Segurança e Vigilância_ Visão Nocturna

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Segurança e Vigilância_ Visão Nocturna

  1. 1. Segurança e Vigilância: Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 1 Visão Não concordo com o acordo ortográfico É uma aberração Nocturna
  2. 2. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 2 A Visão nocturna é a capacidade de ver em condições de baixa ou ausência de luz. Visão Nocturna  Essa capacidade, nos seres humanos, é muito limitada, é necessário para uma pessoa normal se expor por pelo menos 30 minutos na escuridão para aperfeiçoar a sua visão nocturna, que mesmo assim, ainda não é como a dos animais, porque não percebem ondas de luz vermelha cujos comprimentos de ondas superem 780 nanómetros (infravermelhos).  Animais como cães, gatos e raposas apresentam melhor visão nocturna que os humanos, por possuírem uma estrutura chamada “tapetum lucidum” (tapete brilhante: é uma membrana posicionada dentro do globo ocular de alguns animais vertebrados, que reflecte a luz que adentra nos olhos, como um espelho) para melhorar sua visão nocturna. Sua visão equivale a um amplificador de luz de primeira ou de segunda geração. A maioria dos animais nocturnos possui apenas os bastonetes, que são foto-receptores (células de visão) bastante sensíveis a luz, mas que não os permite distinguir cores, o que não quer dizer que enxerguem mal.
  3. 3. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 3 O olho humano  Antes vamos debruçarmo-nos sobre alguns aspectos importantes da visão humana… Afinal… Porque é que temos dois olhos e não só um?.... Visão estereoscópica  Visão, é a capacidade do olho(s) para se concentrar e detectar imagens de luz visível em fotodetectores na retina de cada olho que gera impulsos eléctricos nervosos para diferentes cores, tons e brilho que permite aos seres vivos dotados destes órgãos, aprimorarem a percepção do mundo que os rodeia. Os seres humanos (e a maioria dos predadores) têm dois olhos na frente da cabeça. Essa "visão binocular" melhora a percepção de profundidade, permitindo uma estimativa da distância do caçador á presa… Porque ter dois, é sempre melhor do que ter só um!.... Anatomia do olho humano
  4. 4. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 4           11 12 1 - Esclerótica 2 – Córnea 3 – Músculos ciliares 4 – Íris 5 – Pupila 6 – Cristalino 7 – Fóvea 8 – Humor vítreo 9 – Coróide 10- Retina 11- Nervo óptico 12- Músculos extra-oculares Anatomia do olho humano Constituintes do olho humano
  5. 5. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 5 Humor Vítreo Canal HialódeoCórnea Nervo Óptico Carióide Retina Câmara Anterior (Humor aquoso) Pupila Cristalino (Lente) Íris Musculo Ciliar Fóvea Eixo ópticoFóvea - A parte da retina humana, que possui a melhor resolução espacial ou acuidade visual. Retina - A membrana sensitiva que reveste o fundo do olho e recebe a imagem formada pela lente do olho.  Acomodação - Termo utilizado para descrever a alteração da curvatura do cristalino por meio dos músculos ciliares. Expresso em dioptrias. Propriedades do Olho Campo aproximado de Visão: - 120 graus na vertical. - 150 graus horizontal (um olho). - 200 graus horizontal (ambos os olhos). Acuidade: - 30 ciclos por grau (acuidade Snellen 20/20). Anatomia do olho humano Constituintes do olho humano
  6. 6. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 6 Pupila Esclera Íris Pestanas Humor Vítreo Canal HialódeoCórnea Nervo Óptico Carióide Câmara Anterior (Humor aquoso) Pupila Cristalino (Lente) Íris Musculo Ciliar Pupila / Íris – Controlam a quantidade de luz que passa através da lente cristalina. Retina - contém células sensoras, onde a imagem é formada. Fóvea - maior concentração de cones. Cones são as células do olho humano que tem a capacidade de reconhecer as cores, segundo a teoria tricromática onde se forma a imagem que será transmitida ao cérebro. Fóvea Retina Anatomia do olho humano Constituintes do olho humano
  7. 7. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 7 Anatomia do olho humano Constituintes do olho humano Cristalino ou lente O cristalino é um citosistema altamente organizado que se localiza entre a íris e o humor vítreo. Trata-se de um estrutura biconvexa, gelatinosa, possuindo grande elasticidade que diminui progressivamente com a idade. O cristalino funciona como uma lente, participando dos meios refractivos do olho, sendo capaz de aumentar o grau, para focalização das imagens com a distância (acomodação).  Aumenta a tensão dos ligamentos - lente mais plana – focagem ao longe!Diminui a tensão dos ligamentos, lente mais curva – focagem ao perto! Acomodação  Músculo Ciliar relaxado Músculo Ciliar Contraído
  8. 8. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 8  A Iris apresenta fibras musculares lisas, radiais e circulares, cuja contracção e relaxamento regulam o tamanho da pupila. Parassimpático Deixam passar menos luz. Fibras Radiais dilatam-se! (Midríase) Simpático Deixam passar mais luz.  A íris é a parte colorida do olho.  A pupila é um buraco no centro da íris. O tamanho da pupila varia com a quantidade de luz que entra no olho. Torna-se menor, com o aumento da entrada de luz. PupilaFibras Radiais Fibras Circulares A luz entra no olho através da Pupila. A quantidade de luz que entra no olho é controlada pela Iris. A luz passa através da lente(Cristalino), que o focaliza na Retina, na parte posterior do olho. A imagem vista pela Retina está invertida e é o cérebro que a coloca na posição correcta. Fibras Circulares Contraem-se! (Miose) Anatomia do olho humano Constituintes do olho humano A Iris
  9. 9. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 9 Retina: é a parte do olho responsável pela formação das imagens, ou seja, pelo sentido da visão. É como uma tela onde se projectam as imagens: retém as imagens e as traduz para o cérebro através de impulsos eléctricos enviados pelo nervo óptico. Anatomia do olho humano Constituintes do olho humano A Retina Córnea Cristalino Iris Pupila Músculos ciliares Nervo Óptico Carióide Retina Fóvea
  10. 10. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 10  Os bastonetes: permitem a visão nocturna (visão escotópica) e fornecem informações de brilho, mas não de cor, e são 10.000 mais sensíveis à luz do que os cones. Há cerca de 120 milhões de bastonetes e estão concentrados na parte de fora da fóvea, cerca de 20 graus a partir do centro da retina. Na Retina, existem duas células fotossensíveis: Cones e bastonetes.  Os cones: permitem a visão diurna (visão fotóptica), e fornecem informações de cor e de espaço. Há cerca de 6 milhões de cones que estão concentrados na área central da retina, chamado a fóvea.  Os bastonetes contêm um pigmento fotossensível chamado rodopsina que é uma proteína que transforma a energia da luz em sinais eléctricos. Quando a rodopsina absorve um fotão, gera um impulso eléctrico, mas é “branqueado" e deve ser regenerado para continuar a visão. Leva cerca de 30 minutos para que a rodopsina esteja completamente regenerada. Este é o tempo que levam os seres humanos para ver no escuro, quando vêm de um ambiente iluminado. Anatomia do olho humano Constituintes do olho humano A Retina
  11. 11. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 11 Cone Segmentointernosegmentoexterno Bastonete Pigmentos fotossensíveis no Segmento Externo (Discos) Conector CIL Cones Bastonetes Núcleo Anatomia do olho humano Constituintes do olho humano A Retina: Foto-receptores
  12. 12. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 12 Bastonete 2000 disco dentro duma membrana onde se encontra a Rodopsina Membrana Discos da Membrana Espaço intracelular Espaço Extracelular Plasma da Membrana Rodopsina Conecçao Ciliar Discos da Membrana Cone Rodopsina= Proteina (opsine) + Cromofor (retinal) o Membrana Espaço Extracelular Plasma da Membrana Pigmentos cromáticos Anatomia do olho humano Constituintes do olho humano A Retina: Foto-receptores
  13. 13. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 13  Bastonetes: respondem a pequenas quantidades de luz, portanto, são especializados em visão nocturna. Nos bastonetes, a substância é chamada rodopsina.  Cones Nos cones, as substâncias têm composições químicas apenas ligeiramente diferentes da composição da rodopsina, os chamados pigmentos dos cones ou pigmentos coloridos. Têm 3 classes de pigmentos, para as 3 cores básicas: Encarnado, - Eritropsina. (Long) Azul, - Cianopcina.(Short) Verde, - Cloropsina.(Medium)  Os Bastonetes e cones contêm substâncias químicas que se decompõem com a exposição à luz e, no processo, excitam as fibras do nervo óptico.  Na visão humana, a combinação da maior sensibilidade total dos bastonetes na gama do azul-esverdeado com a percepção de cor dada pelos cones resulta na percepção de um azulamento das cores, o que se traduz naquilo que é percebido como uma "luz fria" na iluminação crepuscular. Essa é a razão fundamental que leva a perceber o luar como azulado, quando na realidade a cor da luz reflectida pela Lua é amarelada. Anatomia do olho humano Constituintes do olho humano A Retina: Foto-receptores
  14. 14. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 14 Comprimento de ondas (em nanómetros) nm Absorçãorelativa 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 400 550 600 650450 500 426 530 560 S1 M20 L40 Sensibilidade relativa do olho humano ás radiações) 1-Cone azul 20 - Cones verdes 40 - Cones vermelhos  3 tipos de cones sensíveis a 3 cores diferentes: Sensibilidade máxima do olho ≈ 560 nm Os visores dos equipamentos de visão nocturna são propositalmente de cor verde devido ao facto científico de que o olho humano pode diferenciar mais tons de verde do que em qualquer outra cor. Anatomia do olho humano Constituintes do olho humano A Retina: Foto-receptores
  15. 15. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 15  Visão fotópica: é a designação dada à sensibilidade do olho em condições de intensidade luminosa que permita a distinção das cores (visão diurna - 3.4 cd/m²).  Visão mesópica: é a designação dada à combinação da visão fotópica e da visão escotópica que ocorre em situações de luminosidade baixa, mas não tão baixa que elimine de todo a componente fotópica. Fotópica Mesópica  Visão escotópica: é a visão produzida pelo olho em condições de obscuridade 0.034 cd/m². Escotópica Anatomia do olho humano Constituintes do olho humano A Retina: Foto-receptores
  16. 16. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 16 Depressão da retina, a Fóvea, cuja função é ver as cores e os detalhes finos das imagens (visão aguda). Por esta razão cones são mais abundantes neste sector, do que os bastonetes. Fóvea Capilar Fóvea Área sem bastonetes (200mm) Células bipolares Células ganglionares Bastonetes Cones Coróides Retina Cones vs Bastonetes Anatomia do olho humano Constituintes do olho humano A Retina: Foto-receptores
  17. 17. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 17 Luz Células ganglionares Células Amácrinas Células bipolares Células horizontais Epitélio pigmentar Bastonetes e Cones Para Nervo Óptico Anatomia do olho humano Constituintes do olho humano A Retina: Luz/impulsos eléctricos
  18. 18. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 18 Anatomia do olho humano O olho humano  O olho humano tem uma íris que opera como uma câmara fotográfica. Olho - Córnea Lente de alta performanceSensor de imagem Retina Cérebro Processador de Imagem de alta performance  A focagem é realizada alterando a forma da lente do Cristalino.  A Retina contém cones (mais usados) bastonetes (na obscuridade), que detectam as cores, e a profundidade.  A fóvea é pequena região de alta resolução, que contém principalmente cones.  Nervo óptico: 1 milhão de fibras flexíveis, que ligam ao cérebro!....
  19. 19. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 19  Os comprimentos de onda longos (luz vermelha), não afectam a rodopsina e esta luz é geralmente usada para preservar a visão na noite. Os piratas tinham um olho coberto com uma pala, para rodopsina estar sempre "activada" e verem imediatamente em zonas escuras logo que removessem a pala.  Alguns animais (gatos, cães, ...) têm uma visão nocturna muito superior aos humanos, graças a um "tapetum lucidum", uma membrana na parte de trás do olho, que reflecte luz sobre a retina.  Outro mecanismo para ver no escuro é a dilatação da pupila que permite multiplicar por 16 o número de fotões que entram no olho.  A sensibilidade de visão nocturna é mais de 100 vezes superior à diurna. O olho humano tem a capacidade de discriminar 109 níveis de luz considerando a visão diurna e nocturna, mas num dado momento apenas discrimina 1 em 1000, uma vez fixado o nível de “negro". Verifica-se que uma pessoa pode detectar um flash de luz de apenas 100 fotões. Talvez esta capacidade de visão nocturna tenha sido muito importante para a sobrevivência da humanidade em tempos pré-históricos. Resposta à luzSensibilidades Visão Nocturna
  20. 20. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 20  Com nossos olhos, vemos o mundo em luz visível. Considerando que a luz visível preenche apenas uma pequena porção do espectro de radiação, a luz invisível cobre a maior parte da gama espectral restante. A radiação de luz invisível transporta muito mais informação adicional. A descoberta da radiação infravermelha William Herschel descobriu por acaso a radiação infravermelha em 1800. Através de um prisma de vidro, projectou as diversas cores da na decomposição da luz solar sobre uma mesa, e usando sensíveis termómetros de mercúrio, mediu a temperatura de cada cor. Com isto, ele testou o aquecimento das diferentes cores do espectro. Ele notou que a temperatura aumentava no sentido do violeta para o vermelho. No entanto notou que a temperatura subia ainda mais na área para lá da extremidade vermelha do espectro. Finalmente ele encontrou a temperatura máxima muito para trás a área vermelha. Hoje em dia, esta área é chamada de "área de comprimento de onda de infravermelhos". Luz infravermelha “IV” Visão Nocturna
  21. 21. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 21 Luz infravermelha “IV”  A fim de compreender a visão nocturna, é importante entender algo sobre a luz. A quantidade de energia duma onda de luz está relacionada com o seu comprimento de onda: comprimentos de onda mais curtos têm maior energia. Da luz visível, a luz violeta é a que tem mais energia, e o vermelho a que tem menos. Logo antes do espectro de luz visível, fica o espectro infravermelho. Infravermelhos (IV) Ultravioletas (UV) Luz VisívelInfravermelhos (IV) 103 Rádio 10-2 Microondas 10-5 Infravermelhos 10-8 Ultravioletas 10-10 Raios-X 10-12 Raios-Gama 780nm1.3m3m30m50m IV-próximo(NIR)IV-Médio (MIR) 1.5x10-6 Comprimentos de ondas IV-Térmico (TIR) Visão Nocturna FIR
  22. 22. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 22 Luz infravermelha “IV”- (Cont.) 780nm1.3m3m30m50m IV-próximo(NIR)IV-Médio (MIR)IV-Térmico (TIR) Espectro infravermelho. O espectro infravermelho pode ser dividido em categorias: IV Próximo (Near-infrared -NIR) - junto à luz visível, infravermelho próximo tem comprimentos de onda que variam 0,7-1,3 mícrons. IV Médios (Mid-infrared - MIR) - tem comprimentos de onda que variam 1,3 - 3 mícrons. Ambos NIR e MIR são usados por uma variedade de dispositivos electrónicos, incluindo comandos á distância. IV térmicos (Thermal-infrared - TIR) – ocupa a maior parte do espectro do infravermelho, tem comprimentos de onda que variam de 3 a mais de 30 mícrons. Visão Nocturna FIR
  23. 23. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 23 Luz infravermelha “IV”- (Cont.) Espectro infravermelho: IV térmicos (Thermal-infrared - TIR) A diferença fundamental entre os IV térmicos e os outros dois, é que os IV térmicos são emitidos por um objecto em vez serem reflectidos por ele. A luz infravermelha é emitida por um objecto por causa do que está acontecendo no nível atómico, derivado do aumento de temperatura. Calor faz com que os átomos num objecto libertem fotões no espectro infravermelho térmico. -Quanto mais quente o objecto, menor o comprimento de onda do fotão infravermelho libertado. Um objecto, quando está muito quente vai mesmo começar a emitir fotões no espectro visível, brilhando vermelho e, em seguida, movendo-se através de laranja, amarelo, azul, e branco, eventualmente. Visão Nocturna
  24. 24. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 24  Intensificação de imagem é simplesmente a capacidade de ver com quantidades muito pequenas de luz. Funciona através da colecta da pequena porção do espectro de luz infravermelha e intensificação da luz visível existente. Melhoramento de imagem (Image enhancement ); Imagem térmica (thermal imaging).  A termografia opera através da captação da porção superior do espectro da luz infravermelha. “Image enhancement” – é conseguida através de meios tecnológicos através da utilização de um intensificador de imagem, CCD de ganho multiplicado, ou outras matrizes de fotodetectores de muito baixo ruído e de alta sensibilidade. Esta tecnologia opera através da captação da porção superior do espectro de luz infravermelha, que é emitido na forma de calor por objectos, em vez da luz que é simplesmente reflectida pelos objectos. Os objectos mais quentes, como corpos aquecidos, emitem mais desta luz do que objectos mais frios como árvores ou edifícios. As tecnologias de Visão Nocturna (Night Vision), começaram a ser desenvolvidas durante a Segunda Guerra Mundial para aplicações militares e desenvolveu novas tecnologias e aplicações na esfera civil nos últimos 70 anos, e têm por base duas abordagens: Visão Nocturna
  25. 25. Segurança e Vigilância: Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 25 Visão Nocturna “Image enhancement” Os Dispositivos de visão nocturna recebem a luz ambiente existente (luz das estrelas, luz do luar ou infravermelha) através da lente frontal. Esta luz, que é composta de fotões entra num tubo de fotocátodo que converte os fotões em electrões, amplificando-os até ao ponto de que possamos facilmente observar a imagem (intensificadores de imagem).
  26. 26. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 26 Visão Nocturna “Intensificador de Imagem”  Um intensificador de imagem é um dispositivo que "amplifica" a luz visível e infravermelha incidente, fornecendo na sua saída uma imagem monocromática mais forte, do que a de entrada.  A imagem de entrada (visível e infravermelho) é focada pelo fotocátodo que converte os fotões incidentes em electrões. Estes electrões são acelerados em direcção a uma placa de microcanais (MCP).  Estes electrões que saem da MCP são enviados para uma tela de fósforo, semelhantes aos utilizados em tubos de raios catódicos, que geram uma imagem monocromática fosforescente.  Cada electrão que entra num canal, gera milhares de electrões, de modo que a sua saída “imagem electrónica" é amplificada por um factor muito grande.
  27. 27. Segurança e Vigilância: Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 27 Visão Nocturna “Intensificador de Imagem” Lente Frontal Fotocátodo MCP  Um intensificador de imagem é um dispositivo que "amplifica" a luz visível e infravermelha incidente, fornecendo na sua saída uma imagem monocromática mais forte, do que a de entrada. Fonte Alta Tensão Display fosforescente Visor
  28. 28. Segurança e Vigilância: Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 28 Fotocátodo Placa de microcanais (MCP) Display fosforescente Fotões Electrões Fotões Electrões multiplicados Visão humana Visão Nocturna “Intensificador de Imagem”  A imagem fosforescente é visualizada através de outra lente, chamada lente ocular, que permite ampliar e focar a imagem. O NVD pode ser conectado a um display electrónico, tal como um monitor, ou a imagem pode ser vista directamente através da lente ocular. NVD – Night Vision Device
  29. 29. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 29 5000 VDV + _  O coração do presente dispositivo é a placa de microcanais (MCP). Ela consiste de milhões de canais microscópicos, cada um dos quais tem um comprimento de cerca de 45 vezes a sua largura. Tendo um eléctrodo em cada uma das faces entre as quais uma voltagem muito alta (cerca de 5000 V) é aplicada.  Esta tensão acelera o electrão que entra no canal, que, ao colidir com as paredes do canal gera milhares de electrões pelo fenómeno da emissão secundária em cascata, um mecanismo semelhante ao fenómeno de avalanche da junção p-n. Para facilitar a colisão de electrões, o canal tem uma pequena inclinação em relação ao eixo do tubo. Assim, a imagem electrónica incidente, sai na outra extremidade amplificada milhares de vezes. Para evitar que o ecrã seja saturado devido á alta intensidade da luz, o ganho do sistema é controlado.  O intensificador de imagem é montado no vácuo e deve ter um sistema de alimentação próprio. Visão Nocturna “Intensificador de Imagem”- MCP Estrutura do MCP Microcanais SaídaEntrada
  30. 30. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 30 Proximity-Focused Image Intensifiers Fonte de Alta tensão Placa de MicroCanais (MCP) Feixe de Fibras ópticas CCD Tela Fosforescente Fotocátodo Objectiva Visão Nocturna “Intensificador de Imagem”- wafer tubes/ proximity-focused intensifiers  Os intensificadores de imagem foram desenvolvidos para uso militar para melhorar a nossa visão nocturna e são muitas vezes referidos como wafer de tubos de ou intensificadores- focalizado de proximidade (wafer tubes/proximity-focused intensifiers.)
  31. 31. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 31 Hybrid Ferroelectric Bolometer Array Silicon Resistive Bolometer Array IR sensor Y-Metal X-Metal Bipolar transistor Cantilever Array Read-out beam Grating Flexible bimaterial arm Embedded waveguide Read-out CMOS Pyroelectric ceramic Visão Nocturna “Intensificador de Imagem”- Outros Sensores para visão nocturna Solder Thin-film absorber
  32. 32. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 32 Visão Nocturna Iluminação activa Foi a primeira tecnologia utilizada para visão nocturna. É constituída por uma fonte de luz invisível ao olho humano (infravermelha) e um sensor capaz de detectá-la.  Para iluminar se deve usar o infravermelho próximo do espectro visível (NIR – Near InfraRed) a partir de 0,75µm a 1,4µm, e o infravermelho de ondas curtas (SWIR – Short Wave InfraRed) entre 1,4 a 3 µm.  Como sensor utiliza-se uma câmara CCD ou CMOS, que são sensíveis a estes comprimentos de onda e proporcionam uma imagem monocromática.  Esta tecnologia fornece uma resolução mais alta do que outras tecnologias se for usado um iluminador infravermelho de alta intensidade. No entanto, tem a desvantagem de a luz infravermelha ser facilmente detectada por quem tem um sensor de infravermelhos.  Uma aplicação muito comum desta tecnologia são as câmaras de vigilância nocturna, que consistem de um conjunto de LEDs infravermelhos para iluminar, e um sensor de iluminação IV. Uma variante são os sistemas portáteis alimentados por baterias, mas têm a desvantagem de consumo constante dos LEDs..
  33. 33. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 33 Visão Nocturna Iluminação activa: “Laser range gated imaging”  Uma variante á tecnologia de iluminação activa, é o sistema de imagens laser de impulsos IV de alta potência (Laser range gated imaging). Este sistema consiste de uma espécie de radar de luz infravermelha: o laser emite uma série de impulsos de alta potência, e a câmara tem um obturador que abre apenas com um impulso de “gate” sincronizado com o impulso de laser. Controlo Objecto  t  Este sistema permite seleccionar a visão de um intervalo determinado de distância (range).  Quando o impulso IV emitido pelo laser começa a sua propagação, é reflectido por vários elementos (nevoeiro, poeira, árvores, ...), mas como o obturador da câmara está fechado e estes "ecos" não são capturados.  Apenas são recebidos quando o obturador da câmara está aberto, o que ocorre num intervalo determinado de distâncias e se podem ver os objectos claramente nessa faixa de distâncias. Uma das principais vantagens desta técnica é a possibilidade de efectuar o reconhecimento de alvo, em vez de mera detecção.
  34. 34. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 34 Visão Nocturna Historial O desenvolvimento dos sistemas de visão nocturna são normalmente classificados em "gerações":  Geração 0: o primeiro dispositivo de visão nocturna comercial prático, disponível no mercado, foi desenvolvida pelo Dr. Vladimir Zworykin a trabalhar para a Radio Corporation of America, e foi destinado para uso civil. Naquela época, infravermelho era vulgarmente chamada de luz negra, um termo mais tarde restrito à radiação ultravioleta. Ele não foi um sucesso devido ao seu tamanho e custo.  Os primeiros dispositivos de visão nocturna militares foram introduzidos pelo exército alemão em 1939. Os primeiros aparelhos foram sendo desenvolvido pela AEG, a partir de 1935. Em meados de 1943, começaram os primeiros testes com dispositivos de visão nocturna a infravermelhos (Nacht Jager) e telescópicos de distância montados nos tanques Panthers .  Dois arranjos / soluções diferentes foram criados e usados em tanques Panther e infantaria. Solução A - Sperber FG 1250 (Gavião), com alcance de até 600m, compunha-se de um holofote 30 centímetros de infravermelhos e conversor de imagem operado pelo comandante. No final de 1944 até Março de 1945, alguns tanques com FG 1250, foram testados com sucesso. Até o final da II Guerra Mundial, o exército alemão tinha equipado aproximadamente 50 tanques Panther, em ambas as frentes de combate ocidental e oriental.
  35. 35. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 35 Visão Nocturna Historial Geração 0: Sperber FG 1250 Vampir"
  36. 36. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 36 Historial (Cont.)  Geração 0: O sistema portátil "Vampir" para soldados de infantaria estava sendo usado com a carabina de assalto Sturmgewehr 44. Desenvolvimento paralelo de sistemas de visão nocturna ocorreu nos EUA. Os dispositivos de observação nocturna infravermelha M1, M2, e M3, também conhecido como o "sniperscope" ou "snooperscope", foram introduzidas pelo Exército dos EUA na Segunda Guerra Mundial, e também usados na Guerra da Coreia, para ajudar os snipers. Visão Nocturna  Geração 0 - usa infravermelhos activos. Isto significa que uma unidade de projecção chamada “iluminador IV” está conectada ao NVD. Só acelerava os electrões do fotocátodo para gerar uma imagem na tela de fosforescente. sniperscope“ M2 Binóculos Ferro 51 GEN 0
  37. 37. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 37 Fotocátodo1 Fotocátodo2 Fotocátodo3 Lente objectiva Luz do Luar Luz Focada Fibras Ópticas Visor Tubo Intensificador Electron Optics Imagem Intensificada Campo da Iris Historial (Cont.) Visão Nocturna  Geração 1-(1960) - usa infravermelhos passivos. Eram apelidados de “Starlight” pelo exército dos EUA, estes NVDs usam a luz ambiente fornecida pela lua e pelas estrelas, para aumentar as quantidades normais de infravermelhos reflectidos pelo ambiente. A iluminação IV é removida utilizando apenas a luz da lua e das estrelas. Usam três intensificadores de imagem em série, sendo bastante volumosos e exigem luar para funcionar correctamente. AN/PVS-2 Starlight scope 1967-75British GEN 1 I.W.S.
  38. 38. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 38 AN/PVS-4 Luz do Luar Luz Focada Campo da Iris Lente objectiva Visor Fotocátodo1 Electron Optics Electron Optics Imagem Intensificada MCP Display fosforescente Historial (Cont.) Visão Nocturna  Geração 2 – (1970): O maior avanço na geração 2 é a habilidade de ver em condições extremamente baixas de luz, como a noite sem lua. Esta sensibilidade aumentada é devido à adição da placa de micro canais (MCP), ao tubo intensificador de imagem. Amplificação de luz é de cerca de 20.000 vezes. Também melhorou a resolução e confiabilidade das imagens. AN-PVS-5
  39. 39. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 39 Historial (Cont.) Visão Nocturna  Geração 2 – (1970): O maior avanço na geração 2 é a habilidade de ver em condições extremamente baixas de luz, como a noite sem lua. Esta sensibilidade aumentada é devido à adição da placa de micro canais (MCP), ao tubo intensificador de imagem. Amplificação de luz é de cerca de 20.000 vezes. Também melhorou a resolução e confiabilidade das imagens.  Geração 3 – (1980): A tecnologia mais recente NVDs mais avançados. A geração 3 é ainda usada actualmente pelos militares dos EUA. Têm ainda melhor resolução e sensibilidade. Isto ocorre porque o fotocátodo é feito usando arsenieto de gálio, que é muito eficiente na conversão de fotões em electrões, e é introduzida uma película de protecção de iões ao MCP que aumenta a vida útil do dispositivo. A amplificação de luz é aumentada para cerca de 30.000-50,000 vezes. O consumo de energia é maior do que os NVDs da Geração -2. AN/PVS-7
  40. 40. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 40 Historial (Cont.) Visão Nocturna  Geração 4 – (2000): A película protectora de iões é removida e é realizado um controlo automático de potência de acordo com a intensidade da luz incidente. Ao remover a película de barreira de iões e inserir "Gating" no sistema demonstra ganhos substanciais na detecção e resolução do alvo, particularmente em níveis de luz extremamente baixos conseguindo imagens de alta resolução sem halo. O Exército dos EUA ainda não autorizou o uso do nome GEN-IV para esses componentes..chamados GEN III OMNI IV - VII). Legalidade - Certos países (por exemplo, Hungria e outros membros da União Europeia) regularam a posse e ou utilização de dispositivos de visão nocturna. A lei alemã proíbe tais dispositivos se o seu objectivo é o de ser montado numa arma de fogo. Gen 2 SuperGen 2 Gen 3 OMNI I and II Gen 3 OMNI III Gen 3 OMNI IV Gen IV Detection Range (m) 170 270 240 290 360 430 % Improvement over Gen II 0% 60% 40% 70% 110% 153%
  41. 41. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 41 Variantes Tecnológicas: White Phosphor Technology - WPT Visão Nocturna Alguns estudos recentes mostram que as cenas nocturnas aparecem notavelmente mais naturais em preto e branco versus o verde de costume. O P/B (B/W), fornece informações mais claras sobre contraste, formas e sombras. A tecnologia chamada “Fósforo Branco” (White Phosphor Technology - WPT) fornece aos utilizadores, uma imagem nocturna mais natural a preto/branco. Operadores que testaram unidades que usam WPT, relataram um melhor grau de detalhe, contraste geral, e gama de tons com semelhança como se fosse lua cheia. A WPT ™ fornece tons mais intensos entre brancos e negros do que entre o verde e o preto, resultando em melhor contraste e percepção de profundidade, quando comparado com fósforo verde convencional dos de NVDs.A maioria das características de desempenho da WPT ™ estão a par ou melhor, dos últimas tubos intensificadores de imagem com base arsenieto de gálio.
  42. 42. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 42 Variantes Tecnológicas: Digital image night vision scope Visão Nocturna Visão Nocturna sem imagem digital Visão Nocturna com imagem digital Anteriormente, camaras digitais eram caracterizadas por sistemas maioritariamente volumosos com qualidade de exibição pobre, e imagens caracterizadas por fraco contraste. No entanto, com os avanços feitos em OLEDs "Full Color" e FLCOS tem-se conseguido desenvolver produtos que têm rotineiramente superado outros sistemas de visão nocturna no brilho da imagem e faixas de reconhecimento / identificação eficazes. Acoplados em conjunto com as novas gerações de CCDs e sensores CMOS, foi apresentada a nova linha de sistemas "Ultra Bright" Night Digital Vision Systems. Avançada tecnologia de sensores de baixa luminosidade, Tecnologia de exibição em CCDs e Ajuste Manual de brilho / Ganho. Ao contrário de um tubo intensificador, com os visores digitais "Ultra Bright" não tem de se preocupar com a exposição à luz brilhante. Mesmo que hoje, a maioria dos sistemas tem protecção para luz brilhante, mesmo assim, a longa exposição à luz brilhante irá danificar um tubo intensificador. Esses problemas simplesmente não existem nos produtos digitais. Além disso, uma vez que são totalmente “fully color”, podem-se encontrar outros usos para estes sistemas durante as operações á luz do dia.Os Dispositivos de visão nocturna digitais operam com um ligeiro atraso porque o sensor precisa de algum tempo para reunir fotões suficientes para apresentar a imagem…
  43. 43. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 43 Historial (Cont.) Visão Nocturna Evolução Gerações 1 – 4 (Militar)
  44. 44. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 44 Historial (Cont.) Visão Nocturna Evolução Gerações 1 – 4 PVS14 6015GEN III OMNI IV - VII.
  45. 45. Segurança e Vigilância: Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 45 Digital Gen 1 Gen 2 Gen 3 WPT Gen 4 Visão Nocturna “Comparações”
  46. 46. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 46 www.ppttopics.com I SPY… SOMETHING.. GREEN! Visão Nocturna “Gerações 1-4”
  47. 47. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 47 Dispositivos de visão Nocturna: night vision device (NVD)  Um dispositivo de visão nocturna (NVD) é um dispositivo optoelectrónico que permite produzir imagens, em níveis de luz, que se aproximam da escuridão total.  A imagem é uma conversão para luz visível, da luz visível e dos infravermelhos próximos, enquanto que por convenção, detecção por infravermelhos térmicos é denotado com imagem térmica.  A imagem produzida é tipicamente monocromático, por exemplo, tons de verde. Os NVDs são mais frequentemente utilizados pelas forças militares, e de segurança, mas também estão disponíveis para usos civis.  O termo refere-se normalmente a uma unidade completa, incluindo um tubo intensificador de imagem, uma caixa de protecção, em geral resistente à água, e algum tipo de sistema de montagem. Muitos NVDs também incluem componentes ópticos, como uma lente sacrificial, ou lentes telescópicas ou espelhos. Um NVD pode ter um iluminador IV, tornando-se um activo ao invés de dispositivo de visão nocturna passiva.  Os dispositivos de visão nocturna foram utilizados pela primeira vez na Segunda Guerra Mundial, e a tecnologia entrou em amplo uso durante a Guerra do Vietnam. A tecnologia evoluiu muito desde a sua introdução, levando a várias "gerações" de equipamentos de visão nocturna com desempenho crescente e preço decrescente. Por conseguinte, eles estão disponíveis para uma ampla gama de aplicações, por exemplo, para caçadores, observadores de animais selvagens motoristas e aviadores. Outro termo é "night optical/ observation device" ou NOD. Visão Nocturna
  48. 48. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 48 Dispositivos de visão Nocturna: night vision device (NVD) Visão Nocturna Miras Telescópicas: (Scopes) - são monoculares, normalmente portáteis em mão. Dispositivo com uma objectiva e um ocular visor. São os dispositivos de visão nocturna mais acessíveis e simples e são adequados para actividades recreativas, tais como a observação da natureza, caminhadas ou apenas brincar no quintal … Binóculos: (Night Vision Binoculars –) - Enquanto óculos, são portáteis, produzem duas imagens distintas - uma para cada olho, e são usados sempre possível com uma imagem tridimensional. As aplicações incluem a navegação durante a noite, detecção de alvos e de vigilância.  Podem ser binoculares (duas peças oculares) ou podem ter uma única lente objectiva, dependendo do modelo.  No Brasil, a posse e uso de equipamentos de visão nocturna é regulada por lei própria, mas em Portugal, tirando casos de caça nocturna e gravações de imagens em lugares públicos, podem ser usados sem autorização no privado. Mas como todas as tecnologias, também é preciso ter em conta que pode ser usada para fins perversos…
  49. 49. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 49 Dispositivos de visão Nocturna: night vision device (NVD) Visão Nocturna Miras Telescópicas: (Scopes) - são monoculares, normalmente portáteis em mão, ou montadas numa arma. Dispositivo com uma objectiva e um ocular visor Binóculos: (Night Vision Binoculars –) - Enquanto óculos, são portáteis, produzem duas imagens distintas - uma para cada olho, e são usados sempre possível com uma imagem tridimensional. As aplicações incluem a navegação durante a noite, detecção de alvos e de vigilância.  Existem basicamente cinco tipos diferentes de dispositivos de visão nocturna (não confundir com as quatro gerações…). Aqui estão os quatro tipos diferentes e suas aplicações:  Podem ser binoculares (duas peças oculares) ou podem ter uma única lente objectiva, dependendo do modelo.
  50. 50. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 50 Dispositivos de visão Nocturna: night vision device (NVD) Visão Nocturna Óculos: (Goggles) - são dispositivos 100% “mãos livres” que geralmente são montados na cabeça de. Óculos de visão nocturna podem ser dividido em três subgrupos diferentes; óculos nocturnos de visão dupla, pseudo-óculos de visão nocturna e monóculos. Independentemente do subtipo, óculos de visão nocturna não tem nenhuma ampliação. Lentes de aumento que se encontram na lunetas de visão nocturna e binóculos permitem ao utilizador ver mais longe, mas não permitem ver qualquer coisa ao seu redor… Câmaras: (Cameras) com a tecnologia de visão nocturna pode enviar a imagem para um monitor para exibição ou para um dispositivo de gravação !…São usadas em circuitos de vigilância. Luneta: (Night Vision Monocular) - são monoculares, normalmente portáteis em mão. Dispositivo com uma objectiva e um visor. São os dispositivos de visão nocturna mais acessíveis e simples e são adequados para actividades recreativas, tais como a observação da natureza, caminhadas ou apenas brincar no quintal …
  51. 51. Segurança e Vigilância: Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 51 Dispositivos de visão Nocturna: Aplicações Visão Nocturna Militar. Imposição da Lei. Caça. Observação da Vida selvagem. Vigilância. Segurança. Navegação. Detecção de Objectos. Diversão…
  52. 52. Segurança e Vigilância: Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 52 Dispositivos de visão Nocturna: Aplicações … Visão Nocturna Em Automóveis...  De particular interesse é a aplicação de visão nocturna automóvel, que é oferecido como uma opção para veículos topo de gama!...  A Visão nocturna Automóvel vem em duas tecnologias: A de infravermelhos próximos (NIR) que corresponde á visão nocturna com intensificador de imagem assistida com iluminação IV, e infravermelhos longos ou (FIR) que correspondem á tecnologia de imagem térmica como veremos adiante. A tecnologia NIR, detecta a porção da banda de IV mais próxima da luz visível. Mas, o detector de IV precisa de um auxiliar. Lâmpadas especiais montadas junto aos faróis dos máximos “iluminam a estrada” em comprimentos de onda de 800 a 900 nm, sem causarem encandeamento, visto que o olho humano não é sensível à luz infravermelha. A reflexão de infravermelhos pelos objectos é captada e convertida num sinal digital por um dispositivo Charge Coupled Device (CCD). O sinal digital é encaminhado para o processador de imagem que o traduz para um formato que pode ser visualizado num display preto e branco ou colorido montado no Tablier da viatura.
  53. 53. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 53 Dispositivos de imagem térmica: Mais uma vez … a Visão Visão Nocturna Os nossos olhos vêem simplesmente luz reflectida. Câmaras diurnas, dispositivos de visão nocturna, e o olho humano, todos trabalham segundo o mesmo princípio básico: a energia da luz visível atinge alguma coisa, é direccionada para um detector, que ao recebe-la a transforma numa imagem. Seja um globo ocular, ou uma câmara, os detectores devem receber luz suficiente, ou eles não podem fazer a imagem. Obviamente, não há nenhuma luz solar para direccionar durante a noite, assim, estão limitados pela luz fornecida pelas estrelas, luar e as luzes artificiais. Se não for suficiente, eles não vão fazer muito para ajudar você a ver.  As Câmaras feitas de tecnologia de Visão Nocturna, têm as mesmas limitações que o olho humano: se não há luz visível suficiente disponível, elas não podem ver bem. O desempenho de imagem de qualquer coisa que se baseia em luz reflectida é limitado pela quantidade e intensidade da luz reflectida.  Os dispositivos FLIR (Forward Looking Infrared) usam calor em vez de luz para obter imagens. O calor (também chamado energia térmica ou infravermelha) e a luz visível, formam parte do espectro electromagnético, mas uma câmara que pode detectar luz visível não detecta o infravermelho, e vice-versa.  A Visão nocturna térmica é baseada na captura de radiação electromagnética emitida por todos os corpos acima da temperatura de 0 ° K.
  54. 54. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 54 Muito antes do ser humano descobrir … já a natureza evoluíra… Algumas serpentes podem perceber diferentes intensidades de calor provenientes de corpos de “sangue quente” e a distância da emissão, por meio de um sistema termossensível existente em ambos os lados das suas cabeças, entre a narina e o olho, conhecido como fosseta loreal. Trata-se de um sistema de visão sem usar os olhos (já que de visão propriamente dita as serpentes são quase cegas). Desconhece-se o alcance deste sistema térmico para criar imagens no cérebro destas serpentes… mas … funciona! Membrana censora de calorObjecto á esquerda estimula o pit do lado esquerdo. Objecto á direita estimula o pit do lado direito. Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna
  55. 55. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 55 Normalmente a natureza é em escala cinza, objectos negros são frios, objectos brancos são quentes e a profundidade da cinza indica variações entre os dois. Algumas câmaras térmicas, no entanto, adicionam cor às imagens para ajudar os utilizadores a identificar os objectos em diferentes temperaturas. … mas graduada por intensidades! Então, uma câmara térmica é um dispositivo capaz de detectar a radiação térmica a partir de uma cena e, em seguida, converter os diferentes valores para uma imagem. Câmara Térmica…Funcionamento Funciona em ambientes sem luz ambiente e pode penetrar em meios obscurantistas, tais como fumaça, nevoeiro e neblina. Visão Nocturna Dispositivos de imagem térmica
  56. 56. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 56 Imagem Térmica… Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna
  57. 57. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 57 A imagem térmica é a técnica de usar o calor emitido por um objecto para produzir uma imagem dele ou para localizá-lo em ambientes sem luz ambiente e pode penetrar obscurantistas, tais como fumaça, nevoeiro e neblina. Esta tecnologia, primeiro desenvolvida para fins militares no final dos anos 1950 e 1960 pela Texas Instruments, Hughes Aircraft e Honeywell em tecnologias de misseis antiaéreos, reconhecimento aéreo e de satélites, depois visão nocturna e miras infravermelhas… O primeiro sistema de termografia por infravermelhos, disponível no mercado, capaz de produzir uma imagem térmica em tempo real, ocorreu em 1966. … foi, nos últimos anos, cedida para aplicações civis e comerciais, sendo usada no combate ao fogo, sistemas de vigilância, aplicações industriais de manutenção, segurança, transporte, médico, e muitas outras indústrias!... Termografia…História Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna
  58. 58. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 58 No início, a maior parte dos equipamento utilizados, precisava de ser arrefecido a temperaturas muito baixas, para melhorar a sua sensibilidade uma vez que o seu próprio calor poderia interferir ma medição e daí que a sua portabilidade era muito limitada. Termografia…História Na década de 1980 foram desenvolvidos novos sensores de estado sólido, como Bário Titanato de Estrôncio (BST chamado por sua sigla em Inglês) e os microbolómetros. Estes detectores foram os primeiros que não exigirem refrigeração criogénica para boa sensibilidade, o que abriu possibilidades para o seu uso portátil. Após 1992, parte da tecnologia desenvolvida até então no domínio militar foi libertada e assim começou a corrida para oferecer câmaras que atendam às necessidades das actividades, tais como combate a incêndios e combate ao crime, e aplicações industriais… Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna
  59. 59. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 59 Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna OsTermovisores ou câmaras de imagem térmica, são completamente diferentes dos dispositivos de visão nocturna. Na verdade, nós chamamos-lhes "câmaras", mas eles são realmente sensores. Para entender como eles funcionam, a primeira coisa que você tem a fazer é esquecer tudo o que você achava que sabia sobre o funcionamentos de máquinas fotográficas. As FLIRs, como são conhecidas, fazem fotos de calor, e não luz visível. Calor (também chamado de radiação de infravermelhos, ou energia térmica,) e luz são as duas partes do espectro electromagnético, mas uma câmara que pode detectar luz visível não verá energia térmica, e vice-versa. As câmaras térmicas detectam mais do que apenas calor; elas detectam pequenas diferenças de calor - tão pequenas quanto 0,01 °C - e exibem a imagem em tons de cinzento em vídeo TV preto e branco ou em cores entre o vermelho e o azul sendo o mais quente vermelho e o azul mais frio. Visão Nocturna na esquerda, e imagem térmicas á direita. A Cobertura das árvores não consegue esconder uma pessoa na sua imagem térmica!
  60. 60. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 60 Câmara Térmica…Tecnologia Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna Nestas câmaras, a imagem da radiação infravermelha recebida é projectada num chip que compreende uma matriz de sensores infravermelhos. Cada elemento desta matriz corresponde a um pixel e mede nele a radiação infravermelha incidente. É constituída por um elemento sensor chamado de microbolómetro mais um integrado de leitura chamado circuito ROIC (ReadOut Integrated Circuit). O microbolómetro baseia-se numa camada de material que é aquecido pela absorção de radiação infravermelha (IV), causando a sua resistência eléctrica variar. Assim, para que se possa fazer uma leitura correta da IV, deve ser isolado a partir do substrato que contém o ROIC. Isto é conseguido utilizando uma técnica única de MEMS que permite que as chamadas camadas "flutuantes". O material da camada absorvente de IV do bolómetro é geralmente de óxido de vanádio ou silício amorfo. MicroBridge CMOS Input Cell Radiação IV
  61. 61. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 61 O chip tem um filtro óptico de banda estreita para cada pixel . Câmara Térmica…Modernos detectores: - Thermal Light Valve pixel Luz laser de 0.8 m Radiação IV de longo comprimento de onda (~10 m) vinda da cena A Radiação IV de longo comprimento de onda é absorvida pela válvula de luz térmica do pixel  O pixel está termicamente isolado e aquece em resultado da absorção da radiação.  O comprimento de onda ressonante NIR, altera em função do aumento de temperatura.  A quantidade de luz NIR reflectida pala traseira do pixel para o gerador CMOS de termograma altera-se…  http://www.photonics.com Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna
  62. 62. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 62 Câmara Térmica…Funcionamento - Diagrama Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna
  63. 63. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 63 Câmara Térmica…Funcionamento - Blocos http://www.thermoteknix.com/products/oem-thermal-imaging/miricle-thermal-imaging-modules/ Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna
  64. 64. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 64 Câmara Térmica…Funcionamento – Blocos final http://www.thermoteknix.com/products/oem-thermal-imaging/miricle-thermal-imaging-modules/ Com as modernas matrizes de detectores, é possível produzir um mapa de temperatura com uma resolução típica de 380 por 290 pixels. Normalmente a natureza é em escala cinza, objectos negros são frios, objectos brancos são quentes e a profundidade da cinza indica variações entre os dois. Algumas câmaras térmicas, no entanto, adicionam cor às imagens para ajudar os utilizadores a identificar os objectos em diferentes temperaturas. … mas graduada por intensidades! Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna
  65. 65. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 65 Câmara Térmica…Funcionamento  Uma lente especial focaliza a luz infravermelha emitida por todos os objectos em vista.  A luz focalizada é varrida por uma matriz de elementos detectores de infravermelhos. Os elementos detectores criam um padrão de temperatura muito detalhado chamado termograma. Leva apenas cerca de um trigésimo de segundo para a matriz obter a informação de temperatura e fazer o termograma. Esta informação é obtida a partir de vários milhares de pontos no campo de visão do conjunto de detectores.  O termograma criado pelos elementos detectores é traduzido em impulsos eléctricos.  Os impulsos são enviados para uma unidade de processamento de sinal, com um chip dedicado, que traduz a informação dos elementos dados, para exibição num display.  A unidade de processamento de sinal envia a informação para o ecrã, onde ela aparece como várias cores, dependendo da intensidade de emissão de infravermelhos. A combinação de todos os impulsos a partir de todos os elementos cria a imagem térmica.  Cada um dos milhares de elementos detectores (12.280 / 19.200 / 76.800 sensores), em cada pixel, contem um valor de temperatura específico. O gerador de imagens ou termograma, através da utilização de um conjunto de algoritmos complexos, atribui cores específicas que correspondem exactamente ao valor da temperatura encontrada nas coordenadas XY específicas do termograma. Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna
  66. 66. Segurança e Vigilância: Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 66 Câmara Térmica…Funcionamento - Diagrama Detectando a diferença de temperatura entre o fundo e os objectos em primeiro plano. A luz focalizada é varrida por elementos detectores infravermelhos. Uma lente especial (óptica) focaliza a luz infravermelha. Os elementos detectores criam um padrão de temperatura muito detalhado chamado termograma (traduzido em impulsos eléctricos e enviam para o processador de sinais). No processador de sinais os impulsos são traduzidos em informação a partir dos elementos em dados para o display. A unidade de processamento de sinal envia a informação para o ecrã. Cena Energia IV Ópticas Detector IV (uncooled) Processador de sinal Vídeo Monitor Digital display Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna
  67. 67. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 67 Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna  A energia infravermelha é emitida proporcionalmente à temperatura de um objecto.  A energia infravermelha dos objectos na cena é focada por uma lente óptica para um detector de infravermelhos, onde a informação é transmitida para sensores electrónicos.  O circuito de processamento de sinais converte os dados dos detectores de infravermelhos numa imagem que pode ser visualizada. Câmara Térmica…Funcionamento (Noite)
  68. 68. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 68  Algumas câmaras guardam uma imagem simples, que na verdade não contêm quaisquer medidas. Câmara Térmica…Funcionamento  As câmaras totalmente radiométricas armazenam as medidas reais de temperatura que podem ser analisadas posteriormente num PC. YYYElements 120 XXX Elements 160  É como ter milhares de termómetros de infravermelhos num único instrumento.  Os sensores podem detectar mudanças de temperatura tão pequenas como 0,01oC.  A diferença de temperatura mínima que uma câmara termográfica pode medir é chamada de Sensibilidade Térmica ou Noise Equivalent Temperature Difference (NETD). Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna
  69. 69. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 69 Punho robusto ergonomicamente projectado Botões de uso fácil Botão de gravação rápida/playback Menu de controlo simples Display de alta resolução Câmara Térmica… – Portátil dia/noite (de mão) Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna
  70. 70. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 70 Tipos de dispositivos Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna A maioria dos dispositivos de imagens térmicas digitalizam a uma taxa de 30 vezes por segundo. Podem detectar temperaturas que variam entre -20 oC e os 2000 oC, e podem detectar mudanças de temperatura até cerca de 0,01oC e funcionam tanto de dia como de noite. Existem basicamente dois tipos comuns de dispositivos de imagens térmicas:  Não refrigerado (Un-cooled)- Este é o tipo mais comum de dispositivo de imagens térmicas. Os elementos detectores de infravermelhos estão contidos numa unidade que opera à temperatura ambiente. Este tipo de sistema é completamente silencioso, activado de imediato e tem uma bateria “built –in”.  Criogenicamente Refrigerado (Cryogenically cooled ) - Mais caro e mais susceptível a danos causados por uso acidentado, estes sistemas têm os elementos selados dentro de um recipiente refrigerado a -32oF (0oC).  A vantagem de um tal sistema é a resolução e sensibilidade incrível que resultam do arrefecimento dos elementos. Podem "ver" uma diferença tão pequena quanto (0,01oC) a partir de mais de 300m de distância.  Ao contrário dos equipamentos mais tradicionais de visão nocturna, que utilizam uma tecnologia de intensificação de imagem, a imagem térmica é óptima para a detecção de pessoas ou trabalhar na escuridão quase absoluta, com pouca ou nenhuma luz ambiente (ou seja, estrelas, luar, etc.,), mas não com suficiente resolução para identificação de pessoas!...
  71. 71. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 71 Camaras Térmicas: … e muitas outras aplicações! Dispositivos de imagem térmica Visão Nocturna
  72. 72. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 72 Visão Nocturna Imagem térmica Vs Visão Nocturna Vantagens de intensificadores de imagem  Alta resolução.  Capacidade de identificar as pessoas.  Baixo consumo de energia.  Baixo custo.  Adaptável a vídeo, câmaras fotográficas e lentes padrão. Vantagens de câmaras de imagem Térmica  Alto contraste.  Tecnologia 100% passiva.  Muito boa detecção de seres vivos e viaturas.  Não é afectada por fontes de luz intensa.  Pode trabalhar em escuridão total/dia.  Vê através de fumo, nevoeiro e areia.
  73. 73. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 73 Visão Nocturna Visão Nocturna ou Imagens Térmicas?  Esta é uma pergunta complicada. Há usos semelhantes para dispositivos de visão nocturna e de imagens térmicas. Você provavelmente vai encontrar usos para ambos mas aqui estão algumas coisas a considerar:  Preço – O custo vai ser um grande factor. Você pode obter uma boa unidade de visão nocturna por apenas algumas centenas de dólares, modelos ainda que sejam montáveis em armas, mas termovisores vão custar-lhe no mínimo $ 2.000 USD, e muitas vezes um modelo que não pode ser montado num rifle e resistir ao recuo . Portanto, se o seu orçamento é um pouco limitado provavelmente você vai escolher um dispositivo de visão nocturna de intensificação de imagem em vez de um dispositivo de visão térmica.  Ambiente - Se você sabe quais as condições meteorológicas que vai ter quando for a usar os dispositivos de visão nocturna ou de imagens ou térmica, isso pode fazer uma grande diferença. Se há nevoeiro? O frio extremo? A folhagem é densa?  Forte nevoeiro e folhagens necessita de imagem térmica. O frio extremo faz com que a visão nocturna seja a melhor escolha. Os militares estão começando a criar condições favoráveis para melhorar a eficácia da sua tecnologia. Nas operações de desertos, pilotos de helicóptero podem fazer mini-tempestades de areia, e barreiras de fumo que as camaras térmicas são capazes de ver mas a olho nu não se consegue.
  74. 74. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 74 Visão Nocturna Visão Nocturna ou Imagens Térmicas?(Cont.)  Luminosidade – Como a visão nocturna de intensificação de imagem requer luz para operar, considere a situação de iluminação no local e hora de uso. Você não vai precisar de muita luz, por isso mesmo uma pequena quantidade deve funcionar, mas certifique-se de levar isso em conta antes de investir em visão nocturna quando imagens térmicas poderiam ser melhor opção… Até porque ao contrário dos intensificadores de imagem, não são afectadas pela quantidade de luz !  Combine – Como já foi dito, a imagem térmica é óptima para detecção, mas não ideal para o reconhecimento. A Visão nocturna tem o problema oposto; uma vez que um objecto é detectado não há nenhum problema para determinar quem é a pessoa ou que tipo de animal é, mas sim saber se essa pessoa usa camuflagem ou o animal está parado a uma distância que pode ser difícil de encontrar. Uma óptima maneira de contornar esses problemas é usar um termovisor para digitalizar o campo e uma câmara de visão nocturna de longo alcance para ver e para tirar a fotos…
  75. 75. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 75 Os soldados utilizam a visão nocturna para iluminar o seu ambiente escuro, enquanto que a imagem térmica é utilizada para iluminar alvos escurecidos. Mas, até agora, os soldados tinham de transportar sistemas de imagens separados, o que afectava negativamente a rapidez com que se pode alternar de óptica e adquirir o seu alvo… Enquanto a camara térmica está montada sobre a carabina do soldado, o que ela vê é transmitido via Bluetooth para óculos de visão nocturna montados sobre a cabeça. Isto permite que o soldado possa alternar rapidamente entre os dois modos com o premir de um botão. Visão Nocturna Combinar Tecnologias As técnicas de Visão Nocturna e de imagem térmica podem até ser semelhantes - mas com papeis muito distintos no campo de batalha moderno.
  76. 76. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 76 Dispositivos de visão Nocturna: night vision device (NVD) Visão Nocturna Visão nocturna terá uma nova arquitectura de imagem que vai combinar avanços em materiais e tecnologias que permitam a utilização de amplo campo de visão micro óptica, multicor, multibanda, algoritmos adaptativos de fusão, eye-tracking computação-on-board e técnicas de direcção de óptica, de película fina OLEDs não-vácuo, eficientes em termos energéticos e ligações ópticas em espaço livre. O futuro da visão nocturna está em novas tecnologias, usando faixas de radiação IV LWIR (Short Wave Infra-Red) e tecnologia FLIR “(Forward Looking Infra-Red"), e Electron Bombarded Active Pixel Sensors (EBAPS), zero-halo Solid State Low Light CMOS Sensors, e a fusão digital e óptica de tais sensores (intensificação de imagem e imagem térmica). Conclusões As Câmaras feitas de tecnologia de Visão Nocturna, têm as mesmas limitações que o olho humano: se não há luz visível suficiente disponível, elas não podem ver bem. O desempenho de imagem de qualquer coisa que se baseia em luz reflectida é limitado pela quantidade e intensidade da luz reflectida.
  77. 77. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 77
  78. 78. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 78 Tenha um Bom Dia e … Sorria!
  79. 79. Segurança e Vigilância : Visão nocturna 06/07/2015 Por : Luís Timóteo 79 Bibliografias http://www.atncorp.com/hownightvisionworks http://electronics.howstuffworks.com/gadgets/high-tech-gadgets/nightvision2.htm http://ocw.upc.edu/download.php?file=15014928/8.-_otros_dispositivos_optoelectronicos-4826.pdf http://www.slideshare.net/Ekta999/night-vision-technology-ppt?related=1 http://www.obzerv.com/en/range-gating-technology/core-expertise/ https://en.wikipedia.org/wiki/Night_vision_device https://www.armasight.com/night-vision-academy/night-vision-history http://www.atncorp.com/white-phosphor-technology http://www.flir.com/cvs/americas/pt/content/?id=9612 http://www.opticsplanet.com/howto/how-to-thermal-imaging-vs-night-vision-devices-is-thermal-imaging-or-night-vision- right-for-me.html http://www.ibb.unesp.br/Home/Departamentos/Fisiologia/Neuro/aula-olho--neurobiologia.pdf http://www.labos.upmc.fr/lcmcp/site/files/livage/Cours%202003-2004/03-oeil_lumiere.ppt. http://www.optics4birding.com/night-vision-generations.aspx

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