Kính nhìn đêm: Đôi mắt thứ 2

Tập hợp, khuếch đại và chuyển đổi ánh sáng hồng ngoại thành ảnh là cơ chế hoạt động của thiết bị nhìn đêm (kính nhìn đêm), giúp con người thấy rõ mọi vật trong bóng tối.

Để biến ánh sáng hồng ngoại (mắt thường không nhìn thấy được) thành ảnh mà con người có thể nhìn thấy rõ, kính nhìn đêm sử dụng kỹ thuật tăng cường ảnh (image enhancement) hoặc kỹ thuật chụp ảnh nhiệt (thermal imaging). 

Kính nhìn đêm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. (Ảnh: Softpedia)

Tăng cường ảnh

Với kỹ thuật tăng cường ảnh, kính nhìn đêm tập hợp những lượng nhỏ ánh sáng phát ra từ môi trường, như ánh sáng cận hồng ngoại, rồi phóng đại nó trong một quang phổ ánh sáng có thể nhìn thấy được. 

Ánh sáng hồng ngoại là một dạng bức xạ điện từ, có bước sóng dài hơn nhiều so với ánh sáng nhìn thấy được bằng mắt thường. Dải quang phổ hồng ngoại được chia làm 3 vùng: cận hồng ngoại (nằm vượt quá khu vực màu đỏ trong quang phổ nhìn thấy được), hồng ngoại trung bình (có bước sóng từ 1,3 đến 3 micrô-mét) và nhiệt hồng ngoại (bước sóng từ 3 đến 30 micrô-mét).

Ánh sáng cận hồng ngoại phát ra từ môi trường được một ống kính tập hợp và tập trung vào ống khuếch đại ảnh. Tiếp đó, một màn cảm quang âm cực (photocathode) cải biến ánh sáng này thành một luồng điện tử. Khi đi qua một tấm kính ảnh (plate) có các rãnh cực nhỏ, số lượng điện tử của luồng này sẽ được tăng lên gấp nhiều lần nhằm mục đích khuếch đại tín hiệu. Mặt bên kia của kính có một màn hình được tráng phosphor để tập hợp các điện tử phát ra và chuyển chúng thành ánh sáng nhìn thấy được để tạo thành ảnh. Ảnh tạo ra luôn là đơn sắc và màu đó tùy thuộc vào loại phosphor được dùng để tráng màn hình.

Kính tăng cường ảnh loại đơn giản gồm có 1 thấu kính thông thường, 1 ống phóng đại ảnh và 1 thấu kính mắt (ocular lens).

Tạo ảnh nhiệt

Phức tạp hơn loại kính phóng đại ảnh, loại kính tạo ảnh nhiệt tập hợp và phóng đại ánh sáng hồng ngoại trong một vùng quang phổ điện từ thấp hơn nhiều, chẳng hạn như ánh sáng nhiệt hồng ngoại phát ra từ những vật thể nóng.

Ánh sáng nhiệt hồng ngoại phát ra từ môi trường được tập hợp và tập trung vào mạng ăng-ten định pha (phased array) qua sự hỗ trợ của một thấu kính. Mạng này sẽ tạo ra một biểu đồ nhiệt theo mẫu của ánh sáng chiếu vào nó, rồi chuyển đổi ánh sáng thành một chuỗi xung động điện. Chuỗi xung động này được gửi đến một bộ phận xử lý tín hiệu có vai trò biến tín hiệu thu được thành dữ liệu ảnh để hiển thị.

Phần lớn kính nhìn đêm loại này có khả năng tạo ra ảnh có tốc độ khung hình là 30 khung/giây và có thể phát hiện nhiệt độ từ -20oC đến 2.000oC.

Theo các chuyên gia, kính nhìn đêm có phạm vi ứng dụng rất rộng, nhất là trong các lĩnh vực an ninh, quân sự, bảo vệ pháp luật và theo dõi - giám sát.