Инфракрасное зрение: Инфракрасное зрение – Мир Знаний

Инфракрасное зрение – Мир Знаний

Разные животные различно видят при отсутствии света. Некоторые из них с помощью инфракрасного зрения прекрасно видят в темноте.

Как выяснили в 1892 году ученые, гремучих змей привлекает пламя зажженных спичек. Но поначалу ученые думали, что змеи реагируют на мерцание пламени. Теперь мы знаем, что определенные разновидности змей и некоторые другие животные могут воспринимать тепло, излучаемое телом других животных.

«Тепловидящие» змеи

Проведенные в 30-х годах XX века учеными эксперименты с гремучими и родственными им ямкоголовыми змеями (кроталидами) показали, что змеи действительно могут как бы видеть тепло, испускаемое пламенем. Рептилии оказались способными обнаруживать на большом расстоянии едва уловимое тепло, испускаемое нагретыми предметами, или, иначе говоря, они были способны чувствовать инфракрасное излучение, длинные волны которого невидимы для человека.

Способность ямкоголовых змей чувствовать тепло настолько велика, что они могут на значительном расстоянии уловить тепло, излучаемое крысой. Датчики тепла находятся у змей в небольших ямках на морде, откуда и их название — ямкоголовые. В каждой небольшой, расположенной между глазами и ноздрями, направленной вперед ямке имеется крошечное, как булавочный укол, отверстие. На дне этих отверстий расположена мембрана, сходная строением с сетчаткой глаза, содержащая мельчайшие терморецепторы в количестве 500-1500 на квадратный миллиметр. Терморецепторы 7000 нервных окончаний соединены с ветвью тройничного нерва, расположенной на голове и морде. Поскольку зоны чувствительности обеих ямок перекрываются, ямкоголовая змея может воспринимать тепло стереоскопически. Стереоскопическое восприятие тепла позволяет змее, улавливая инфракрасные волны, не только находить добычу, но и оценивать расстояние до нее. Фантастическая тепловая чувствительность сочетается у ямкоголовых змей с быстрой реакцией, позволяющей шеям моментально, менее чем за 35 миллисекунд, реагировать на тепловой сигнал. Не удивительно, что обладающие такой реакцией змеи очень опасны.

Движение ради убийства

Способность улавливать инфракрасное излучение дает ямкоголовым змеям значительные возможности. Они могут охотиться ночью и преследовать основную свою добычу — грызунов в их подземных норах. Хотя у этих змей имеется высокоразвитое обоняние, которое они также используют для поиска добычи, их смертоносный бросок направляется теплочувствительными ямками и дополнительными терморецепторами, расположенными внутри пасти.

Хотя инфракрасное чутье у других групп змей изучено хуже, известно, что удавы и питоны также имеют термочувствительные органы. Вместо ямок эти змеи имеют более 13 пар терморецепторов, расположенных вокруг губ.

Видение в красном свете

В глубинах океана царит мрак. Туда не доходит свет солнца, и там мерцает только свет, испускаемый глубоководными обитателями моря. Как светлячки на суше, эти создания снабжены органами, генерирующими свет.

Обладающий огромной пастью черный малакост (Malacosteus niger) живет в полной темноте на глубинах от 915 до 1830 м и является хищником. Как же он может охотиться в полной темноте? Малакост способен видеть так называемый дальний красный свет. Световые волны в красной части так называемого видимого спектра имеют наибольшую длину волны, около 0,73-0,8 микрометра. Хотя этот свет невидим для человеческого глаза, его видят некоторые рыбы, в том числе черный малакост. По бокам глаз малакоста находится пара биолюминесцентных органов, испускающих сине-зеленый свет.

Большинство других биолюминесцируюших создании в этом царстве тьмы также испускают голубоватый свет и имеют глаза, чувствительные к волнам голубой области видимого спектра.

Вторая пара биолюминесцентных органов черного малакоста расположена ниже его глаз и дает дальний красный свет, который невидим остальным, живущим в глубинах океана. Эти органы дают черному малакосту преимущество перед соперниками, так как испускаемый им свет помогает ему увидеть добычу и позволяет поддерживать связь с другими особями своего вида, не выдавая своего присутствия.

Есть, чтобы видеть

Но каким же образом черный малакост видит дальний красный свет? Согласно поговорке «Ты есть то, что ты ешь», он действительно получает эту возможность, поедая крошечных веслоногих рачков — копеиод, которые, в свою очередь, питаются бактериями, поглощающими дальний красный свет. В 1998 году группой ученых из Великобритании, в состав которой входили доктор Джулиан Партридж и доктор Рои Дуглас, было обнаружено, что сетчатка глаз черного малакоста содержит модифицированный вариант бактериального хлорофилла — фотопигмента, способного улавливать лучи дальнего красного света.

Зрение в темноте

Благодаря дальнему красному свету некоторые рыбы могут видеть в воде, которая нам показалась бы мерной. Кровожадная пиранья в мутных водах Амазонки, например, воспринимает воду как темно-красную, цвет более проницаемый, чем черный. Вода выглядит красной из-за частиц растительности красного цвета, которые поглощают лучи видимою спектра. Только лучи дальнего красного света проходят сквозь мутную воду, и их может видеть пиранья. Инфракрасные лучи позволяют ей видеть добычу, даже если она охотится в полной темноте.

Так же как у пираньи, у карасей в их естественных местах обитания пресная вода часто бывает мутной, переполненной растительностью. И они адаптируются к этому, имея способность различать дальний красный свет. Действительно, их визуальный ряд (уровень) превышает таковой пираньи, так как они могут видеть не только в дальнем красном, но и в настоящем инфракрасном свете. Так что ваша любимая домашняя золотая рыбка может разглядеть гораздо больше, чем вы думаете, включая «невидимые» инфракрасные лучи, испускаемые обычными бытовыми электронными приспособлениями, такими, как телевизионный пульт и пучок лучей охранной сигнальной системы.

Наш канал в Телеграм

В уникальном эксперименте мыши получили инфракрасное зрение / Хабр

Специальные наночастицы (показаны белым цветом) цепляются за палочки (слева) и колбочки (справа) в фоторецепторах мыши.

Инъецируя наночастицы в глаза мышей, учёные позволили им видеть ближний инфракрасный свет – электромагнитное излучение, обычно не видимое грызунами (или человеком). Уникальный прорыв, который ещё более необычен при понимании, – такая техника может быть использована на человеке.

Научная группа во главе с Тианом Сюэ из University of Science and Technology of China и Ганг Ханом из University of Massachusetts Medical School изменила зрение мышей так, чтобы они могли видеть ближний инфракрасный свет (NIR), сохранив свою естественную способность видеть нормальный свет. Это было выполнено при помощи инъекции специальных наночастиц в их глаза. Эффект продолжался около 10 недель и без каких-либо серьёзных побочных эффектов.

Серия испытаний показала, что мыши реально видели инфракрасный свет, а не какие-то иные вещи. Учёные говорят, что человеческий глаз не слишком отличается от глаз мышей, что приводит к фантастической перспективе применения подобной техники к человеку.

Люди и мыши способны видеть лишь узкий участок электромагнитного спектра, обозначенного радужной полосой. Иные животные, например птицы или пчёлы, способны видеть ультрафиолетовое, а змеи инфракрасное излучение.

Люди, как и мыши, способны видеть лишь узкий участок электромагнитного спектра. Спектр длин волн, невидимых для человека, огромен, мы не видим ничего за границами так называемого видимого спектра (длины волн 380 — 740 нанометров). Инфракрасное излучение существует в виде более длинных волн, от 800 нм до миллиметра.

Объекты в мире, будь то люди или горячая тарелка супа или что-то холодное, как кубик льда, испускают инфракрасное излучение. Млекопитающие, такие как люди и мыши, не могут видеть NIR, но у нас есть технологии, а именно очки ночного или теплового зрения, которые могут преобразовать этот невидимый спектр в свет, который мы можем видеть. Новая техника, используемая на мышах, делает что-то похожее, но вместо того, чтобы полагаться на носимые технологии, учёные использовали биологическое решение.

Чтобы позволить мышам видеть за пределами обычного видимого спектра, Тиан и Ганг разработали специальные наночастицы, повышающие частоту излучения, и способные функционировать в уже существующих глазных структурах грызунов. Капли жидкости, содержащие крошечные частицы, впрыскивали прямо в их глаза, в которых с помощью специальных якорей они плотно прилегали к фоторецепторным клеткам. Фоторецепторные клетки – палочки и колбочки – обычно поглощают длины волн видимого света, которые мозг интерпретирует как зрение. В эксперименте инъецированные наночастицы преобразовывали NIR в видимую волну, которую мозг мыши мог воспринимать как визуальную информацию (в указанном примере они считали NIR зелёным светом). Наночастицы были в глазах в течение двух месяцев, позволяя мышам видеть как NIR, так и видимый свет с минимальными побочными эффектами.

Графическое изображение процесса зрения. Когда инфракрасный свет (красный) проникает в клетку фоторецептора (светло-зелёный кружок), наночастицы (розовые кружки) преобразуют NIR в видимый зелёный свет.

Наночастицы на фоторецепторных клетках служили в качестве преобразователя инфракрасного света. Инфракрасные волны были захвачены в сетчатке наночастицами, которые затем излучали их как более короткие волны видимого света. Таким образом, палочки и колбочки, поглощающие более короткие волны, смогли принять этот сигнал и затем направить преобразованную информацию в зрительную зону коры головного мозга. В частности, инъецированные частицы поглощали NIR длиной около 980 нм и преобразовывали его в свет длины 535 нм. Мыши воспринимали инфракрасный свет как зелёный. Результат был аналогичен наблюдению NIR в очках ночного видения, за исключением того, что мыши также могли сохранять своё нормальное восприятие видимого света. Как уже указывалось, эффект был временным, примерно несколько недель, у некоторых мышей мутнела роговица, которая быстро прояснялась.

Чтобы доказать, что метод действительно работает, Тиан и Ганг провели серию тестов и экспериментов.

Например, зрачки мышей уменьшались при воздействии NIR, тогда как зрачки мышей без инъекции этого не делали. А при воздействии исключительно NIR измерения электрической активности мозга у мышей, которым инъецировали наночастицы, показали, что глаза и зрительная кора функционируют как в присутствии видимого света.

Поведенческие тесты также показали, что техника работает. Мышей, помещённых в Y-образный лабиринт, учили распознавать местоположение скрытой платформы убежища, на которую указывает NIR. В ходе испытаний инъецированные мыши постоянно находили платформу, а мыши без инъекций плавали вокруг лабиринта. Иное испытание включало в себя коробку с двумя отделениями: одно полностью без света, а иное освещённое NIR. Мыши, как ночные существа, тяготеют к темноте. В тестах мыши, которым инъецировали наночастицы, проводили больше времени в отделении без света, а мыши без инъекций не проявляли предпочтения.

«Эти обширные эксперименты не оставляют сомнений в том, что мыши, инъецированные наночастицами, чувствительными к инфракрасному излучению, приобретают способность видеть инфракрасный свет и получать визуальную информацию», – сказал Владимир Кефалов, профессор офтальмологии и зрительных наук в Вашингтонском университете в Сент-Луисе.

В пресс-релизе Тиан указал, что наночастицы цеплялись за палочки и колбочки, и были активированы ближним инфракрасным светом, поэтому «мы считаем, что эта технология будет работать и в человеческих глазах, не только как сверхзрение, но и в терапевтических целях». В интервью с Cell он уточнил, сказав:

В отличие от мышей, люди и иные приматы имеют структуру сетчатки, которая называется фовеа, обеспечивающая центральное зрение высокой чёткости. В человеческой фовеа плотность колбочек намного больше, чем палочек; в то время как в сетчатке мыши количество палочек больше. Поскольку колбочки имеют различную чувствительность к спектру и интенсивности по сравнению с палочками, нам может потребоваться точная настройка спектра излучения UCNP для более эффективной активации колбочек нужного типа у человека.

Как сказал Тиан, чтобы указанная технология работала у человека, её нужно изменить, но новые эксперименты показывают, что её изменение возможно. Кефалов сказал, что потенциал применения подобной концепции на человеке является реальным и захватывающим, но он предупредил, что нам ещё предстоит пройти длинный путь.

«Авторы показали, что однократная инъекция наночастиц не оказывает вредного влияния на сетчатку мыши», – сказал Кефалов. «Тем не менее, ещё неясно, потребует ли практическое инфракрасное зрение повторных инъекций и, если так, не окажет ли хроническое инфракрасное зрение влияние на структуру и функцию наших глаз».

Способность видеть инфракрасный свет кажется фантастикой, но это было бы, несомненно, полезным признаком. Мы могли бы видеть множество вещей за границами нашего обычного визуального спектра – и у нас была бы встроенная система ночного зрения. Как Тиан объяснил Cell:

Учёные пытаются разработать новую технологию, позволяющую использовать способности за границами наших естественных возможностей. Видимый свет, который может восприниматься естественным зрением человека, занимает очень небольшую часть электромагнитного спектра. Электромагнитные волны длиннее или короче, чем видимый свет, несут гораздо больше информации. В зависимости от материала, объект также может иметь различное поглощение и отражение в ближнем ИК. Мы не можем обнаружить эту информацию невооружённым глазом.

Ещё одна интересная особенность этого потенциального улучшения заключается в том, что человеку не нужно носить громоздкое и энергоёмкое оборудование, такое как очки ночного зрения. И технология не требует никаких генетических манипуляций. Скорее всего, военные будут заинтересованы в указанной работе.

Дайонг Джин из School of Mathematical and Physical Sciences at the University of Technology Sydney назвал новую работу «очень инновационной и вдохновляющей». Дайонг сказал, что, насколько ему известно, «эта работа является первым примером имплантируемых и «носимых» оптических наноустройств». Он сказал, что важно, чтобы у мышей не было воспаления или клеточной гибели, но возможно, что некоторые клетки поглощали наночастицы, перспектива, «заслуживающая более тщательного изучения».

Аналогично, Кефалов был впечатлён исследованием, заявив, что «авторы проделали удивительно хорошую работу, охарактеризовав эффект инъекции чувствительных к инфракрасному излучению наночастиц на зрительную функцию мышей», добавив, что эта «новаторская работа демонстрирует оригинальный и мощный метод усиления способности зрительной системы обнаруживать свет за границами естественного видимого спектра». Он считает, «поразительно», что наночастицы, скорее всего, не мешают нормальной функции фоторецепторов в видимом свете.

Касаемо того, можно ли использовать эту технику в целях коррекции нарушений зрения, таких как дальтонизм, это менее ясно, сказал он.

«Поскольку приём основан на способности фоторецепторов обнаруживать и усиливать световые сигналы, использование его в целях лечения нарушений функции фоторецепторов потребует разработки новых этапов, кроме преобразования света за границами видимого спектра», – сказал Кефалов.

Заглядывая в будущее, Тиан и Ганг хотели бы усовершенствовать методику с помощью наночастиц на органической основе, состоящих из разрешённых FDA веществ, что может привести к ещё более яркому инфракрасному зрению. Они также хотели бы настроить технику, чтобы она была более близка к биологии человека. Оптимистично оценивая направление технологии, Тиан и Ганг уже подали заявку на патент, касающийся их работы.

Я уже представляю телевизионные рекламные ролики: «Спросите своего врача, подходит ли вам зрение в ближнем инфракрасном спектре».

www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30101-1

Ученые могут подарить людям возможность видеть в темноте

  • Николай Воронин
  • Корреспондент по вопросам науки

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, Getty Images

Китайские ученые разработали технологию, которая позволяет невооруженным глазом видеть предметы в инфракрасном диапазоне, фактически наделяя человека способностью видеть в темноте. Примерно такой же эффект дают приборы ночного видения.

Для этого достаточно нанести на сетчатку глаза тонкий слой наночастиц, которые заставляют фоторецепторы реагировать на инфракрасное излучение, обычно находящееся за пределами видимого спектра.

Технология, разработанная в Научно-техническом университете Китая, успешно прошла испытания на мышах, и есть все основания полагать, что она окажется не менее эффективной для человеческого глаза.

  • Супермены среди нас. Пять удивительных способностей обычных людей
  • Каковы пределы человеческого зрения?

У мышей способность воспринимать невидимые инфракрасные лучи сохранялась на протяжении нескольких недель после нанесения препарата — при этом почти никаких побочных эффектов обнаружено не было.

Правда, пока что единственный способ включить ночное видение — это инъекция наночастиц напрямую в сетчатку глаза. Ученые не исключают, что в будущем для этого будет достаточно обычных глазных капель.

Змеиное зрение

Экран, на котором вы читаете этот текст, преобразует поступающие к нему электрические сигналы в излучение определенного цвета и интенсивности.

Наша сетчатка работает с точностью до наоборот: падающий на нее свет она преобразует в электрические сигналы, поступающие в мозг. Делают это расположенные на внутренней оболочке глаза фоторецепторы — так называемые палочки и колбочки.

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Так выглядят наши фоторецепторы под микроскопом

Однако их чувствительность очень ограничена: видимый свет составляет ничтожную часть электромагнитного спектра, расположенную между инфракрасным (тепловым) и ультрафиолетовым диапазонами излучения. Большая же часть волн остается для нас невидимой.

Некоторым животным повезло больше. Например, комары, а также некоторые виды змей и рыб обладают способностью видеть в инфракрасном диапазоне. Это позволяет им охотиться по ночам или в холодных водоемах: теплокровная добыча выглядит контрастно на более прохладном фоне.

Человечество давно научилось имитировать эту способность при помощи приборов ночного видения, которые широко используют охотники, военные и спасатели.

Аппаратура улавливает невидимое человеком инфракрасное излучение и чуть укорачивает волны, делая их доступными для восприятия.

  • Самое острое ночное зрение? Нет, не у кошки
  • Насколько близки к реальности мечты о рентгеновских очках?

Впрочем, приборы ночного видения довольно громоздки, а кроме того, совершенно бесполезны в дневное время.

Автор фото, Getty Images

Разработанные китайскими учеными наночастицы покрыты молекулами белка, которые работают по тому же принципу, только наносятся напрямую на фоторецепторы. Они обволакивают палочки и колбочки, переводя невидимое излучение в видимую, зеленоватую часть спектра.

Супермыши

На мышах эксперимент сработал отлично. Подопытные начинали видеть в инфракрасном диапазоне, при этом прекрасно сохраняя обычное зрение, несмотря на незначительное внешнее помутнение глаз.

Через несколько недель наночастицы естественным образом вымывались из организма, и «супермыши» вновь превращались в обычных грызунов.

  • Бессознательное зрение и мнимая слепота

Поскольку зрительный аппарат мышей похож на человеческий, ученые уверены, что технология должна сработать и на людях. А в будущем, возможно, поможет и разработать лекарство от дальтонизма.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Так выглядит изображение через прибор ночного видения

Но сначала нужно решить две существенные технические проблемы.

Во-первых, разработанные наночастицы помогают видеть лишь самые длинные инфракрасные лучи, а тепловое излучение состоит из фотонов более низкой энергии. Его улавливать технология пока не научилась, хотя это лишь вопрос времени.

А во-вторых, в отличие от рыб, лягушек и змей, люди — теплокровные, и пока неизвестно, как «инфракрасное зрение» будет воспринимать тепло нашего собственного тела.

Не исключено, что мы вообще потеряем способность видеть, поскольку коротковолновые шумы будут блокировать все остальные зрительные сигналы.

В чем разница между тепловизором и ночным видением?

Давайте начнем с небольшой предыстории. Наши глаза видят отраженный свет. Камеры дневного света, приборы ночного видения и человеческий глаз работают по одному и тому же основному принципу: энергия видимого света попадает на что-то и отражается от него, затем датчик принимает ее и превращает в изображение.

Будь то глазное яблоко или камера, эти детекторы должны получать достаточно света, иначе они не смогут сделать изображение. Очевидно, ночью нет солнечного света, который мог бы отражаться от чего-либо, поэтому они ограничены светом, обеспечиваемым звездным светом, лунным светом и искусственным освещением. Если их недостаточно, они не помогут вам увидеть.

Тепловизоры

Тепловизоры совсем другие. На самом деле мы называем их «камерами», но на самом деле это сенсоры. Чтобы понять, как они работают, первое, что вам нужно сделать, это забыть все, что вы думали, что знали о том, как камеры делают снимки.

FLIR делают снимки за счет тепла, а не видимого света. Тепло (также называемое инфракрасным или тепловым , энергией) и свет являются частями электромагнитного спектра, но камера, которая может обнаруживать видимый свет, не увидит тепловую энергию, и наоборот.

Однако тепловизионные камеры

обнаруживают не только тепло; они обнаруживают крошечные различий в тепле — всего 0,01°C — и отображают их в виде оттенков серого или другими цветами. Это может быть сложной идеей для понимания, и многие люди просто не понимают эту концепцию, поэтому мы потратим немного времени на ее объяснение.

 

Все, с чем мы сталкиваемся в повседневной жизни, выделяет тепловую энергию, даже лед. Чем горячее что-то, тем больше тепловой энергии оно излучает. Эта излучаемая тепловая энергия называется «тепловой сигнатурой». Когда два объекта рядом друг с другом имеют даже немного разные тепловые сигнатуры, они достаточно четко видны для FLIR независимо от условий освещения.

Тепловая энергия поступает из комбинации источников, в зависимости от того, что вы просматриваете в данный момент. Некоторые вещи — например, теплокровные животные (включая людей!), двигатели и машины — создают собственное тепло биологически или механически. Другие вещи — земля, скалы, буйки, растительность — поглощают солнечное тепло днем ​​и излучают его ночью.

Поскольку разные материалы поглощают и излучают тепловую энергию с разной скоростью, область, которую мы считаем одной температурой, на самом деле представляет собой мозаику слегка различающихся температур. Вот почему бревно, которое несколько дней подряд находилось в воде, будет иметь другую температуру, чем вода, и, следовательно, будет видно тепловизору. FLIR обнаруживают эти перепады температур и преобразуют их в детали изображения.

Хотя все это может показаться довольно сложным, реальность такова, что современные тепловизионные камеры чрезвычайно просты в использовании. Их образы четкие и простые для понимания, не требующие обучения или интерпретации. Если вы можете смотреть телевизор, вы можете использовать тепловизионную камеру FLIR.

Приборы ночного видения

Эти зеленоватые изображения, которые мы видим в фильмах и по телевизору, исходят от очков ночного видения (ПНВ) или других устройств, использующих те же базовые технологии. ПНВ поглощают небольшое количество видимого света, значительно увеличивают его и проецируют на дисплей.

Камеры, изготовленные по технологии NVG, имеют те же ограничения, что и невооруженный глаз: если видимого света недостаточно, они плохо видят. Качество изображения всего, что зависит от отраженного света, ограничено количеством и силой отраженного света.

NVG и другие камеры для слабого освещения не очень полезны в сумеречные часы, когда света слишком много для их эффективной работы, но недостаточно для того, чтобы вы могли видеть невооруженным глазом. На тепловизионные камеры не влияет видимый свет, поэтому они могут давать четкие изображения, даже когда вы смотрите на заходящее солнце. На самом деле, вы можете направить прожектор на FLIR и получить идеальное изображение.

Камеры с инфракрасной подсветкой (I2)

Камеры

 I2 пытаются генерировать собственный отраженный свет, проецируя луч энергии ближнего инфракрасного диапазона, который может видеть их формирователь изображения, когда он отражается от объекта. Это работает до определенного момента, но камеры I2 по-прежнему полагаются на отраженный свет для создания изображения, поэтому у них те же ограничения, что и у любой другой камеры ночного видения, которая зависит от энергии отраженного света: малая дальность и плохой контраст.

Контраст

Все эти камеры видимого света — камеры дневного света, камеры ночного видения и камеры I2 — работают, обнаруживая энергию отраженного света. Но количество отраженного света, которое они получают, — не единственный фактор, определяющий, сможете ли вы видеть с помощью этих камер: контрастность изображения также имеет значение.

Если вы смотрите на что-то с большим контрастом по сравнению с окружающей средой, у вас будет больше шансов увидеть это с помощью камеры видимого света. Если у него нет хорошего контраста, вы не будете хорошо его видеть, как бы ярко ни светило солнце. Белый объект на темном фоне имеет большой контраст. Однако этим камерам будет трудно увидеть более темный объект на темном фоне. Это называется плохой контраст. Ночью, когда отсутствие видимого света естественным образом снижает контрастность изображения, производительность камеры с видимым светом страдает еще больше.

Ни одного из этих недостатков лишены тепловизоры

. Во-первых, они не имеют ничего общего с энергией отраженного света: они видят тепло. Все, что вы видите в обычной повседневной жизни, имеет тепловую сигнатуру. Вот почему у вас гораздо больше шансов увидеть что-то ночью с тепловизором, чем с камерой видимого света, даже с камерой ночного видения.

На самом деле, многие из объектов, которые вы могли бы искать, например, люди, создают свой собственный контраст, потому что они выделяют собственное тепло. Тепловизоры их хорошо видят, потому что они не просто делают снимки от тепла; они делают снимки с минуты различия  в тепле между объектами.

Приборы ночного видения имеют те же недостатки, что и телекамеры для дневного и слабого освещения: им нужно достаточно света и достаточно контраста для создания пригодных для использования изображений. Тепловизоры, с другой стороны, ясно видят днем ​​и ночью, создавая при этом свой собственный контраст. Без сомнения, тепловизионные камеры являются лучшим вариантом круглосуточной съемки.

Почему у животных нет инфракрасного зрения

Исследователи Университета Джона Хопкинса раскрывают источник «ложных тревог» зрительной системы

Дата выпуска: 10 июня 2011 г.

В редких случаях светочувствительные фоторецепторные клетки глаза дают осечку и подают сигнал в мозг, как будто они захватили фотоны, хотя на самом деле это не так. Долгие годы это явление оставалось загадкой. В выпуске журнала Science от 10 июня нейробиологи из Медицинской школы Университета Джона Хопкинса обнаружили, что молекула пигмента, улавливающая свет, в фоторецепторах также может активироваться под действием тепла, вызывая эти ложные тревоги.

«Фотон, единица света, — это просто энергия, которая при захвате пигментом родопсином большую часть времени заставляет молекулу изменять форму, а затем запускает клетку для отправки электрического сигнала в мозг, чтобы сообщить о поглощении света. », — объясняет Кинг-Вай Яу, доктор философии, профессор неврологии Университета Джона Хопкинса и член его Центра сенсорной биологии. «Если родопсин может активироваться световой энергией, — говорит Яу, — то он также может время от времени активироваться другими видами энергии, такими как тепло, вызывая ложные срабатывания. Эти ложные сигналы ставят под угрозу нашу способность видеть объекты в безлунную ночь. Итак, мы попытались выяснить это; а именно, как пигмент случайно спотыкается».

«Тепловая энергия есть везде, пока температура выше абсолютного нуля», — говорит научный сотрудник нейробиологии Донг-Ген Луо, доктор философии. «Вопрос в том, сколько тепловой энергии потребуется, чтобы активировать родопсин и позволить ему подавать сигнал, даже не захватывая свет?» — говорит аспирант Университета Джонса Хопкинса по биохимии, клеточной и молекулярной биологии Венди Юэ.

В течение 30 лет предполагалось, что тепло может заставить молекулу пигмента послать ложный сигнал, но посредством механизма, отличного от механизма света, говорит Яу, потому что, основываясь на теоретических расчетах, казалось: требуется очень мало тепловой энергии по сравнению с к световой энергии.

Но теория, по словам Яу, основывалась главным образом на пигменте родопсине. Однако родопсин в основном отвечает за зрение при тусклом свете и является не единственным пигментом глаза; другие пигменты присутствуют в колбочковых фоторецепторах, чувствительных к красному, зеленому и синему, которые используются для цветного зрения и зрения при ярком свете. Хотя исследователи могут измерить ложные события родопсина из одной клетки, содержащей родопсин, давняя проблема заключалась в том, чтобы провести измерения других пигментов. «Электрический сигнал от одной молекулы пигмента колбочки настолько мал в клетке колбочки, что его просто невозможно измерить», — говорит Луо. «Поэтому нам пришлось придумать новый способ измерения этих ложных сигналов от пигментов колбочек».

Сконструировав палочкообразную клетку для производства пигмента красных колбочек человека, который обычно содержится только в колбочках, команда Яу смогла измерить электрический выход отдельной клетки и рассчитать ложные сигналы этого пигмента, используя большие и обнаруживаемые сигналы, посылаемые из клетки.

Что касается синего пигмента колбочек, «природа провела за нас эксперимент», — говорит Яу. «У многих земноводных один тип клеток палочек, называемый зелеными палочками, естественным образом экспрессирует пигмент синей колбочки, как и синие колбочки». Поэтому, чтобы определить, может ли тепло вызвать осечку пигментных клеток, команда, работая в темноте, сначала охладила клетки, а затем медленно вернула их к комнатной температуре, измеряя электрическую активность клеток по мере их нагревания. Они обнаружили, что пигмент, воспринимающий красный цвет, чаще всего вызывает ложные срабатывания, родопсин (пигмент, воспринимающий синевато-зеленый цвет) вызывает ложные срабатывания реже, а пигмент, воспринимающий синий цвет, делает это еще реже.

«Это подтверждает гипотезу 60-летнего Барлоу, которая предполагала, что чем длиннее длина волны, воспринимаемая пигментом, то есть чем ближе к красному концу спектра, тем он шумнее», — говорит Яу. И это открытие побудило команду разработать и проверить новую теорию: тепло может вызвать осечку пигментов по тому же механизму, что и свет.

Ключевым моментом этой теории является то, что молекулы зрительного пигмента представляют собой большие сложные молекулы, содержащие множество химических связей. А поскольку каждая химическая связь потенциально может содержать небольшое количество тепловой энергии, общего количества энергии, которое может содержать молекула пигмента, теоретически может быть достаточно, чтобы вызвать ложную тревогу.

«Долгое время люди предполагали, что свет и тепло должны запускаться с помощью разных механизмов, но теперь мы думаем, что оба типа энергии на самом деле вызывают одинаковые изменения в молекулах пигмента», — говорит Яу. Более того, поскольку пигменты с большей длиной волны имеют более высокий уровень ложных срабатываний, Яу говорит, что это может объяснить, почему у животных никогда не было пигментов, чувствительных к инфракрасному излучению.

«Помимо прекращения давних дебатов, это тревожный сигнал для исследователей осознать, что биомолекулы в целом обладают большей потенциальной тепловой энергией, чем считалось ранее», — говорит Луо.

Это исследование финансировалось Национальным институтом здравоохранения, премией Antonio Champalimaud Vision Award и Академией Финляндии.

Авторами статьи являются Донг-Ген Луо, Венди Юэ и Кинг-Вай Яу, все из Университета Джона Хопкинса, и Петри Ала-Лаурила из Вашингтонского университета в Сиэтле.

‎LiDAR и инфракрасное ночное видение в App Store

Описание

Для этого приложения требуется устройство iOS с FaceID (использует ваше лицо для разблокировки устройства)! Полный список устройств смотрите внизу этого описания.

ВИДЕТЬ В ТЕМНОТЕ
С помощью приложения LiDAR & Infrared Night Vision вы можете использовать переднюю камеру на устройствах с FaceID, а также переднюю и заднюю камеры на iPhone 12 Pro, iPad Pro, iPhone 13 Pro и iPhone 13 Pro Max. в полной темноте! Фронтальная камера будет использовать инфракрасный датчик камеры TrueDepth. В задней камере будет использоваться новый датчик LiDAR. Приложение LiDAR & Infrared Night Vision превращает мир вокруг вас в карту глубины, где разные цвета обозначают расстояния от вашего устройства.

НАПУГАЙТЕ СВОИХ ДРУЗЕЙ
Включите режим испуга и настройте своих друзей на громкий крик.

Для достижения наилучших результатов находитесь в полной темноте в комнате с пространством позади вас. Объясните своим друзьям, как это классное новое приложение показывает вещи в комнате, которые вы не можете увидеть невооруженным глазом. Убедитесь, что лицо вашего друга находится на экране, и через 30 секунд на экране вспыхнет скример и захватит испуганное лицо.

ПРИЛОЖЕНИЯ
Видеть в темноте, не включая фонарик
Продемонстрируйте новые возможности своего телефона
Напугайте друзей
Заставьте друзей плакать
Разделите ужас своего друга с помощью захваченного изображения или видео.
Узнайте, как работает LiDAR и инфракрасная технология
Узнайте о картах глубины и зрении без света

КАК ЭТО РАБОТАЕТ?
В отличие от обычной камеры, LiDAR и инфракрасные датчики не нуждаются в окружающем освещении. Они оба генерируют свой собственный свет, который вы не можете видеть. Поэтому оба датчика будут работать в полной темноте.

ДРУГИЕ УСТРОЙСТВА
Это приложение будет работать на устройствах без LiDAR. Он будет использовать переднюю камеру TrueDepth, чтобы предоставить карту глубины вас и объектов позади вас. Дисплей на задней панели не будет работать без iPhone 12 Pro, iPhone 13 Pro или iPad Pro (4-го поколения).

Работает на любом устройстве iOS с FaceID/TrueDepth, включая: iPhone X, iPhone XS, iPhone XS Max, iPhone XR, iPhone 11, iPhone 11 Pro, iPhone 11 Pro Max, iPhone 12, iPhone 12 Pro, iPhone 12 Mini, iPhone 12 Pro Max, iPhone 13, iPhone 13 Pro, iPhone 13 Pro Max, iPad Pro (3-го поколения), iPad Pro (4-го поколения), iPad Pro 2021 г.

Версия 1.0.6

— Поддержка iOS 15 на всех устройствах
— Все iPhone 13 добавлены в список устройств
— При первом использовании мы предоставляем подробную информацию о том, как это работает, а также о скрытых функциях (только на английском языке)
— устранены некоторые ошибки с обрезанием текста инструкций

.

Рейтинги и обзоры

62 Оценки

Полезное и классное приложение

Это довольно полезное приложение, но в действительно темных условиях разрешение действительно страдает, потому что iPhone полагается на усиление нейронной сети лидара с помощью стандартной камеры. В темноте он должен возвращаться к ОЧЕНЬ низкому разрешению, не уточненной глубине, но когда света достаточно, чтобы улучшить это, то стандартной камере достаточно света, чтобы улучшить фотографию при слабом освещении и предоставить вам видимую информацию. По-прежнему очень круто видеть улучшенный выходной сигнал датчика глубины в режиме реального времени.

Отличное приложение!

Хорошие отзывы НЕ поддельные. Если вы хотите, чтобы заднее ночное видение работало, вам нужен iPhone 12 Pro или лучше. Это приложение действительно крутое и очень интересное в использовании! Я не знаю, возможно ли это, но если да, то было бы здорово иметь больший диапазон и большее разрешение в полной темноте (для задней камеры). Ошибка, которую я заметил на iPhone 13 Pro Max при использовании задней панели (полная темнота): вид будет глючить, и требуется некоторое время, прежде чем то, что на экране, станет распознаваемым. Как только они будут реализованы, это приложение будет идеальным! Это потрясающее приложение, и я рад, что смог поддержать людей, которые его создали. Что было бы также удивительно, если бы это могло быть в VR!

Предложение

Мне очень нравится это приложение, но его довольно сложно использовать на устройстве без заднего лидарного датчика,
Было бы здорово, если бы мы могли отображать экран в реальном времени на другом устройстве, чтобы мы могли видеть перед собой. .. также было бы здорово, если бы во время потоковой передачи вы могли отключить сенсорный экран и сделать экран темным на основном устройстве, чтобы вы могли взять его в руки, не фотографируя, не записывая видео и не получая света от основного устройства.
Дублирование экрана можно выполнить с помощью отдельного приложения, совместимого со старыми (и новыми) iPhone.

Разработчик Jumping Rock Labs, LLC указал, что методы обеспечения конфиденциальности приложения могут включать обработку данных, как описано ниже. Для получения дополнительной информации см. политику конфиденциальности разработчика.

Данные не собираются

Разработчик не собирает никаких данных из этого приложения.

Методы обеспечения конфиденциальности могут различаться, например, в зависимости от используемых вами функций или вашего возраста. Узнать больше

Информация

Продавец
Джампинг Рок Лабс, ООО

Размер