducidos aproximadamente al mismo tiempo usan el mismo tipo de baterías y mecanismo para montar en el arma. Los modelos de armas múltiples tienen escalas de elevación reemplazables, con una escala para el arco balísticode cada arma soportada. Las armas apoyadas incluyen la familia AK , rifles de francotirador , ametralladoras ligeras y lanzagranadas de mano .
El ejército ruso también ha contratado el desarrollo y ha desplegado una serie de los llamados visores nocturnos de francotiradores Антиснайпер , romanizado : Antisnayper ). La mira nocturna del contra-francotirador es un sistema activo que utiliza pulsos de láser de un diodo láser para detectar reflejos de los elementos focales de los sistemas ópticos enemigos y estimar su alcance. El proveedor afirma que este sistema no tiene paralelo: [39]
(en ruso :Wikimedia Commons tiene medios relacionados con equipos de visión nocturna . |