Popularisées par le cinéma, notamment les films de guerre et d'espionnage, les technologies de vision nocturne sont de plus en plus accessibles au grand public. Ce guide explore en détail les caractéristiques des lunettes de vision thermique, leurs principes de fonctionnement, leurs applications dans l'airsoft et d'autres domaines, ainsi que les paramètres techniques importants à considérer lors de l'achat.
Pourquoi la vision nocturne est-elle nécessaire ?
L'œil humain a une capacité limitée à voir dans l'obscurité. Il capte la réflexion de la lumière sur les surfaces environnantes, et les rayons lumineux traversent la cornée et l'iris pour atteindre la rétine. La rétine transforme ensuite la lumière en signaux électriques envoyés au cerveau. Cependant, la quantité de lumière disponible la nuit est insuffisante pour que l'œil fonctionne normalement.
La vision nocturne est une propriété naturelle dont bénéficient de nombreuses espèces animales. Certaines utilisent des méthodes détournées, comme l'écholocation des chauves-souris. Les appareils de vision nocturne permettent aux humains de compenser leur manque de vision nocturne naturelle, en amplifiant la lumière existante ou en détectant le rayonnement infrarouge.
Le spectre lumineux et l'infrarouge
La lumière peut être considérée comme de l'énergie provenant des atomes sous forme de photons. L'œil humain ne peut voir qu'une partie du spectre lumineux, appelée lumière visible. L'ensemble des couleurs existantes est beaucoup plus vaste, allant jusqu'aux ondes radio.
Le spectre infrarouge se divise en plusieurs catégories :
Lire aussi: Lunettes de tir pour carabines à air comprimé : Le guide complet
- Infrarouge proche : longueur d'onde de 0,7 à 1,3 microns, utilisé par la majorité des ALR grand public.
- Infrarouge moyen : longueur d'onde de 1,3 à 3 microns.
- Infrarouge thermique : longueur d'onde de 3 à 30 microns.
Fonctionnement des appareils de vision nocturne
Il existe deux grandes familles d'appareils de vision nocturne : les appareils à amplification de lumière et les appareils infrarouges thermiques.
Appareils à amplification de lumière
La majorité des dispositifs de vision nocturne sont des appareils passifs. Ils sont constitués d'un objectif qui capte les rayons lumineux et les canalise vers un tube amplificateur d'image. Ce tube contient une photocathode qui libère des électrons lorsqu'elle est touchée par la lumière. Ces électrons sont ensuite amplifiés par un système de microcanaux et propulsés vers une plaque de phosphore, qui émet de la lumière verte.
Les ALR passifs ne fonctionnent que si la scène est un minimum éclairée. Cependant, cette solution est très peu utilisée par les militaires, principaux usagers des technologies de vision nocturne. Il est très facile de détecter le flux infrarouge émis par les jumelles actives et donc de se faire repérer.
Vision nocturne numérique
Au lieu d'utiliser un tube amplificateur de lumière, le monoculaire de vision nocturne numérique dispose d'un capteur similaire à ceux que l'on retrouve dans les appareils photos numériques ou dans les smartphones. Il peut s'agir d'un CCD ou CMOS.
Appareils infrarouges thermiques
Ces appareils détectent le rayonnement infrarouge émis par les objets sous forme de chaleur. Ils convertissent ce rayonnement en une image visible, permettant de voir dans l'obscurité totale.
Lire aussi: Guide des lunettes de visée nocturnes
Principes de base de la vision thermique
Tout objet dont la température est supérieure à -273,15°C émet un rayonnement infrarouge. Plus un objet est chaud, plus il émet d'infrarouge, en raison des vibrations et des mouvements moléculaires. La chaleur d'un objet est diffusée vers l'extérieur sous forme de rayonnement infrarouge et est capturée par la caméra thermique.
La lumière visible et le rayonnement infrarouge sont tous deux des composantes du spectre électromagnétique, mais ils se situent dans des bandes différentes. La lumière infrarouge est une onde électromagnétique invisible à l’œil humain. Ce type de rayonnement, invisible à l'œil nu, se situe juste après le rouge visible sur le spectre électromagnétique. On ne peut pas voir la lumière infrarouge.
Le spectre électro-magnétique se traduit en fréquence et en longueur d’onde. La lumière peut être considérée comme de l’énergie qui nous provient des atomes sous la forme de photons. L’œil humain n’est conçu pour ne voir qu’une partie du spectre lumineux. On appelle cela la lumière visible. L’infrarouge proche, dont la longueur d’onde évolue à des ordres de grandeurs de 0,7 à 1,3 microns. C’est cette fréquence qu’utilise la majorité des ALR grand public. L’infrarouge moyen, avec une longueur d’onde de 1,3 à 3 microns. L’infrarouge thermique, plus élevé et plus large qui évolue entre 3 microns et 30 microns.
Fonctionnement des caméras thermiques
L'imagerie thermique convertit le rayonnement infrarouge en valeur de gris, puis une image est générée par la différence de valeur de gris de chaque objet. Les caméras thermiques doivent convertir l'énergie infrarouge détectée en images visibles par l'œil humain, et utiliser différentes couleurs pour représenter les différentes températures. Bien qu'invisible à l'œil humain, le rayonnement thermique ne peut être détecté que par des caméras thermiques qui produiront des images en utilisant les différences de température.
Les pseudo-couleurs ont de nombreux styles, et les différentes pseudo-couleurs ont des expressions différentes. Comme la chaleur blanche : plus la température est élevée, plus l'image grise est brillante.
Lire aussi: Guide de montage de lunette
Une caméra thermique est composée de :
- Une lentille en germanium
- Un détecteur infrarouge
- Un circuit de traitement du signal
- Une puce de traitement de l'image
- Une coque métallique
La longueur d'onde des IR (rayonnement infrarouge) étant beaucoup plus grande que celle de la lumière visible, une taille de pixel plus grande est nécessaire pour recevoir l'énergie correspondante. Par conséquent, dans le volume physique général, la résolution des détecteurs est beaucoup plus faible que celle des détecteurs de lumière visible.
Limitations et précautions
Dans de nombreux films, les agents utilisent des caméras thermiques pour "voir ce qui se passe derrière le mur", ce qui est un malentendu typique des caméras thermiques. En fait, les murs bloquent le rayonnement infrarouge. Si nous dirigeons la caméra thermique vers le mur, nous obtenons la chaleur du mur au lieu de la chaleur derrière le mur. Bien sûr, si un objet à haute température à l'intérieur ou derrière le mur provoque une différence de température dans le mur, la caméra thermique peut le détecter.
À travers la fenêtre en verre, nous pouvons voir le paysage à l'extérieur de la fenêtre, car la lumière visible peut facilement traverser le verre. Mais l'infrarouge ne peut pas fonctionner. Lorsque l'infrarouge rencontre le verre, il est réfléchi comme un miroir. Remarque : La lumière infrarouge ne peut pas traverser le verre de silice ordinaire. Cependant, certains verres métalliques, comme le verre au germanium, peuvent bien transmettre les infrarouges.
Paramètres techniques importants
Lors du choix d'une lunette de vision thermique, il est important de prendre en compte les paramètres techniques suivants :
- Résolution : Désigne le nombre de pixels dans le détecteur. Les caméras thermiques courantes ont des résolutions de 160x120, 256x192, 400x300 et 650x512. Une résolution plus élevée signifie que chaque image contient plus d'informations et une meilleure qualité d'image avec plus de détails. La résolution thermique est le nombre d'éléments sensibles (pixels) constituant le détecteur. Il indique le détail capturé par le détecteur thermique. Par exemple, 640 × 512 signifie que la caméra thermique dispose d'un ensemble de capteurs ou pixels de 640 × 512 qui créent son image thermique de base. La résolution est aussi une mesure utilisée pour décrire la netteté et la clarté d'une image.
- Taille du pixel : La taille d'un seul pixel. La taille des pixels d'imagerie thermique était autrefois de 35 microns, 25 microns et 20 microns.
- NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) : Il s'agit d'une mesure de la capacité d'un détecteur d'imagerie thermique à distinguer les très petites différences de rayonnement thermique dans l'image. La NETD est généralement exprimée en milli-Kelvin (mK). Afin de mesurer la NETD d'un détecteur, la caméra doit être dirigée vers un corps noir à température contrôlée.
- Champ de vision (FoV) : Lorsque l'objet à observer est proche ou que la plage de surveillance est large, vous pouvez choisir un produit avec un grand FoV.
- Sensibilité thermique : La sensibilité thermique définit la différence de température minimale qu'une caméra infrarouge peut détecter. On l’appelle également Noise Equivalent Temperature Difference (NETD).
Correction du champ plat
La correction du champ plat est également appelée étalonnage de l'obturateur. Lorsque la caméra surveille une certaine zone pendant une longue période, les limites de l'image peuvent s'afficher de manière anormale. Dans ce cas, la calibrage de l'obturateur est utile. Pendant ce processus, l'écran de la caméra thermique se fige pendant un court instant.
Distance de détection et critère de Johnson
Lors du choix d'une caméra thermique, les gens demandent souvent : "Jusqu'où la caméra peut-elle voir ?" Il s'agit d'une question très important, mais aussi une question difficile à clarifier. La distance à laquelle la caméra peut voir est étroitement liée à la taille de l'objet observé, à l'environnement où se trouve l'équipement d'observation et au jugement subjectif de l'observateur. Par conséquent, nous devons introduire une norme de jugement et de calcul pour répondre à cette question, qui est le critère de Johnson.
Le critère de Johnson définit la résolution minimale de la frange équivalente de la cible, qui est basée sur une probabilité de discrimination de 50% pour un observateur, afin de déterminer la capacité de reconnaissance de la caméra thermique infrarouge sur la cible. Il distingue trois niveaux :
- La détection : trouver une cible dans le champ de vision.
- La reconnaissance : La cible peut être classée, c'est-à-dire que l'on peut reconnaître que la cible est un char, un camion ou une personne.
- L'identification : Le modèle et les autres caractéristiques qui permettent de distinguer la cible, par exemple de distinguer un ami ou une ennemi.
Applications dans l'airsoft et autres domaines
Les lunettes de vision thermique ont de nombreuses applications, notamment :
- Airsoft : Elles permettent de détecter les adversaires cachés dans l'obscurité ou derrière un camouflage.
- Chasse : Elles facilitent la détection du gibier, même dans des conditions de faible luminosité.
- Sécurité : Elles permettent de surveiller des zones étendues dans l'obscurité.
- Recherche et sauvetage : Elles aident à localiser des personnes disparues, même dans des conditions difficiles.
- Maintenance industrielle : Elles permettent de détecter les points chauds dans les équipements électriques et mécaniques.
- Surveillance environnementale : Elles peuvent être utilisées pour détecter les feux de forêt ou les déversements de produits chimiques.
- Exploration de la nature: Les amateurs en plein air, les experts en animaux et en plantes dans l'exploration de la nature, à la recherche d'animaux sauvages, en raison de la densité des plantes dans le champ et les animaux qui ont une plus grande capacité de mimétisme de dissimulation, seul avec l'œil nu ou la lumière visible télescope est difficile de trouver les animaux.
- Détection automatique des incendies: Le personnel chargé de la gestion des forêts peut utiliser une caméra thermique pour effectuer des inspections, afin de détecter rapidement les incendies et d'organiser le personnel pour y faire face à temps. Elle prend en charge la fonction de mesure de la distance.
Vision nocturne vs. vision thermique
Les appareils dits de “vision nocturne” sont dépendants de la luminosité extérieure. Autrement dit, ils ont besoin d’un apport de lumière, naturelle ou artificielle, pour fonctionner. En effet, ils vont amplifier cette dernière pour permettre d’avoir une image visible, généralement rendue en nuances de verts et de noir.
Ces appareils nécessitent donc d’avoir une certaine quantité de lumière extérieure de nuit (étoiles, lune, lumière infrarouge etc) pour fonctionner. A contrario, les appareils dits “thermiques” peuvent fonctionner dans l'obscurité totale, car ils marchent grâce à la détection de la chaleur émise par les objets et les êtres vivants, et ce, sans aucune source de lumière. Parfois la technologie thermique permet de déceler d’infimes détails qui ont leur importance.
Les appareils de vision nocturne comme les appareils thermiques sont en capacité, l’un comme l’autre, de détecter le rayonnement infrarouge d’un objet ou d’un être. En ce qui concerne la vision nocturne, les appareils amplificateurs de lumière, pour fonctionner efficacement en absence de lumière naturelle, peuvent être équipés d'une source lumineuse infrarouge, souvent un illuminateur IR, qui projette une lumière infrarouge invisible à l'œil nu mais détectable par l'appareil. Cela permet de "voir" dans l'obscurité en utilisant cette source IR comme éclairage artificiel.
Ainsi, bien que les appareils de vision nocturne ne détectent pas la chaleur comme les appareils de vision thermiques, ils utilisent bien l'infrarouge dans le cadre de leur fonctionnement pour améliorer la visibilité là où il y a peu ou pas de lumière résiduelle.
Types d'appareils de vision thermique
Il existe différents types d'appareils de vision thermique, adaptés à différents usages :
- Lunettes de vision thermique : Elles se fixent sur la tête et permettent de voir en gardant les mains libres.
- Monoculaires de vision thermique : Compacts et légers, ils sont faciles à transporter et à utiliser d'une seule main. Exemples: Monoculaires Pixfra série M: M20, M40, M60
- Jumelles de vision thermique : Elles offrent une vision binoculaire, plus confortable et immersive. De même, de nombreux modèles de jumelles à vision nocturne ne contiennent qu’un tube amplificateur (binoculaires non symétriques) et n’offrent pas de réelle vision binoculaire, ce qui aplatit l’image.
- Lunettes de visée thermique : Elles se montent sur une arme à feu et permettent de viser avec précision dans l'obscurité. Exemples: Lunette thermique haut de gamme Thermion 2 LRF XG60 avec télémètre laser intégré (800m) et capteur HD 640×480 px. Zoom 32x, calculatrice balistique et résistance IPX7. Lunette à imagerie thermique Talion XQ35 Pro est conçue pour la chasse et le tir, de jour comme de nuit. Lunette de tir thermique HIKMICRO STELLAR 3.0 SQ35L V3 offre une sensibilité thermique exceptionnelle de 15 mK, un écran OLED 2560x2560 pixels et des fonctionnalités avancées comme le streaming en direct et l'enregistrement vidéo. Lunette de tir thermique HIKMICRO STELLAR 3.0 SQ50L V3 offre une précision exceptionnelle grâce à une sensibilité thermique de 15 mK, un écran OLED 2560x2560 pixels et des fonctions avancées telles que l'enregistrement vidéo et le streaming en direct. Lunette thermique HIKMICRO STELLAR SX60L 3.0, dotée d'un détecteur thermique avancé et d'un télémètre laser, offre une précision inégalée jusqu'à 3100 m. Lunette de Visée Thermique HikMicro Stellar 2.0 SQ50 Lunette de Chasse Thermique PIXFRA Pegasus, conçue pour une chasse efficace de jour comme de nuit. Lunette Thermique HikMicro Thunder TQ50 2.0. Les lunettes thermiques Thermion 2 Pro ont été spécialement conçues pour être utilisées avec des armes de chasse, aussi bien de jour que de nuit, et ce, même dans des conditions météorologiques difficiles telles que le brouillard, le smog ou la pluie.
- Caméras de surveillance thermiques : Elles sont utilisées pour la surveillance de zones étendues dans l'obscurité. Les caméras de surveillances sont de plus en plus souvent équipées d’une optique à vision nocturne active, donc avec un projecteur infrarouge.
Législation
La règlementation est assez simple sur le sujet. Il est possible d’acheter et d’utiliser un appareil de vision nocturne de génération 1, 2, 3 ou 4 sans autorisation préalable. La seule règle est relative à l’utilisation qui est faite de l’équipement. En France, l'achat, la détention et l'utilisation de dispositifs de vision nocturne est autorisé. Attention, dans le cadre des loisirs, il est néanmoins strictement interdit de monter l'appareil en mains libres, sur un casque par exemple. Seuls les militaires et les forces de l'ordre (RAID, GIGN, …) peuvent monter les NVG en mains libres.
tags: #lunette #vision #thermique #airsoft #caractéristiques