Folk kan typisk se meget godt i dagtimerne, da der er lys nok til, at vores øjne fungerer pålideligt. Men om natten betyder det reducerede omgivende lys, at vores øjne ikke fungerer så godt. For delvist at bekæmpe dette, bruger vores øjne to separate lysfølsomme celler, en i svag belysning og den anden med tilstrækkelig belysning.
Kegler og stænger
Vores øjne bruger kegleformede celler i løbet af dagen, disse kegler er ikke specielt lysfølsomme og fungerer derfor ikke særlig godt om natten. En af de ting, som kegler gør for os, er at lade os se i farver. Mennesker har tre forskellige typer kegler, der reagerer på forskellige måder på forskellige bølgelængder af lys, og så lader de os se i farver
Den anden type lysfølsomme celler i vores øjne er stavformet. Stængerne er meget mere lysfølsomme og bruges primært når det er mørkt, da de hjælper os med at se bedre. Stænger er ikke særlig følsomme over for farve, hvilket er den primære årsag til, at farver er meget mindre tydelige om natten.
Stangceller kan reagere på en enkelt foton af lys, mens ti til hundredvis af fotoner aktiverer en keglecelle og sender det samme signal tilbage til din hjerne.
Tip: Foton er navnet på en enkelt lyspartikel.
Passive nattesynsapparater
Natsynsbriller arbejder ud fra princippet om at være følsomme over for meget lave lysniveauer. Fotoner kommer ind i linsen og rammer en "fotokatode". Fotokatoden frigiver elektroner, som derefter accelereres gennem et elektromagnetisk felt til en "mikrokanalplade". Mikrokanalpladen multiplicerer elektronerne, der rammer den, som derefter accelereres mod en fosforskærm. Fosforskærmen genererer det grøntonede nattesynsbillede, som de fleste kender. Grøn bruges, fordi det er den farve, som menneskelige øjne er mest følsomme over for.
Der er ingen kendt direkte metode til at multiplicere antallet af fotoner, dog er der kendte metoder til omdanne fotoner til elektroner, gange antallet af elektroner og transformere elektronerne tilbage til fotoner. Denne form for nattesyn fungerer kun i dårligt oplyste omgivelser, hvor der er omgivende lys at forstærke.
Termiske kameraer bruger infrarødt lys, som er usynligt for mennesker. Dette er typisk i den lang-bølgelængde del af det infrarøde spektrum, hvor nogenlunde stuetemperatur objekter udsender varme.
Tip: Denne "termiske" del af det infrarøde spektrum dækker bølgelængder mellem 8 og 15 mikrometer (en mikrometer er en milliontedel af en meter). Varmere objekter udsender højere energi infrarød stråling med kortere bølgelængder. Det overordnede infrarøde spektrum spænder fra 0,75 mikrometer for nær-infrarød til 1000 mikrometer ved fjern-infrarød. Til sammenligning varierer det synlige spektrum fra 0,4 til 0,7 mikrometer for henholdsvis violet til rødt lys.
Infrarøde kameraer gør det nemt at identificere tilstedeværelsen af varmere eller køligere genstande end den omgivende temperatur. Termisk billeddannelse bruger generelt enten sort-hvid eller falske farveskærme. Sort-hvide skærme bruger typisk hvid til at fremhæve tilstedeværelsen af varmere genstande, en typisk eksempel på dette er et termisk kamera monteret på en politihelikopter for at spore flygtende mistænkte kl. nat. I dette eksempel er personens kropsvarme varmere end omgivelserne, hvilket gør det nemt at få øje på dem.
Falske farveskærme tildeler en farve afhængigt af bølgelængden af det detekterede infrarøde lys, hvor varmere objekter fremhæves med lysere farver. Falske farveskærme bruges typisk, når man forsøger at bruge et termisk kamera til at måle temperaturen på et objekt, da det er lettere at identificere mere subtile temperaturvariationer.
Aktive nattesynsenheder
Nogle nattesynsenheder bruger aktiv belysning til at give ekstra lys, som termokameraet kan registrere. Dette er i bund og grund det samme som at lyse med en fakkel, så du kan se, men det lys, der bruges, er i det infrarøde spektrum og er derfor usynligt for mennesker. Den ekstra belysning hjælper med at gøre det nemmere at opnå infrarøde billeder i høj opløsning og bruges derfor ofte sammen med sikkerhedskameraer.