Cosa dice il Figure of Merit, e cosa no
Ogni annuncio di visione notturna che legge porta con sé un numero. FOM 1400. FOM 1800. FOM 2000 plus. Di solito è il testo più grande della pagina dopo il prezzo, e nella testa dell'acquirente lavora parecchio: numero più grande, dispositivo migliore.
Non è così semplice, e capire perché vale venti minuti del Suo tempo. Non perché il numero sia privo di significato. Perché non è mai stato concepito per rispondere alla domanda che Lei gli pone.
Da dove viene il numero
Il Figure of Merit è una moltiplicazione. Due valori, moltiplicati fra loro:
FOM = rapporto segnale-rumore × risoluzione limite in coppie di linee per millimetro
Questa è tutta la formula. Lo US Bureau of Industry and Security l'ha messa per iscritto esattamente in questa forma nel Federal Register, quindi non c'è alcuna ambiguità.
Il rapporto segnale-rumore descrive quanto l'immagine è pulita rispetto al proprio rumore elettronico, misurato a un livello di luce standardizzato e davvero buio. La risoluzione limite è il motivo a barre più fine che un esaminatore umano riesce ancora appena a distinguere su una mira ottica, letto al centro del tubo, in coppie di linee per millimetro.
Può verificare l'aritmetica da sé sulle specifiche pubblicate dei tubi:
| Tubo | SNR minimo | Risoluzione minima | Prodotto | FOM minimo pubblicato |
|---|---|---|---|---|
| Photonis XR5 | 23 | 64 lp/mm | 1472 | 1472 |
| Photonis 4G | 28 | 64 lp/mm | 1792 | 1800 |
| Omni VIII, limite inferiore | 25 | 64 lp/mm | 1600 | 1600 |
Da questa tabella seguono due cose, ed entrambe contano.
Primo: un FOM minimo dichiarato di norma non è che l'SNR minimo moltiplicato per la risoluzione minima. È un limite inferiore derivato da altri due limiti inferiori. Nessuno ha misurato 1472 sul Suo tubo specifico. È il peggio che al tubo è permesso di essere.
Secondo: essendo il prodotto di due limiti inferiori, un tubo può trovarsi esattamente sul proprio limite FOM restando ben sopra il limite su un ingresso e appena sopra sull'altro. Il numero unico nasconde quale dei due.
Perché esiste
Questa è la parte che rimette tutto in prospettiva, e quasi nessuno che vende visione notturna la spiega.
Il Figure of Merit non è stato inventato per aiutarLa a scegliere un dispositivo. È stato inventato per aiutare un funzionario delle licenze di esportazione a decidere se un tubo potesse lasciare gli Stati Uniti, e verso chi.
Nel 2001 il governo statunitense concluse che l'etichetta di generazione, Gen 2, Gen 2+, Gen 3, non era un indicatore affidabile delle prestazioni reali di un tubo. Serviva un sostituto, qualcosa su cui un funzionario delle licenze potesse ordinare. Il Figure of Merit è quel sostituto. La US Night Vision Export Policy Implementation Guidance fissa i parametri di rilascio in base al FOM: per gli utilizzatori finali fuori dalle categorie privilegiate, il rilascio standard riguarda dispositivi non autogated con un Figure of Merit non superiore a 1400 per l'uso terrestre e 1600 per l'aviazione, e tutto ciò che sta sopra richiede una giustificazione straordinaria, decisa paese per paese.
Il numero risponde quindi a una domanda burocratica. Questo dispositivo può lasciare il paese, e per chi. È stato concepito per comprimere un collaudo di accettazione a quattordici parametri su un solo asse, così da poter decidere senza leggere la scheda tecnica.
Per un governo è un desiderio del tutto ragionevole. Come base per l'acquisto di un dispositivo è una cosa strana.
Spiega anche un artefatto di mercato che noterà una volta che saprà dove guardare. Le specifiche dei tubi si addensano appena sopra le soglie regolatorie. Non perché 1472 sia un livello di qualità presente in natura, ma perché i prodotti vengono progettati e selezionati per cadere dal lato giusto di una linea normativa.
Ancora una correzione, perché su questo punto Internet sbaglia di continuo. Il testo attuale della categoria XII della US Munitions List non usa affatto il Figure of Merit come criterio di controllo. Si basa sui tubi di terza generazione autogated e sull'intento di progetto. Il FOM vive nella prassi delle licenze, non nel testo di controllo.
Che cosa il numero non vede
In accettazione un tubo passa per circa quattordici parametri misurati. Il Figure of Merit ne usa due. Ecco una parte di ciò che contengono gli altri dodici.
L'alone. Il bagliore attorno a una sorgente puntiforme luminosa. Un lampione, un faro, una finestra illuminata. Fisicamente vale circa quattro volte la distanza fra il fotocatodo e la piastra a microcanali, quindi è una proprietà di progetto che non si può correggere a posteriori. Photonis indica circa 1 mm per la Gen 3 convenzionale e meno per la 4G. Se usa il dispositivo in prossimità della civiltà, l'alone inciderà sulle Sue notti più spesso della risoluzione. Nel FOM non c'è.
L'EBI, l'illuminazione di fondo equivalente. Il debole bagliore che il tubo produce quando non lo raggiunge alcuna luce. Fissa la soglia di rumore, e quindi la scena più buia che il tubo riesce ancora a rendere in modo utile. Dipende fortemente dalla temperatura, quindi lo stesso tubo si comporta diversamente in una notte calda. Nel FOM non c'è.
La sensibilità del fotocatodo. Misurata in microampere per lumen. Gen 3 tipicamente da 1350 a 2800, Gen 2 fra 700 e 800 circa. Più alto è in genere meglio, ma non è un indicatore sostitutivo del tubo finito: la pellicola di barriera ionica di un tubo Gen 3 filmato distrugge fotoelettroni, ed è per questo che un buon tubo di tipo Gen 2 con sensibilità del fotocatodo inferiore può eguagliare una Gen 3 in SNR. Nel FOM non c'è.
Le macchie, e dove si trovano. I difetti cosmetici sono classificati per numero e per la zona in cui cadono, su tre zone concentriche. Una macchia scura conta da circa 0,076 mm in su. La classificazione commerciale ammette tipicamente quattro macchie, di cui una in zona uno, il centro. La classificazione mil-spec ne ammette tipicamente quattro, nessuna in zona uno. Un tubo può avere un Figure of Merit di 2400 e portare una macchia al centro del Suo campo visivo. Nel FOM non c'è.
L'autogating. L'alimentatore pulsa la tensione quando una luce intensa entra nella scena, così Lei non resta abbagliato e il tubo non si danneggia. È una proprietà dell'alimentatore, non del tubo, e quindi non può mai comparire in un Figure of Merit del tubo. La velocità di recupero varia enormemente da sistema a sistema: decine di millisecondi sul lato buono, circa un secondo su quello scarso. Un secondo di cecità quando un'auto svolta l'angolo è una grande differenza pratica che il numero non può esprimere. Si noti che le licenze di esportazione trattano l'autogating come criterio separato accanto al FOM, il che dice quanto pesa.
La distorsione. La distorsione globale, la distorsione di taglio e la distorsione a S che nasce dalla lavorazione delle fibre ottiche. Nel FOM non c'è.
La durata di vita. Il Figure of Merit è un valore di inizio vita. I tubi Gen 3 sono dati per 10'000 ore e oltre, alcuni tipi non filmati per più di 20'000. I tubi invecchiano, e non invecchiano tutti allo stesso modo. Un esempio documentato di Gen 2 scende da SNR 25 a inizio vita a SNR 11 a fine vita. Due tubi con lo stesso FOM il giorno dell'acquisto possono trovarsi molto distanti tre anni dopo.
La MTF, la funzione di trasferimento della modulazione. È l'omissione più importante e la meno discussa. La risoluzione limite registra solo il motivo più fine ancora appena distinguibile: un punto solo, al limite della percezione. La MTF registra quanto contrasto sopravvive sull'intera gamma delle dimensioni di dettaglio. La conseguenza pratica: un tubo con risoluzione limite più bassa ma contrasto migliore sui dettagli grossolani e medi appare nitido, mentre un tubo con risoluzione limite più alta e contrasto scarso alle basse frequenze appare velato. Sulla scheda tecnica entrambi riportano la stessa riga di risoluzione. Solo attraverso uno dei due si guarda volentieri.
Perché due numeri identici sul campo appaiono diversi
Metta le condizioni di misura accanto alle condizioni d'uso, e il divario si spiega da solo.
Il Figure of Merit si misura in laboratorio, a un livello di luce preciso, al centro del tubo, su una mira a barre in bianco e nero, su un tubo nuovo di fabbrica, senza luci intense nella scena.
Lei userà il dispositivo ai bordi del campo visivo oltre che al centro, con luce variabile e spesso molto più scarsa, con fari e luci di casa nell'inquadratura, dopo due o tre anni di uso, guardando trame naturali a basso contrasto invece di un motivo di prova.
Nessuna delle condizioni coincide. Non è uno scandalo, una misura di laboratorio standardizzata serve a questo. Diventa un problema solo quando il numero Le viene venduto come un verdetto.
Da notare: il più grande produttore statunitense di tubi definisce il Figure of Merit la metrica più usata, e subito precisa che correla solo grossolanamente con la portata in determinate condizioni. La sua stessa guida all'acquisto non stampa la formula.
Quale dei due ingressi conta davvero
Questo è il cuore pratico della questione.
Esistono due regimi. Con poca luce l'immagine è limitata dal rumore, e quanto appare buona dipende dal livello di luce. Con luce migliore il rumore sparisce e l'immagine è limitata invece da nitidezza e contrasto.
In una notte davvero buia, coperta, senza luna, sotto le chiome degli alberi, Lei si trova nel regime limitato dal rumore. L'ingresso che conta è il rapporto segnale-rumore, e la risoluzione è quasi irrilevante, perché non può risolvere un fine motivo a barre che attraverso lo scintillio nemmeno riesce a vedere.
Un'asimmetria di misura aggrava la cosa. L'SNR si misura in condizioni davvero buie. La risoluzione è il parametro che crolla più in fretta al calare della luce, ed è esattamente per questo che i produttori pubblicano una risoluzione separata ad alto livello di luce. Eppure la risoluzione fornisce metà del prodotto FOM.
Un esempio numerico, aritmetica nostra e non dati di produttore:
- Tubo A: SNR 22 × 72 lp/mm = 1584
- Tubo B: SNR 30 × 53 lp/mm = 1590
È lo stesso Figure of Merit a meno di mezzo punto percentuale. Con luce decente il tubo A appare più nitido. In una notte buia e coperta il tubo B è nettamente lo strumento migliore, e il tubo A apparirà così rumoroso da diventare frustrante. Il numero non riesce a distinguerli.
Per dare la scala: un produttore ha misurato che, a parità di tutto il resto, abbassare l'SNR da 28 a 21 costa l'8 per cento della distanza di riconoscimento sotto un cielo stellato limpido.
Quindi: dei due ingressi, chieda l'SNR da solo. Un tubo che ha raggiunto un Figure of Merit alto attraverso la risoluzione è un tubo ottimizzato per condizioni in cui la visione notturna non Le serviva poi così tanto.
Un'altra trappola: i numeri non sono confrontabili fra produttori
Le condizioni di prova cambiano per convenzione e per azienda. La prassi americana e quella europea misurano il guadagno a livelli di luce in ingresso diversi, e poiché i rapporti di guadagno salgono al calare della luce in ingresso, i tubi misurati all'europea riportano un guadagno strutturalmente più alto per lo stesso dispositivo fisico. L'EBI è indicato in unità diverse sulle due sponde dell'Atlantico. La risoluzione limite la legge un osservatore umano su una mira, il che è esattamente soggettivo quanto sembra.
Confrontare un Figure of Merit americano con uno europeo significa confrontare due strumenti calibrati in modo diverso. Nessuno lo scrive su una pagina prodotto.
Che cosa chiedere invece
Non al posto del Figure of Merit. Accanto, e con più peso.
- La scheda tecnica individuale legata al numero di serie del tubo reale. È la domanda di maggior valore che possa fare. Riporta risoluzione misurata, SNR, guadagno, EBI e la mappa delle macchie di quel tubo specifico, non del modello.
- SNR e risoluzione indicati separatamente. Non accetti mai il solo prodotto.
- Un intervallo, non un limite inferiore. "FOM 1400 plus" non è una specifica, è una soglia minima con il valore reale taciuto. Dentro un'offerta 1400 plus i tubi reali vanno da circa 1400 a circa 1950. L'incentivo commerciale è evidente, e conviene presumere che operi.
- L'alone in millimetri, e con quale dimensione del punto luminoso in ingresso è stato misurato.
- L'EBI, con le sue unità e la temperatura di misura dichiarate.
- La mappa delle macchie con le zone, non solo un conteggio.
- L'autogating: presente o assente, e il tempo di recupero.
- Filmato o non filmato, che sposta insieme alone, guadagno e SNR.
- La sensibilità del fotocatodo in microampere per lumen, intesa come dato di ingresso e non come verdetto.
- Guardarci attraverso. Di notte. Accanto a un altro tubo. Nessuna scheda tecnica lo sostituisce, ed è in gran parte per questo che esiste il nostro showroom.
E il fosforo, in breve
Il fosforo bianco non cambia il Figure of Merit. Il produttore dichiara chiaramente che fra il P43 verde e il P45 bianco non esistono differenze di prestazione in laboratorio e che la scelta resta una preferenza dell'operatore. Le prove non hanno trovato differenze di efficacia. La conferma più chiara è che le tabelle delle specifiche riportano FOM identici con l'uno o l'altro fosforo offerto come opzione sullo stesso tubo.
L'argomento onesto a favore del bianco è la minore fatica visiva nelle sessioni lunghe e, per alcuni, una migliore percezione dei contorni. È una cosa reale e vale il prezzo se fa per Lei. Non è un aumento di prestazioni, e un sovrapprezzo presentato come tale è un premio di mercato, non di fisica.
La versione breve
Il Figure of Merit è un numero di smistamento che un governo ha inventato per ordinare i tubi su un solo asse senza leggere la scheda tecnica. È un limite inferiore, non una misura del Suo tubo. È cieco ad alone, EBI, macchie, autogating, distorsione, invecchiamento e contrasto. Metà di esso è un parametro che smette di contare esattamente quando il dispositivo Le serve di più. E fra produttori non è confrontabile.
Lo usi per restringere una lista. Non lo usi per prendere la decisione.
Ci chieda la scheda tecnica. Ci chieda di scomporre il numero nelle sue due parti. E se riesce ad arrivare a Villmergen, venga a guardare attraverso due tubi in una stanza buia e decida con i Suoi occhi, l'unica prova che non ha mai mentito a nessuno.
Le domande sono benvenute, a qualsiasi livello di dettaglio. info@dtdsystems.ch, +41 76 225 50 04.