نحوه عملکرد سیستم های دید در شب ویژه خودروها

شاید معمول ترین کاربرد دوربین های دید در شب در ارتش باشد؛ دوربین های دید در شب برای سربازان به اندازه سلاح هایشان اهمیت دارد؛ چرا که این سیستم روشنایی روز را در شب فراهم می‌کند. فراهم کردن دید مناسب برای خلبانان، سربازان و حتی رانندگان از کاربردهای پیشرفته تکنولوژی دید در شب هستند. در این مقاله به بررسی سیستم دید در شب در خودروهای تولیدی می‌پردازیم. در سال های اخیر تحقیقات بسیاری در آمریکا و اروپا صورت گرفته است و همگی به یک نتیجه کلی رسیده اند: اکثر رانندگی ها به کمک نور روز انجام می‌شود، در حالیکه حجم بیشتر تصادفات مرگبار در شب رخ می‌دهد. اگر تا کنون در یک جاده کم رفت و آمد در شب رانندگی کرده باشید و ناگهان یک گوزن یا حیوان شبگرد دیگری سر راهتان سبز شود، خواهید دید که قدرت بینایی در شب بسیار پایین است. مطمئنا توانایی دیدن اجسام از فاصله دورتر در حین رانندگی، زمانی که خورشید غروب می‌کند، بسیار خوشایند خواهد بود.

دید در شب چیست؟

چشم انسان قادر به دیدن تصاویری است که از خود نور بنفش تا قرمز در طیف نورهای الکترو مغناطیسی ساطع می‌کنند. نورهایی که در دسته نورهای مادون قرمز موج کوتاه قرار می‌گیرند، برای چشم انسان قابل رویت نیستند. نور مادون قرمز در سه کلاس طبقه بندی می‌شود: نزدیک مادون قرمز (NIR)، مادون قرمز متوسط (MRI)،  و دور از مادون قرمز (FIR) که به مادون قرمز حرارتی نیز معروف است. تفاوت این سه نوع نور مادون قرمز در طول موجشان است؛ کوتاه ترین طول موج متعلق به دسته NIR است که از 1.5 میکرون کوچکتر است و به نوری که توسط چشمان انسان قابل رویت است، بسیار نزدیک می‌باشد. اما FIR داستان کاملا متفاوتی دارد؛ این نور تا 30 میکرون می‌تواند طول موج داشته باشد و به جای بازتاب از اجسام، منتشر می‌شود؛ به بیان دیگر، FIR یک ویژگی حرارتی دارد. دو روش اصلی در تصویر سازی دید در شب، تصویر سازی حرارتی و تشخیص فوتون هستند؛ هر دو روش به طور گسترده ای استفاده می‌شوند و هرکدام مزیت ها و نقاط ضعف خود را دارند. تصویر سازی حرارتی وضوح بالایی ندارد، اما در تشخیص علائم حرارتی دقیق عمل می‌کند.

به عنوان مثال، یک سرباز که از درون چشمی های یک سیستم دید در شب تصویر ساز حرارتی نگاه می‌کند، می‌تواند دشمنی را که پشت یک بوته یا چیز دیگری مخفی شده است، ببیند؛ اما متاسفانه این شی نورانی می‌تواند سرباز خودی نیز باشد. تصویرسازی حرارتی برای تشخیص اینگونه جزییات وضوح کافی ندارد. از سوی دیگر سیستم تشخیص فوتون، تصاویر بسیار واضحی ایجاد می‌کند. احتمالا نمونه‌ای از تصاویر ایجاد شده توسط این سیستم را در برنامه های نظامی دیده باشید. در اغلب موارد، تصویر ایجاد شده سبز رنگ است، اما وضوح آن مانند روز روشن است. این سیستم پروتون ها را از نور محیط می‌گیرد و به الکترون تبدیل می‌کند. این الکترون ها سپس با فرآیندهای الکتریکی و شیمیایی به تصویر تبدیل می‌شوند، مانند اینکه در حال نگاه کردن به یک فیلم سیاه و سفید هستید.

تاریخچه سیستم دید در شب در خودرو

در سال 2000، کمپانی جنرال موتورز یک سیستم دید در شب حرارتی را برای مدل های مختلف کادیلاک معرفی کرد. این سیستم در عین نوآوری و گران قیمت بودن، تصویر واضحی ایجاد نمی‌کرد. کمپانی تویوتا نیز، تلاش هایی در این راه انجام داده است؛ حتی در حال حاضر، در برخی مدل های لکسوس سیستم دید در شب به صورت استاندارد عرضه می‌شود که طرفداران بسیاری دارد؛ اما اگر این سیستم ها بسیار موثر هستند، پس چرا بر روی همه خودروها نصب نمی‌شوند؟ یک نظریه این است که سیستم، آمادگی کامل برای استفاده بر روی همه خودروها را ندارد. از طرفی تکنولوژی دید در شب گران است و اگر شما از یک سیستم ارزان استفاده کنید، در این صورت کیفیت را فدا کرده‌اید. دو خودروساز معظم آلمانی، یعنی مرسدس بنز و بی ام و، رویکردی بسیار جدی در مورد سیستم دید در شب برای محصولات خود داشته اند، به طوری که، از سال 2006 شروع به عرضه سیستم دید در شب کرده‌اند. همانطور که این دو خودروساز برای بیش از 50 سال رقیب جدی هم در بازار خودروهای لوکس بوده اند، در مقوله تکنولوژی دید در شب نیز به رقابت خود ادامه داده، و هرکدام سیستم مختص خود را گسترش داده اند. هر کدام از این سیستم ها مزایا و معایب خود را دارند که در ادامه به بررسی آنها می‌پردازیم.

سیستم دید در شب خودرو

مرسدس بنز و بی ام و در توسعه تکنولوژی دید در شب مسیرهای متفاوتی را انتخاب کرده اند؛ مرسدس بنز از سیستم فعال یا همان NIR استفاده کرده است که با پخش کردن نور مادون قرمز، مشابه سیستم های نظامی، شب را برای شما روشن می‌کند. در مقابل سیستم غیر فعال بی ام و از تکنولوژی FIR استفاده کرده است. برخلاف سیستم دید در شب به کار رفته در سیستم های نظامی، سیستم بی ام و تصاویر را بر مبنای گرمای اجسام ایجاد می‌کند و تصویری شبیه نگاتیو فیلم عکاسی به وجود می‌آورد. با اینکه این سیستم در تمیز دادن حیوانات از انسان ها به خوبی عمل می‌کند، اما در تشخیص یک حیوان مرده در وسط جاده با یک سنگ بزرگ یا حتی تنه درخت سقوط کرده، عملکرد خوبی ندارد.

سیستم مادون قرمز بی ام و از سنسورهای نیمه رسانای اکسید فلز (CMOS)، که در جلوی خودرو نصب شده‌اند و توانایی جذب حرارت اشیا و تبدیل آنها به تصاویری با وضوح 240*320 پیکسل را دارند، استفاده می‌کند؛ گفتنی است، این تصاویر در نمایشگر نصب شده در داشبورد میانی نشان داده می‌شوند. به طور خلاصه، سیستم بی ام و، حرارت بدن حیوانات و عابرین را جذب کرده و به صورت یک تصویر روشن نمایش می‌دهد. هرچه حرارت جسم بیشتر باشد، وضوح تصویر بالاتر است. برد نمایش این سیستم 299 متر است.

سیستم دید در شب FIR، اجسامی را که دقیقا در مسیر مستقیم خودرو قرار دارند، به خوبی روشن کرده و نمایش می‌دهد، اما وضوحی که سیستم مرسدس بنز ارائه می‌کند را ندارد. در مقابل، سیستم مرسدس بنز از تکنولوژی NIR استفاده می‌کند که تصویری واضح و یک دست را در تاریکی ایجاد می‌کند. این سیستم شبیه به چشمی های دید در شب مورد استفاده سربازان می‌باشد. با استفاده از یک سری لامپ‌های پروژکتوری و دوربین ها، سیستم فعال دید در شب مرسدس بنز توانایی تشخیص کم رمق ترین نشانه های نوری و تبدیل آنها به تصویری واضح را دارد.

برتری این سیستم در این است که اشیا گرم را به همان وضوح یک حیوان مرده یا جسم بی‌جان تشخیص می‌دهد؛ تنها نقطه ضعف این سیستم، برد آن است که کمتر از 183 متر می‌باشد؛ هم‌چنین، سیستم NIR مرسدس بنز، بر خلاف سیستم FIR بی ام و که در شرایط آب و هوای متراکم به خوبی عمل می‌کند، در مه عملکرد خوبی ندارد. برخلاف بی ام و، نمایشگر دید در شب مرسدس بنز درست پشت فرمان و در دید مستقیم راننده قرار گرفته است و کیفیت تصویر آن بسیار واضح است. هر دو سیستم قابلیت غیر فعال شدن را دارند و حساسیتی به نور تابیده شده از خودرو های عبوری ندارند. در حال حاضر مهندسان دو کمپانی در تلاشند تا با توسعه این سیستم ها، امکان تشخیص و تفکیک خطر واقعی از یک بازتاب حرارتی ساده را داشته باشند. علی رغم گران بودن این سیستم ها، زمانی که شما برای خرید یک دستگاه مرسدس بنز کلاس S یا بی ام و سری 7 بیش از 100,000 دلار هزینه می‌کنید، داشتن سیستمی که باعث شود در شب ها با ایمنی بالاتری رانندگی کنید، مطمئنا ارزشش را دارد.