Как сделать тепловизор своими руками: советы от профи. Камеры видеонаблюдения с ик подсветкой Где можно использовать такой тепловизор

Измерение температуры с помощью термометра не последний вариант, который есть у нас сегодня. Существует несколько новых технологий, которые появились благодаря науке и они обещают более эффективные результаты, чем традиционные термометры. Инфракрасные и тепловизионные, это совершенно новые технологии, которые становятся все более популярными, особенно в промышленном использовании. По сути, эти две технологии объединяет одна общая черта – способность представить значение температуры объекта в виде визуальной информации.

Существуют специальные инфракрасные и тепловые камеры изображения, которые отображают вариации значений температуры объекта с помощью цветовой палитры. Обе, камера инфракрасного и теплового изображения используются в различных областях: в военной, безопасности и наблюдениях и различаются способом определения значений температуры объекта, который оценивается.

Как тепловизоры работают

Тепловые камеры измеряют абсолютную температуру объекта. Термограмма (картина, которая получена) представляет собой значение среднего инфракрасного излучения, которое испускает тело или объект. В то время как большинству инфракрасных устройств нужен свет, это не имеет решающего значения для тепловых камер. Одним из главных преимуществ этих устройств является их способность работать в полной темноте, а значит, их эксплуатация не зависит от присутствия света. Эта особенность делает тепловые камеры наиболее подходящими для измерения температуры в системах видеонаблюдения.

Как инфракрасные камеры работают

Инфракрасные камеры получают, обрабатывают и измеряют луч инфракрасного света. Инфракрасная съемка показывает энергию излучения, которую объекты испускают в инфракрасном спектре. Энергия излучения каждого элемента варьируется в зависимости от вариации значений температуры каждого элемента в частности. Инфракрасные тепловые камеры генерируют изображение инфракрасного излучения объекта. Люди чаще всего используют инфракрасную камеру для измерения условий окружающей среды вокруг отдельных зданий. Основной целью является обнаружение потенциальных проблем в изоляции и проблем с влагой.

Инфракрасная камера или тепловизор

Основная разница между инфракрасной и тепловой камерой состоит в типе обнаружения. В связи с тем, что камеры могут измерять инфракрасное излучение объекта в средней инфракрасной области спектра, они также известны как ИК-детекторы. Когда дело доходит до идентификации инфракрасной сигнатуры объекта, инфракрасные и тепловые устройства отличаются. ИК-камера имеет возможность обнаруживать активные инфракрасные сигнатуры, в то время как тепловизор может обнаружить текущую сигнатуру объекта в соответствии с текущей тепловой картиной объекта, что измеряется.

Не знаю как вам, а мне всегда было интересно: как выглядел бы мир, если бы цветовые каналы RGB в глазу человека были чувствительны к другому диапазону длин волн? Порывшись по сусекам, я обнаружил инфракрасные фонарики (850 и 940нм), комплект ИК фильтров (680-1050нм), черно-белую цифровую камеру (без фильтров вообще), 3 объектива (4мм, 6мм и 50мм) расчитанные на фотография в ИК свете. Что-ж, попробуем посмотреть.

На тему ИК фотографии с удалением ИК фильтра на хабре - на этот раз у нас будет больше возможностей. Также фотографии с другими длинами волн в каналах RGB (чаще всего с захватом ИК области) - можно увидеть в постах с Марса и в целом.

Это фонарики с ИК диодами: 2 левых на 850нм, правый - на 940нм. Глаз видит слабое свечение на 840нм, правый - только в полной темноте. Для ИК камеры они ослепительны. Глаз похоже сохраняет микроскопическую чувствительность к ближнему ИК + излучение светодиода идет с меньшей интенсивностью и на более коротких (=более видимых) длинах волн. Естественно, с мощными ИК светодиодами нужно быть аккуратным - при везении можно незаметно получить ожег сетчатки (как и от ИК лазеров) - спасает лишь то, что глаз не может излучение в точку сфокусировать.

Черно-белая 5-и мегапиксельная noname USB камера - на сенсоре Aptina Mt9p031. Долго тряс китайцев на тему черно-белых камер - и один продавец наконец нашел то, что мне было нужно. В камере нет никаких фильтров вообще - можно видеть от 350нм до ~1050нм.

Объективы: этот на 4мм, еще есть на 6 и 50мм. На 4 и 6мм - рассчитанные на работу в ИК диапазоне - без этого для ИК диапазона без перефокусировки снимки получались бы не в фокусе (пример будет ниже, с обычным фотоаппаратом и ИК излучением 940нм). Оказалось, байонет C (и CS с отличающимся на 5мм рабочим отрезком) - достался нам еще от 16мм кинокамер начала века. Объективы до сих пор активно производятся - но уже для систем видеонаблюдения, в том числе и известными компаниями вроде Tamron (объектив на 4мм как раз от них: 13FM04IR).

Фильтры: нашел опять у китайцев комплект ИК фильтров от 680 до 1050нм. Однако тест на пропускание ИК излучения дал неожиданные результаты - это похоже не полосовые фильтры (как я себе это представлял), а похоже разная «плотность» окраски - что изменяет минимальную длину волны пропускаемого света. Фильтры после 850нм оказались очень плотными, и требуют длинных выдержек. IR-Cut фильтр - наоборот, пропускает только видимый свет, понадобится нам при съемке денег.

Фильтры в видимом свете:

Фильтры в ИК: красный и зеленый каналы - в свете 940нм фонарика, синий - 850нм. IR-Cut фильтр - отражает ИК излучение, потому у него такой веселенький цвет.

Приступим к съемке

Панорама днем в ИК: красный канал - с фильтром на 1050нм, зеленый - 850нм, синий - 760нм. Видим, что деревья особенно хорошо отражают именно самый ближний ИК. Цветные облака и цветные пятна на земле - получились из-за движения облаков между кадрами. Отдельные кадры совмещались (если мог быть случайный сдвиг камеры) и сшивались в 1 цветную картинку в CCDStack2 - программа для обработки астрономических фотографий, где цветные снимки часто делают из нескольких кадров с различными фильтрами.

Панорама ночью: видно отличие по цвету разных источников света: «энергоэффективные» - синие, видны только в самом ближнем ИК. Лампы накаливания - белые, светят во всем диапазоне.

Книжная полка: практически все обычные объекты практически бесцветны в ИК. Либо черные, либо белые. Лишь некоторые краски имеют выраженный «синий» (коротковолновый ИК - 760нм) оттенок. ЖК экран игры «Ну погоди!» - в ИК диапазоне ничего не показывает (хотя работает на отражение).

Сотовый телефон с AMOLED экраном: совершенно ничего не видно на нем в ИК, равно как и синего индикаторного светодиода на подставке. На заднем фоне - на ЖК экране также ничего не видно. Синяя краска на билете метро прозрачна в ИК - и видна антенна для RFID чипа внутри билета.

На 400 градусах паяльник и фен - довольно ярко светятся:

Звезды

Известно, что небо голубое из-за Рэлеевского рассеяния - соответственно в ИК диапазоне оно имеет намного мЕньшую яркость. Возможно ли увидеть звезды вечером или даже днем на фоне неба?

Фотография первой звезды вечером обычным фотоаппаратом:

ИК камерой без фильтра:

Еще один пример первой звезды на фоне города:

Деньги

Первое, что приходит на ум для проверки подлинности денег - это УФ излучение. Однако купюры имеют массу спец.элементов, проявляющихся в ИК диапазоне, в том числе и видимых глазом. Об этом на хабре уже - теперь посмотрим сами:

1000 рублей с фильтрами 760, 850 и 1050нм: лишь отдельные элементы напечатаны краской, поглощающей ИК излучение:

5000 рублей:

5000 рублей без фильтров, но с освещением разными длинами волн:
красный = 940нм, зеленый - 850нм, синий - 625нм (=красный свет):

Однако инфракрасные хитрости денег на этом не заканчиваются. На купюрах есть антистоксовские метки - при освещении ИК светом 940нм они светятся в видимом диапазоне. Фотография обычным фотоаппаратом - как видим, ИК свет немного проходит через встроенный IR-Cut фильтр - но т.к. объектив не оптимизирован под ИК - изображение в фокус не попадает. Инфракрасный свет выглядит светло-сиреневым потому, что RGB фильтры Байера - .

Теперь, если добавить IR-Cut фильтр - мы увидим только светящиеся антистоксовские метки. Элемент выше «5000» - светится ярче всего, его видно даже при не ярком комнатном освещении и подсветке 4Вт 940нм диодом/фонариком. В этом элементе также красный люминофор - светится несколько секунд после облучения белым светом (или ИК->зеленого от антистоксовского люминофора этой же метки).

Элемент чуть правее «5000» - люминофор, светящийся зеленым некоторое время после облучения белым светом (он ИК излучения не требует).

Резюме

Деньги в ИК диапазоне оказались крайне хитрыми, и проверять их в полевых условиях можно не только УФ, но и ИК 940нм фонариком. Результаты съемки неба в ИК - рождают надежду на любительскую астрофотографию без выезда далеко за пределы города.

Можно разделить на семь сегментов излучения - лучи видимый свет, радиоволны, микроволны, и видимый свет. Глаз человека способен воспринять только «видимое излучение». У нас это принято называть светом. Его необычайно ярким примером может послужить радуга, где совсем обыкновенный белый цвет разложен на определенные сегменты. То ли дело инфракрасная камера.

Открыли еще в самом начале 19-го века. Оно представляет

Собой излучение электромагнитное, занимающее спектральный диапазон, пролегающий в границе между красным светом, который мы можем увидеть и коротковолновым излучением. На сегодняшний день все чаще изготавливается инфракрасная камера своими руками. Инфракрасное излучение можно разделить на три диапазона:

Длинноволновое.
Средневолновое.
Коротковолновое.

Искусственными источниками подобных волн могут послужить лампы накаливания, керамические либо металлические плиты, газовые горелки, спирали и т.д. В настоящее время инфракрасная камера широко применяется в самых разных областях нашей

Повседневной жизни. Это и косметология, и электроника, и медицина, и пищевая промышленность. На основании инфракрасного излучения выполняют множество сторонних приборов - детекторы валют, дистанционные управления, обогреватели и прожекторы.

Перспективное и актуальное направление применения тепловой энергии данных волн - сушка и стерилизация всевозможных продуктов и материалов. камера помогает подсушивать и дезинфицировать лакокрасочные материалы и пищевые продукты. В промышленности в основном применяют три метода сушки:

Терморадиационный способ (используется инфракрасное излучение).
Конвективный метод (с использованием горячего воздуха).
Комбинированный.

Инфракрасная камера помогает в работе с любым типом эмалей и красок, включая растворимые в воде и акриловые. В процессе такой сушки материалы лакокрасочные переходят из состояния жидкого в твердое, химики это называют отверждением. Во время сушки в камере конвективной сначала подсыхает и нагревается верхний слой покрытия, впоследствии препятствующий выходу растворителя.

Для того чтобы грамотно выбрать устройство сушки инфракрасной, необходимо обратить внимание на множество факторов, которые могут повлиять на процесс. В первую очередь это максимально возможный нагрев, который может допустить инфракрасная камера. Помимо этого - максимальный нагрев подложки того или иного материала, мощность, которую имеет источник энергии, а также массу и размер изделия, подвергаемого сушке.

Помимо всего прочего не стоит забывать о том, что время сушки напрямую зависит от цвета, который имеет краска и ее состав. Это связано с тем, что у разных материалов отражающая способность может отличаться. Светлые тона краски лучи не поглощают и отражают только часть из них, именно поэтому на их высыхание потребуется несколько больше времени. В то же время краски «металлик» могут этот эффект усилить. В них присутствуют частички алюминия, отражающие лучи подобно зеркалу. Краски темные сохнут значительно быстрее.

В качестве продолжения моей недавней заметки, посвященной я хочу рассказать о простейшем способе переделки обычной веб-камеры в так называемую камеру ночного видения — способную воспринимать инфракрасный диапазон спектра.

Что такое инфракрасная камера ночного видения

Фактически любая цифровая камера может выступать в качестве ЭОП (электронно-оптического преобразователя) для прибора ночного видения (ПНВ) нулевого поколения (в таких ПНВ используется активная ИК-подсветка местности), поскольку сами матрицы камер воспринимают не только видимый, но и ИК спектр. Отсекается «лишний» свет при помощи светофильтров (в данном случае — ИК фильтр) и делается это для того, чтобы выдаваемое камерой изображение соответствовало воспринимаемому человеческим глазом. К слову, в дешевых камерах ИК-фильтр слабый или может вовсе отсутствовать — для проверки можно посветить пультом ДУ например в камеру мобильного телефона. Следовательно, демонтировав ИК-фильтр можно из обычной веб-камеры сделать камеру ночного видения , заодно повысив общую чувствительность веб-камеры и избавившись от зашумлённости изображения в условиях недостаточного освещения

Демонтаж ИК-фильтра с веб-камеры

Рассмотрю процесс демонтажа ИК-фильтра на примере веб-камеры Logitech Webcam C120 . В интернете есть неплохой с описаниями (на англ.) способов удаления ИК-фильтров с веб-камер основных типоразмеров. Даже если конкретной модели камеры там нет (как нет моей например) — полезно найти ближайшую похожую и ознакомиться с её устройством, в дальнейшем это пригодится при разборке своей камеры. Внимание — не любую камеру можно безболезненно лишить фильтра — .

Первым делом необходимо разобрать корпус — сняв кожух с передней полусферы, вынув резиновую заглушку, закрывающую посадочное место крепежного винта и выкрутив сам винт. Для выполнения указанных операций потребуется как минимум тонкая крестовая отвертка (часовая подойдет лучше всего), заглушку удобно вынимать, подковырнув каким-нибудь острым предметом, хотя вполне реально обойтись ногтями.
После развинчивания камера разбирается на две половинки-полусферы, для чего нужно потянуть их в разные стороны от центрального шва. При этом можно удалить штатную подставку, если она не понадобится в дальнейшем, а также вынуть светопроводник от индикаторного светодиода и снять кнопку, расположенную сзади камеры.
Теперь необходимо вынуть из пазов плату с закрепленным на ней объективом. После чего с объектива снимается фокусировочное кольцо, а сам он откручивается от кожуха матрицы. Все снятое отложим в сторону и вплотную займемся главным — самой матрицей.
Для снятия кожуха с матрицы нужно открутить два винта, расположенных на задней стороне платы. Кожух по периметру приклеен к плате, так что снимать его надо аккуратно, но с приложением некоторого усилия. После снятия кожу плату с матрицей лучше тоже отложить подальше, чтобы матрицу случайно не повредить.
Переходим к главному шагу. ИК-фильтр приклеен к кожуху изнутри, лично у меня обратимо демонтировать его не получилось — пришлось просто выбить при помощи швейной иглы и вычистить остатки (делать это лучше в очках — ИК-фильтр стеклянный и мелкие кусочки стекла могут прилететь в глаз).
Вот и всё, камера ночного видения готова! Осталось поставить на место кожух (при установке обращаем внимание на ключи, расположенные на кожухе и плате — выступы и дырочки соответственно, совмещением которых обеспечивается правильность расположения кожуха). Прикручиваем объектив в кожуху, подключаем камеру и .

Теперь достаточно лишь заключить камеру в удобный корпус (можно использовать и штатные, если его размеры и форма вас устраивают) и разместить в нужном месте — например над входной дверью, подключив провод камеры к компьютеры. И наслаждаться самостоятельно собранной системой видеонаблюдения!

Зачем еще может пригодиться инфракрасная камера

Помимо того, что инфракрасная камера сама по себе менее чувствительна к плохой освещенности и потому лучше обычной подходит для использования в качестве охранной, у нее есть еще несколько интересных особенностей:

Первая и основная, вытекающая из самой сути ИК-камеры — она воспринимает ИК-излучение, а значит с такой камерой будет отлично работать невидимая невооруженным глазом ИК-подсветка (тот самый принцип ПНВ нулевого поколения). Дядюшка Ляо предлагает

Начать стоит с того, что любая камера может осуществлять видеонаблюдение в инфракрасном диапазоне. Определяется это тем, что спектральная чувствительность матрицы видеокамеры в той или иной степени захватывает часть ИК диапазона.

Нужно сразу оговориться - речь пойдет о формировании изображения за счет отраженных инфракрасных лучей.

Фиксация собственного теплового излучения объекта под силу специальным устройствам - приборам ночного видения, тепловизорам, которые по принципу действия с камерами видеонаблюдения имеют мало общего.

Если ставится задача организации наблюдения преимущественно или исключительно в ночное время то при выборе камеры следует учитывать следующие моменты:

Монохромные (черно - белые) аналоговые камеры подходят для этих целей значительно лучше нежели цветные. Определяется это их устройством и принципом действия.

Во-первых, изготовленные по CCD (ПЗС) технологии матрицы , которые используются в этих приборах не имеют на своей поверхности дополнительных микроэлектронных элементов, соответственно, вся их площадь используется исключительно для формирования изображения.
Во-вторых, поскольку чувствительность матрицы во многом определяется количеством света, приходящимся на единицу ее площади, а для формирования цветного изображения используются три элементарные площадки (монохромного - одна) преимущество видеокамер черно-белого изображения становится очевидным.

ИК ПОДСВЕТКА ДЛЯ КАМЕР ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ

Какой бы высокой светочувствительностью не обладала видеокамера, но для организации видеонаблюдения в условиях недостаточной освещенности без дополнительной инфракрасной подсветки не обойтись. Причины, по которым используется ИК диапазон могут быть разными. Видеонаблюдение в инфракрасной области спектра может применяться:

в случаях, когда использовать искусственное освещение экономически нецелесообразно;
при необходимости обеспечить скрытность видеонаблюдения;
на объектах, где недопустимо применение источников видимого света.

Последний момент несколько специфичен, но при организации наблюдения, например, в кинотеатрах во время сеанса он должен быть учтен.

Нужно заметить, что эффективность ИК подсветки зависит, помимо прочего, от чувствительности камеры видеонаблюдения в инфракрасном диапазоне. Дело в том, что в большинстве случаев мы хотим за счет одной видеокамеры осуществлять наблюдение как днем, так и ночью. Причем в светлое время суток требуется получение качественного цветного изображения.

Эти две задачи противоречивы по своей сути. Наличие режима "день-ночь" у цветных камер видеонаблюдения полноценно это противоречие не устраняет. Лучшие результаты дает применение механического ИК фильтра.

Конструктивно инфракрасная подсветка реализуется двумя способами:

встроенная в камеру видеонаблюдения;
выполненная отдельным блоком (ИК прожектор).

Последний вариант рассматривается ниже, а вот если вы остановили свой выбор на камере со встроенной подсветкой, имейте в виду, что большая дальность подсветки требует соответствующей мощности светодиодов. А большая мощность требует хорошего теплоотвода, иначе видеокамера тривиально перегреется (особенно это касается IP устройств).

Вы видели видеокамеры широкого применения с внешними радиаторами? Поэтому когда я вижу камеру с заявленной дальностью ИК подсветки более 20 метров меня терзают смутные сомненья в ее эффективности.

ИК ПРОЖЕКТОРЫ

Инфракрасные прожекторы для систем видеонаблюдения позволяют эффективно вести наблюдение в темное время суток. Конструктивно они представляют собой функционально законченное устройство в отдельном корпусе. По типу излучателя они могут быть:

ламповыми;
светодиодными.

Первые имеют относительно небольшой рабочий ресурс, небезопасны в эксплуатации, поэтому сейчас практически не применяются. Светодиодные прожекторы компактны, устойчивы в различного рода вибрациям и сотрясением, имеют высокий КПД. Их основными техническими характеристиками являются:

мощность излучения;
углом подсветки;
дальностью;
длиной волны ИК излучения.

Чем больше мощность инфракрасного прожектора и меньше угол подсветки тем на большем расстоянии он действует.

Мощность определяется количеством и типом светодиодов. Угол освещения также определяется двумя факторами: конструкцией светодиодов и характером их размещения в корпусе прибора. Поскольку сами по себе светодиоды формируют достаточно узкий пучок излучения, для подсветки больших площадей их оптические оси должны располагаться под углом друг другу.

Угол подсветки прожектора должен соответствовать углу обзора камеры видеонаблюдения. Исключение могут составлять случаи, когда места установки видеокамеры и прожектора разнесены. Кроме того, возможен вариант, когда один прожектор используется для освещения зоны обзора нескольких камер.

Например, для камеры с фокусным расстоянием 3,6 мм максимальное рабочее расстояние составит порядка 15 метров. Грубо прикидываем, что угол ее "зрения" составляет 60 0 . Соответственно такие же параметры должен иметь ИК прожектор для совместной с ней работы.

Имейте ввиду, получить большую дальность подсветки при большом угле раскрыва излучения ИК прожектора - задача технически сложная. В широкой продаже такие устройства не встретишь или цена их будет чрезвычайно высока.

Так что к выбору устройства инфракрасной подсветки надо подходить вдумчиво и критически относиться к различного рода рекламным заявлениям.

* * *