Главная › Интернет › Ик камеры. Инфракрасные камеры видеонаблюдения. Особенности эксплуатационных характеристик

Ик камеры. Инфракрасные камеры видеонаблюдения. Особенности эксплуатационных характеристик

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 уже писали - 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 о космосе 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 кратко писали - 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 - прозрачны для ИК .

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.

В ночное время большинство камер видеонаблюдения становятся бесполезными из-за недостатка освещения. Постоянное освещение места размещения камеры не является выходом из ситуации.

Оптимальным выбором в этом случае становятся камеры с инфракрасной подсветкой.

Такие устройства ведут незаметное наблюдение в любое время суток и позволяют получать изображение даже в полной темноте.

ИК подсветка камеры выполняется в виде ламп или светодиодов, излучающих узкий инфракрасный спектр, незаметный человеческому глазу.

Днем ИК камера работает как обычное . В современных моделях переключение на инфракрасный режим происходит автоматически при достижении определенной освещенности.

При переключении режима день/ночь устройство самостоятельно корректирует фокус для достижения нужной четкости и резкости изображения.

Полученное изображение передается на служебный монитор или экран компьютера, а также записывается на жесткий диск. В ночное время сигнал отличается наличием искажений, связанных с отражением излучения от различных поверхностей, например, от растений, поэтому изображение выглядит иначе, чем в светлое время суток.

Основной характеристикой камеры с инфракрасной подсветкой является дальность обнаружения – расстояние от камеры, на котором силуэт отображается четко.

Зависит дальность от чувствительности камеры и мощности излучения.

Виды камер видеонаблюдения с ИК подсветкой

Камеры с ИК подсветкой бывают цветные и черно-белые. Монохромные объективы более чувствительны, чем цветные. Они имеют лучшую разрешающую способность и в темное время суток позволяют получать более точные изображения.

Цветные камеры при низкой освещенности выдают некачественные изображения, поэтому оптимальным становится вариант автоматического переключения на черно-белый режим в темное время суток.

По своей конструкции и предназначению ИК камеры бывают:

модульные (без корпуса, монтируются в предметы интерьера);
цилиндрические;
(в виде полусферы);
антивандальные (с защитным корпусом);
уличные (в гермокожухе с обогревом);
роботизированные поворотные.

По типу излучающих элементов различаются ламповые (галогенные) и светодиодные камеры. В ламповых ИК подсветка видна отчетливо, имеет небольшой срок службы (6 месяцев) и требует индивидуальных источников питания, зато они обеспечивают подсветку на расстоянии до 100 метров.

У светодиодных излучателей срок службы достигает 30 лет, но дальность составляет до 30 метров.

Они отличаются малым энергопотреблением, высокой надежностью и небольшими размерами.

Наряду с невысокой стоимостью продукция бренда отличается надежностью и качественным исполнением. Применяются камеры GTVS как в домашнем обиходе, так и на производстве.

GT-D1280LIR	GT-W2100HIR	GT-SDA10X

Тип
купольная	уличная цилиндрическая	скоростная с х10 кратным оптическим зумом
Дальность подсветки
20 метров	20 метров	50 метров
ИК фильтр
механический	механический	механический
Разрешение
720P	1080P/960H	720P
Сенсор
1/3 SONY 1 Megapixel CMOS Sensor OV9712S	IMX322	1/3″ CMOS Sony IMX238

Samsung

Популярная южнокорейская компания и известный мировой производитель электроники выпускает аналоговые и с электромеханическим, электрическим и переключаемым ИК фильтром и повышенной точностью получаемого изображения.

Для устранения дефектов получаемого видео используются современные технологии, такие как авторегулировка усиления, шумоподавление и компенсация засветки.

SCV-2081RP	SCO-2040RP	SCO-2080RHP

Тип
уличная купольная	уличная цилиндрическая	корпусная
Дальность подсветки
20 метров	25 метров	50 метров
ИК фильтр
электромеханический	переключаемый	Электромеханический
Разрешение
600/700 ТВЛ	650 ТВЛ	700 ТВЛ
Сенсор
1/3″ ПЗС-матрица Super HAD II	1/3” CMOS	1/3” Super HAD CCD II

Pinetron

Южнокорейская фирма Pinetron входит в группу компаний Daewoo Electronics изанимается производством профессиональной техники для систем видеонаблюдения, и бытовой техники.

При производстве камер бренд делает ставку на повышенную степень защиты от пыли и влаги IP66, что позволяет применять их в самых тяжелых для техники условиях.

PCB-70F-24	PCD-70F-24 W	PCD-50F-24

Тип
уличная цилиндрическая	купольная	купольная
Дальность подсветки
25 метров	25 метров	20 метров
ИК фильтр
механический	механический	механический
Разрешение
720P/960H	720P/960H	720P/960H
Сенсор
	1/3″ Sony 1.3 MegaPixel CMOS Sensor	1/3” КМОП-матрица 960H

Предназначены для организации непрерывного мониторинга на территории не только днем, но и недостаточном видимом свете, например, в сумерках или ночью. На объектах различного масштаба и отраслевой принадлежности применяются ик камеры видеонаблюдения, способные без дополнительного оборудования, типа прожекторов, продолжать полноценный контроль территории в темноте. Инфракрасное излучение, широко используемое в видеонаблюдении, невидимо человеческому глазу, за счет чего обладает рядом преимуществ. Включенная ИК-подсветка не мешает обычному режиму освещения, потребляет сравнительно немного электроэнергии, а самое главное - незаметна для злоумышленника.

Работа встроенной ИК-подсветки организована довольно просто. По сигналу встроенного фотодатчика при понижении освещенности до определенного уровня, камера видеонаблюдения с ик подсветкой переходит в черно-белый режим работы и автоматически включается ИК-подсветка. В этом режиме чувствительность матрицы увеличивается в несколько раз, а функция шумоподавления убирает помехи на изображении, поэтому камера видеонаблюдения с ик подсветкой формирует информативные монохромные видеокадры объекта наблюдения, погруженного почти в полную темноту.

Особенно эффективны ИК-светодиоды третьего поколения, которыми оснащены видеокамеры в последнее время. Подсветка, реализованная с помощью таких диодов, во много раз эффективнее и экономичнее. Так, дальность подсветки некоторых камер достигает 50 метров. Общая потребляемая мощность таких камер не достигает 10 Вт, при этом камера исправно работает на морозе. Рабочая температура большинства камер с ИК-подсветкой позволяет эксплуатировать их и в суровые морозы зимой, и в сильную жару летом.

Управление некоторыми камерами с ИК-подсветкой доступно через UTC-интерфейс. Благодаря этому изменить настройки камеры можно удаленно

Сферы применения

Видеокамеры с ик-подсветкой обычно предназначены для работы в составе уличных систем наблюдения. Поэтому они выполнены в прочных металлических корпусах с защитой от пыли и влаги. Некоторые ик камеры видеонаблюдения имеют вандалозащищенный корпус. Поэтому такие камеры часто применяются для внешнего наблюдения на объектах повышенной опасности, охранных комплексах, складских помещениях, парковках, производственных участках.

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.

* * *