¿Cómo funciona la visión nocturna?

Si quieres poder ver en la oscuridad, un buen primer paso es encender las luces. Es por eso que los autos tienen faros, los excursionistas nocturnos usan faros y los paseadores de perros llevan linternas después de la puesta del sol. Agregar luz artificial a la escena la hace cognoscible.

Pero hay otro enfoque para ver en la oscuridad que involucra una pieza de equipo militar: gafas de visión nocturna. Si alguna vez has visto una escena teñida de verde en las películas y te has preguntado cómo funciona este tipo de equipo, aquí tienes un vistazo al proceso de tres pasos que tiene lugar dentro de este tipo de dispositivo.

¿Cómo funciona la visión nocturna?

Cuando sale el sol, la razón por la que puedes ver un objeto como un árbol cercano es porque la luz se refleja en él y llega a tus ojos. Por supuesto, esa luz reflejada no existe en las mismas cantidades durante la noche. Dicho de otra manera, hay “muy pocos fotones” después del anochecer, observa Matthew Renzi, director senior de ingeniería de L3 Harris, un contratista de defensa que fabrica un dispositivo de visión nocturna para el Ejército llamado ENVG-B. (Como recordatorio, la luz se comporta como una onda y una partícu la. Las partículas fundamentales de la luz se llaman fotones).

Imagine un solo fotón entrando en las gafas. El truco inicial que logra el dispositivo de visión nocturna involucra ese fotón entrante. “Convertimos ese fotón en un electrón a través de un fotocátodo”, dice Renzi. “Ese es un material especializado que está ahí para hacer esa transición de un solo fotón de luz a ese electrón”.

En resumen, este paso implica convertir partículas del dominio de la luz al dominio de la electricidad.

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El siguiente paso consiste en aumentar la señal de ese electrón, y para eso, el dispositivo utiliza la energía de la batería integrada, como una batería AA o dos. “Ese electrón se multiplica significativamente”, dice Renzi, seña lando que podría multiplicarse “decenas de miles” de veces. Mientras que la parte del dispositivo que convierte el fotón en un electrón se llama fotocátodo, esta parte que aumenta el volumen del electrón se conoce como placa de microcanal.

Finalmente, la información debe transferirse nuevamente al ámbito visual, de modo que cualquiera que esté mirando a través de las gafas pueda ver la escena. Eso sucede gracias a una pantalla de fósforo, que el usuario puede ver cuando mira por el ocular. “La pantalla de fósforo es lo que toma esa energía de esos electrones y la vuelve a convertir en luz visible”, dice Renzi.

Blanco y negro es el nuevo verde y negro

Esa última etapa es donde se producen las imágenes tradicionales en verde y negro, pero Renzi dice que en lugar de verde, los dispositivos más modernos muestran la escena en blanco y negro. “Se podría decir que un verde y un blanco son equivalentes en términos de rendimiento medible, pero el ojo humano percibe el blanco y el negro mejor que el verde frente al negro”, argumenta. La distinción entre el fósforo blanco y el verde también surge cuando se trata de vendo equipo de vision nocturna.

En resumen, para hacer que una escena oscura sea más visible, estos dispositivos toman fotones, los convierten en electrones, amplifican esos electrones y luego vuelven a convertir esa información en visible. En algunos casos, las gafas de visión nocturna incluirán “un iluminador”, que en realidad produce una pequeña cantidad de luz nueva para iluminar la escena, dice.

Renzi señala que las partes del espectro electromagnético que estos tipos de gafas de visión nocturna perciben proviene tanto del rango visible como del infrarrojo cercano; el infrarrojo cercano es la parte del espectro que se encuentra justo al lado de la parte roja del espectro visible. Este cursi video de la NASA desglosa ese espectro:

Los anteojos de visión nocturna tradicionales se enfocan en la luz de las partes visible e infrarroja cercana del espectro electromagnético, que son, junto con el infrarrojo de onda corta, “parte de lo que llamamos bandas reflectantes, donde todavía está mirando la luz que rebota de algo”, dice.

Mientras tanto, una pieza diferente del equipo, una cámara térmica, ve una parte diferente del espectro electromagnético, que es el infrarrojo de onda larga; eso es emisivo, a diferencia de la luz reflejada. Esa parte del espectro, dice Renzi, está “fuera de las imágenes de sus gafas tradicionales de visión nocturna”. Un artilugio de L3 Harris llamado el ENVG-B en realidad combina las gafas de visión nocturna tradicionales, con su enfoque en el espectro visible y el infrarrojo cercano (ambos son luz reflejada), junto con la detección térmica del área infrarroja de onda larga que puede ver el calor corporal emisivo, por ejemplo.

La diferencia entre estos dos tipos de información es imaginable en un escenario como este: “Digamos que alguien estaba en la distancia y detrás de algunas hojas”, dice. “Probablemente captarías ese calor con el infrarrojo de onda larga, [which] podría haber sido más difícil con [just] la banda reflectante, pero es posible que no sepa mucho al respecto en ese momento, solo vería que hay algo de calor allí “.

En última instancia, dice que la tecnología que permite a las personas ver en la oscuridad ha evolucionado a lo largo de las décadas. Sistemas más antiguos con un enfoque de “imágenes pasivas” necesitaba “un escenario de luna llena o algún tipo de luz ambiental”, dice. Hoy en día, las gafas de visión nocturna pueden “usar la luz de las estrellas”.