Ich weiß nichts über Sie, aber ich habe mich immer gefragt: Wie würde die Welt aussehen, wenn die RGB-Farbkanäle im menschlichen Auge für einen anderen Wellenlängenbereich empfindlich wären? Nachdem ich den Boden durchwühlt hatte, fand ich Infrarot-Taschenlampen (850 und 940 nm), einen Satz IR-Filter (680-1050 nm), eine Schwarzweiß-Digitalkamera (überhaupt keine Filter) und 3 Objektive (4 mm, 6 mm und 50 mm) für die Fotografie im IR-Licht. Nun, lass uns versuchen zu sehen.

Wir haben bereits über das Thema IR-Fotografie mit dem Entfernen des IR-Filters bei Habré geschrieben - diesmal haben wir mehr Möglichkeiten. Außerdem können Fotos mit anderen Wellenlängen in RGB-Kanälen (meistens mit IR-Erfassung) in Posts vom Mars und über den Weltraum im Allgemeinen gesehen werden.

Dies sind Taschenlampen mit IR-Dioden: 2 links bei 850 nm, rechts bei 940 nm. Das Auge sieht ein schwaches Leuchten bei 840 nm, das richtige nur in völliger Dunkelheit. Für eine IR-Kamera sind sie blendend. Das Auge scheint die mikroskopische Empfindlichkeit gegenüber nahem Infrarot zu behalten + LED-Strahlung ist bei geringerer Intensität und bei kürzeren (\u003d besser sichtbaren) Wellenlängen. Natürlich müssen Sie mit leistungsstarken IR-LEDs vorsichtig sein - wenn Sie Glück haben, können Sie die Netzhaut (sowie von IR-Lasern) unmerklich verbrennen - das einzige, was Sie rettet, ist, dass das Auge die Strahlung nicht auf einen Punkt fokussieren kann.

Schwarz-Weiß-USB-Kamera mit 5 Megapixeln ohne Namen - auf dem Aptina Mt9p031-Sensor. Die Chinesen haben lange Zeit über Schwarz-Weiß-Kameras geschüttelt - und ein Verkäufer hat endlich gefunden, was ich brauchte. Es gibt überhaupt keine Filter in der Kamera - Sie können von 350 nm bis ~ 1050 nm sehen.

Ziele: Dieser ist 4mm, es gibt noch 6 und 50mm. Bei 4 und 6 mm - für den IR-Bereich ausgelegt - wären die Bilder für den IR-Bereich ohne Refokussierung unscharf (ein Beispiel mit einer herkömmlichen Kamera und einer IR-Strahlung von 940 nm). Es stellte sich heraus, dass die C-Halterung (und CS mit einer Brennweite von 5 mm) von 16-mm-Kameras zu Beginn des Jahrhunderts stammte. Objektive werden immer noch aktiv produziert - aber bereits für Videoüberwachungssysteme, auch von bekannten Unternehmen wie Tamron (das 4-mm-Objektiv stammt nur von ihnen: 13FM04IR).

Filter: Ich habe wieder einen Satz IR-Filter von 680 bis 1050 nm von den Chinesen gefunden. Der IR-Transmissionstest ergab jedoch unerwartete Ergebnisse - es sieht nicht nach Bandpassfiltern aus (wie ich es mir vorgestellt habe), sondern nach unterschiedlichen "Dichte" -Farben -, die die minimale Wellenlänge des durchgelassenen Lichts ändern. Filter nach 850 nm erwiesen sich als sehr dicht und erfordern Langzeitbelichtungen. IR-Cut-Filter - im Gegenteil, lässt nur sichtbares Licht durch, wir brauchen es, wenn wir Geld schießen.

Filter für sichtbares Licht:

IR-Filter: rote und grüne Kanäle - im Licht einer 940-nm-Taschenlampe, blau - 850-nm. IR-Cut-Filter - reflektiert IR-Strahlung, deshalb hat er eine so lustige Farbe.

Lass uns anfangen zu schießen

Tages-IR-Panorama: roter Kanal - mit einem Filter bei 1050 nm, grün - 850 nm, blau - 760 nm. Wir sehen, dass Bäume das nahe Infrarot besonders gut reflektieren. Farbige Wolken und farbige Flecken auf dem Boden - entstanden aus der Bewegung der Wolken zwischen den Rahmen. In CCDStack2 - einem Programm zur Verarbeitung astronomischer Fotos, bei dem Farbbilder häufig aus mehreren Bildern mit unterschiedlichen Filtern erstellt werden, wurden separate Bilder kombiniert (falls es zu einer versehentlichen Kameraverschiebung kommen könnte) und zu einem Farbbild zusammengefügt.

Panorama bei Nacht: Sie können den Farbunterschied verschiedener Lichtquellen erkennen: "energieeffizient" - blau, nur im nahen Infrarot sichtbar. Glühlampen sind weiß, sie leuchten im gesamten Bereich.

Bücherregal: Fast alle gängigen Objekte sind im IR praktisch farblos. Entweder schwarz oder weiß. Nur einige Farben haben einen ausgeprägten "blauen" Farbton (kurzwelliges IR - 760 nm). LCD-Bildschirm des Spiels "Warte nur!" - zeigt nichts im IR-Bereich (obwohl es für die Reflexion funktioniert).

Handy mit einem AMOLED-Bildschirm: Im IR ist absolut nichts zu sehen, ebenso die blaue Anzeige-LED am Ständer. Im Hintergrund ist auch auf dem LCD-Bildschirm nichts zu sehen. Die blaue Farbe auf dem U-Bahn-Ticket ist im IR transparent - und die Antenne für den RFID-Chip im Ticket ist sichtbar.

Bei 400 Grad sind ein Lötkolben und ein Fön ziemlich hell:

Sterne

Es ist bekannt, dass der Himmel aufgrund der Rayleigh-Streuung blau ist - dementsprechend hat er im IR-Bereich eine viel geringere Helligkeit. Ist es möglich, die Sterne abends oder sogar tagsüber gegen den Himmel zu sehen?

Foto des ersten Sterns am Abend mit einer gewöhnlichen Kamera:

IR-Kamera ohne Filter:

Ein weiteres Beispiel für den ersten Stern im Hintergrund der Stadt:

Geld

Das erste, was mir bei der Authentifizierung von Geld einfällt, ist UV-Strahlung. Banknoten haben jedoch viele spezielle Elemente, die im IR-Bereich erscheinen, einschließlich der für das Auge sichtbaren. Wir haben bereits kurz auf Habré darüber geschrieben - jetzt wollen wir uns selbst davon überzeugen:

1000 Rubel mit Filtern 760, 850 und 1050 nm: Nur einzelne Elemente werden mit IR-absorbierender Tinte gedruckt:

5000 Rubel:

5000 Rubel ohne Filter, aber mit Beleuchtung bei verschiedenen Wellenlängen:
rot \u003d 940 nm, grün - 850 nm, blau - 625 nm (\u003d rotes Licht):

Infrarot-Geldtricks enden hier jedoch nicht. Die Banknoten haben Anti-Stokes-Markierungen - wenn sie mit IR-Licht bei 940 nm beleuchtet werden, leuchten sie im sichtbaren Bereich. Nehmen Sie ein Foto mit einer normalen Kamera auf - wie Sie sehen können, geht das IR-Licht ein wenig durch den eingebauten IR-Cut-Filter - aber weil Das Objektiv ist nicht für IR optimiert - das Bild ist unscharf. Infrarotlicht sieht hellviolett aus, da Bayer-RGB-Filter für IR transparent sind.

Wenn wir nun einen IR-Cut-Filter hinzufügen, sehen wir nur leuchtende Anti-Stokes-Marker. Das Element über "5000" - leuchtet am hellsten, es ist auch bei nicht heller Raumbeleuchtung und 4W 940nm Dioden- / Taschenlampenbeleuchtung sichtbar. Dieses Element enthält auch einen roten Leuchtstoff - er leuchtet nach Bestrahlung mit weißem Licht (oder IR-\u003e Grün von einem Anti-Stokes-Leuchtstoff des gleichen Etiketts) einige Sekunden lang.

Das Element etwas rechts von "5000" ist ein Leuchtstoff, der nach Bestrahlung mit weißem Licht einige Zeit grün leuchtet (es erfordert keine IR-Strahlung).

Zusammenfassung

Geld im IR-Bereich erwies sich als äußerst schwierig, und Sie können es vor Ort nicht nur mit einer UV-Taschenlampe, sondern auch mit einer IR 940-nm-Taschenlampe überprüfen. Die Ergebnisse der Aufnahme des Himmels im IR - geben Anlass zur Hoffnung auf Amateur-Astrofotografie, ohne weit außerhalb der Stadt zu gehen.

Hot Spots und damit Schwachstellen in unserer Umgebung zu sehen, war in der modernen Wärmebildtechnik schon immer ein faszinierender Prozess. Infrarotkameras haben erhebliche Änderungen in Bezug auf die Verbesserung des Preis-Leistungs-Verhältnisses erfahren, nicht zuletzt aufgrund der immer effizienteren Verfahren zur Herstellung optischer Infrarotbildsensoren. Die Technik ist kleiner geworden und die Geräte sind langlebiger und hinsichtlich des Energieverbrauchs unprätentiös. Wie funktionieren moderne Infrarotkameras?

Wie eine Infrarotkamera funktioniert

Wärmebildkameras funktionieren wie herkömmliche Digitalkameras: Sie haben ein Sichtfeld, das sogenannte Sichtfeld (FOV), das als Teleobjektiv 6 °, als Standardoptik 23 ° und als Weitwinkelobjektiv 48 ° betragen kann. Je weiter Sie vom Messobjekt entfernt sind, desto größer ist der abgedeckte Bereich des Bildes und damit die Größe des Rahmens, den ein einzelnes Pixel registriert. Dies hat den Vorteil, dass die Helligkeit des Glühens mit einer ausreichend großen Fläche nicht von der Entfernung abhängt. Infolgedessen beeinflusst der Abstand zum Messobjekt den Temperaturmessprozess nicht wesentlich.

Wärmestrahlung im mittleren Infrarotbereich kann nur mit einer Optik aus Germanium, Germaniumlegierungen, Zinksalzen oder mit oberflächenbeschichteten Spiegeln fokussiert werden. Diese verbesserte Optik ist immer noch ein bedeutender Kostenfaktor bei der Herstellung von Wärmebildkameras im Vergleich zu herkömmlichen Linsen mit hohem Volumen im sichtbaren Spektralbereich. Sie bestehen aus einem sphärischen 3-Linsen-Objektiv oder einem asphärischen 2-Linsen-Objektiv und müssen für korrekte thermometrische Messungen an Kameras mit Wechselobjektiven in Bezug auf ihre Wirkung auf jedes einzelne Pixel kalibriert werden.

Das Hauptelement jeder Wärmebildkamera: der Fokusbereichssensor

Das Hauptelement jeder Wärmebildkamera ist normalerweise ein Focal Area Array (FPA). Es ist ein eingebauter Bildsensor mit 20.000 bis 1 Million Pixel. Jedes Pixel ist selbst ein Mikrobolometer mit einer Größe von 17 x 17 bis 35 x 35 µm². Diese 150-Nanometer-Wärmemelder werden mittels Wärmestrahlung 10 ms lang erhitzt, was etwa einem Fünftel der Differenz zwischen der Temperatur des Objekts und seiner eigenen Temperatur entspricht. Diese Art von hoher Empfindlichkeit wird durch eine sehr geringe Wärmekapazität in Kombination mit der hervorragenden Isolierung der Infrarotkamera in einer relativ freien Umgebung erreicht. Der Absorptionskoeffizient einer teilweise transparenten Empfängerfläche wird durch die Wechselwirkung einer durchgelassenen Lichtwelle erhöht und dann mit einer nachfolgenden Lichtwelle auf der Oberfläche eines Siliziumkristalls reflektiert.

Um diesen Selbstinterferenzeffekt nutzen zu können, muss die Bolometeroberfläche, bestehend aus Vanadiumoxid oder amorphem Silizium, in einem Abstand von ca. 2 μm von der Ausleseschaltung entfernt. Die spezifische Detektivität der hier beschriebenen Matrix im Fokusbereich, bezogen auf die Oberfläche und die Bandbreite, erreicht Werte von etwa 109 cm Hz 1/2/W. Dies ist eine Größenordnung besser als bei anderen Wärmesensoren, die beispielsweise in Pyrometern verwendet werden. Aufgrund der eigenen Temperatur des Bolometers ändert sich sein Widerstand erneut, was in ein elektrisches Spannungssignal umgewandelt wird. Schnelle 14-Bit-Analog-Digital-Wandler digitalisieren vorverstärktes und serialisiertes Videosignal. Das digitale Signalverarbeitungssystem berechnet die Temperatur für jedes einzelne Pixel und erzeugt in Echtzeit bekannte Pseudofarbbilder oder Thermodiagramme.

Wärmebildkameras erfordern eine ziemlich teure Kalibrierung, bei der jedem Pixel eine Reihe von Empfindlichkeitswerten für unterschiedliche Temperaturen der Mikroschaltung oder des schwarzen Emitters zugewiesen werden müssen. Um die Genauigkeit der Messung der Matrix im Fokusbereich des Bolometers zu erhöhen, werden sie bei bestimmten Temperaturen mit einer hohen Regelgenauigkeit thermostatisiert.

Wärmeübertragung und Analyse

Dank der Entwicklung immer leistungsfähigerer, kompakterer und gleichzeitig kostengünstiger Laptops, ultra-mobiler PCs, Netbooks und Tablets ist es nun möglich, diese zu verwenden.

• große Displays zur Darstellung von Thermodiagrammen,
• optimierte Lithium-Ionen-Batterien für die Stromversorgung,
• rechenleistung für flexible, qualitativ hochwertige Echtzeit-Signalpräsentation,
• speicherkapazitäten für praktisch unbegrenzte Videoaufzeichnung von Thermodiagrammen sowie
• schnittstellen wie Ethernet, Bluetooth, WLAN und Software zur Integration des thermografischen Systems in die Benutzerumgebung.

Die standardmäßige und verfügbare USB 2.0-Schnittstelle ermöglicht die Datenübertragung mit derselben Geschwindigkeit

• 30 Hz mit einer Auflösung von 320 x 240 Pixel und
• 120 Hz für Seitenverhältnisse von 20.000 Pixel.

Die 2009 eingeführte USB 3.0-Technologie eignet sich auch für XGA-Thermodiagramme mit einer Auflösung von bis zu 100 Hz. Durch die Anwendung des Webcam-Prinzips in der Thermografie wurden völlig neue Produkteigenschaften mit einem deutlich verbesserten Preis-Leistungs-Verhältnis geschaffen. In diesem Fall wird die Wärmebildkamera in Echtzeit über eine Schnittstelle mit einer Datenübertragungsrate von 480 MBaud, die gleichzeitig Strom liefert, mit einem PC unter Windows © verbunden.

Wärmebildkameras Hardware

Der USB-Standard diente bisher nur als Kommunikationsmittel für Bürogeräte. Im Vergleich zum FireWire-Bus hat die weit verbreitete Verwendung dieses Schnittstellenstandards zahlreiche Entwicklungen ausgelöst, die die industrielle Anwendbarkeit dieser Schnittstelle und folglich die Möglichkeit, Endgeräte mit dem USB 2.0-Standard und vor allem Infrarot-USB-Kameras zu verwenden, erheblich verbessert haben. Diese schließen ein:

• kabel, das als Energiekette betrieben werden kann und Belastungen von bis zu 200 ° C und einer Länge von bis zu 10 m standhält;
• verlängerungskabel bis 100 m CAT5E (Ethernet) mit Signalverstärkern;
• glasfaser-USB-Modems für Kabellängen bis zu 10 km.

Aufgrund der hohen Bandbreite des USB-Bussignals ist es beispielsweise möglich, fünf 120-GHz-Infrarotkameras über einen Standard-Hub über ein 100 m Ethernet-Kabel an einen Laptop anzuschließen.

Die wasserdichten, vibrations- und stoßfesten Wärmebildkameras der optris PI-Serie entsprechen der Schutzklasse IP 67 und sind daher für den zuverlässigen Einsatz auf Prüfständen geeignet. Die Größe von 45 x 45 x 62 mm³ und das Gewicht von 200 g reduzieren die Installationskosten des Kühlgehäuses und der Blasdüsen erheblich.

Obligatorisch: Offsetkalibrierung

Aufgrund der thermischen Verschiebung der Bolometer und ihrer On-Chip-Signalverarbeitung erfordern alle Infrarotkameras, die Messungen durchführen, alle paar Minuten eine Offsetkorrektur. Zu diesem Zweck wird das geschwärzte Metallteil elektrisch vor dem Bildsensor bewegt. Dadurch wird jedes Bildelement auf die gleiche bekannte Temperatur eingestellt. Natürlich funktionieren die Wärmebildkameras während dieser Offset-Kalibrierung nicht. Um den negativen Effekt eines solchen Prozesses irgendwie zu reduzieren, kann die Aktivierung der Offsetkorrektur zu einem bestimmten Zeitpunkt durch Einstellen eines externen Steuerkontakts konfiguriert werden.

Darüber hinaus sind die Kameras so konzipiert, dass die Selbstkalibrierung so schnell wie möglich durchgeführt wird: Die Installation relativ schneller Aktuatoren ermöglicht eine Selbsteinstellung innerhalb von 250 ms. Dies ist vergleichbar mit der Länge des Augenlidschlusses und daher für viele Messvorgänge akzeptabel. Auf Förderbändern, auf denen unerwartete Hot Spots erkannt werden müssen, können häufig „gute“ Referenzbilder in Echtzeit als Teil der dynamischen Bilddifferenzmessung verwendet werden. Dies ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb ohne die Notwendigkeit eines mechanischen Elements.

Bei Verwendung der Kamera hat sich die Technologie der Laserbearbeitung von CO2-Signalen mit einer Wellenlänge von 10,6 Mikrometern als fähig erwiesen, den optischen Kanal aufgrund externer Steuerung zu schließen und gleichzeitig den optomechanisch geschützten Modus der Kamera unabhängig zu signalisieren. Dank einer guten Filterblockierung können Temperaturmessungen in situ für alle anderen Verarbeitungslaser durchgeführt werden, die im Bereich von 800 nm bis 2,6 µm arbeiten.

Bereiche von Wärmebildkameras

• Analyse dynamischer thermischer Prozesse in der Produktentwicklung und Herstellung
• Stationärer Einsatz zur kontinuierlichen Überwachung und Regelung thermischer Prozesse
• In einigen Fällen als tragbares Messgerät bei Reparaturarbeiten und zur Bestimmung der Stellen, an denen Wärme austritt, verwenden
• In-Flight-Thermografie für schwer sichtbare Oberflächen vom Boden aus

Die 120-GHz-Videoaufzeichnungsfunktion bietet auch für Forschung und Entwicklung mehrere Vorteile. Infolgedessen werden thermische Prozesse, die nur kurz in das Sichtfeld der Kamera eintreten, später in Zeitlupe bequem analysiert. Auf diese Weise können Sie zusätzlich separate Bilder aus solchen Filmmaterialien mit voller geometrischer und thermischer Auflösung erstellen.

Darüber hinaus ermöglicht die austauschbare Optik einschließlich des Mikroskopaufsatzes die Anpassung des Geräts an verschiedene Messaufgaben: Während 6 ° -Objektive eher zur Beobachtung von Details aus großer Entfernung verwendet werden, kann der Mikroskopaufsatz Objekte mit einer Größe von 4 x 3 mm² messen mit einer geometrischen Auflösung von 25 x 25 µm².

Bei einer stationären Installation von Wärmebildkameras hat ihre optisch isolierte Prozessschnittstelle den Vorteil, dass die aus dem Wärmediagramm erhaltenen Temperaturinformationen in Form einer Signalspannung weiter übertragen werden. Zusätzlich können oberflächenbedingte Emissionsgrade oder berührungslose oder berührungsgemessene Steuertemperaturen über einen Spannungseingang an das Kamerasystem übertragen werden. Zur Dokumentation der Produktqualitätskontrolle und -sicherung kann ein anderer digitaler Eingang den Snapshot-Modus oder den Videomodus aktivieren. Ähnliche produktspezifische Bilder können automatisch auf zentralen Servern gespeichert werden.

Optimierung technologischer Prozesse in der Polymerindustrie

Der Herstellungsprozess von Kunststoffen wie Polyethylenflaschen erfordert eine gewisse Erwärmung des sogenannten Vorformlings, um eine gleichmäßige Materialstärke beim Blasformen der Flasche zu gewährleisten. Die Verarbeitungslinie verarbeitet in Testbetriebsarten nur 20 mm dicke Werkstücke bei einer vollen Betriebsgeschwindigkeit von etwa einem Meter pro Sekunde. Da die Laufzeit des Teststücks variieren kann, ist eine Videoaufzeichnung mit 120 Hz erforderlich, um das Temperaturprofil des Vorformlings zu messen. In diesem Fall ist die Kamera so positioniert, dass sie die Bewegung des Materials in einem schrägen Winkel aufzeichnet - wie das letzte Auto eines fahrenden Zuges. Als Ergebnis wird ein Temperaturprofil erhalten, das für die Einstellung der Heizparameter wichtig ist, basierend auf der Infrarot-Videosequenz.

Einzeilige Kameraanwendungen in Glashärtungsanlagen

Nach dem Schneiden der endgültigen Form von Strukturglas ist häufig eine Oberflächentemperierung erforderlich. Dies geschieht in Glashärtungsanlagen, in denen das geschnittene Glas in einem Ofen auf eine Temperatur von 600 ° C erhitzt wird. Nach dem Erhitzen wird das Material mittels beweglicher Walzen, in denen die Oberfläche schnell und gleichmäßig abgekühlt wird, vom Ofen in den Luftkühlabschnitt geleitet. Dadurch entsteht eine feinkristalline gehärtete Struktur, die für Sicherheitsglas wichtig ist. Diese Struktur und damit die Festigkeit des Glases hängt von der gleichmäßigsten Erwärmung der gesamten Oberfläche des Produkts ab.

Da der Ofenkörper und der Luftkühlabschnitt nebeneinander angeordnet sind, ist eine Steuerung der vom Ofen bewegten Glasoberfläche nur durch einen kleinen Spalt möglich. In einem Wärmekarten wird Material nur in wenigen Zeilen angezeigt. Mit der Software kann nun aus Linien oder Gruppen von Linien ein spezielles Bild der Glasoberfläche erstellt werden. Die Kamera misst den Schlitz diagonal, so dass bei einem Sichtfeld von 48 ° ein Sichtfeld von 60 ° entsteht. Da Glas je nach Oberflächenbeschichtung unterschiedliche Emissionsgrade aufweisen kann, misst ein Infrarot-Thermometer die genaue Oberflächentemperatur auf der unteren, unbeschichteten Seite des Glases bei einer optimalen Wellenlänge von 5 μm für die Glasoberfläche.

Luftthermografie mit Lichtkameras

Neben Standardschnittstellenkonzepten ist es bereits möglich, leichte Infrarotkameras herzustellen, die in Kombination mit Mini-PCs wie der optris PI NetBox problemlos in Flugzeugen mit installiert werden können fernbedienung (z.B. Quadcopter). Auf diese Weise können thermische Diagramme in Luft erstellt werden, die insbesondere zur Überwachung großer Objekte, z. B. Photovoltaikkraftwerke, verwendet werden.

Thermografie-Software für mehr Flexibilität

Da USB-Infrarotkameras ab Windows XP die bereits installierten Standard-USB-Videoklassen- oder HID-Treiber verwenden, ist keine Treiberinstallation erforderlich. Echtzeit-Videokorrekturen und Temperaturberechnungen für einzelne Pixel werden im PC durchgeführt. Eine erstaunlich gute Bildqualität für den 20.000-Pixel-Sensor wird durch einen teuren softwarebasierten Rendering-Algorithmus erzielt, der Temperaturfelder im VGA-Format berechnet. Anwendungssoftware ist sehr flexibel und mobil. Zusätzlich zu den Standardfunktionen verfügt die Thermografie-Software optris PIX Connect über folgende Funktionen:

• Große Datenmenge und Exportfunktionen für Thermodiagramme zur Unterstützung von Berichten und Offline-Analysen
• Gemischte skalierbare Farbschienen
• Horizontale oder vertikale Liniendarstellungen
• Beliebig viele Sichtfelder mit separaten Alarmoptionen

Referenzbildbasierte Darstellung des Videodatenunterschieds

Darüber hinaus bietet die Software einen Layoutmodus zum Speichern und Wiederherstellen verschiedene Modi Datenpräsentation. Mit dem Video-Editor können Sie radiometrische Dateien mit der AVI-Erweiterung verarbeiten. Solche Dateien können mit einer Software analysiert werden, die mehrmals parallel und offline verwendet wird. Videoaufzeichnungsmodi umfassen intermittierende Betriebsmodi, mit denen Sie langsame thermische Prozesse aufzeichnen und diese dann schnell überprüfen können. Die Übertragung von Daten zu anderen Programmen in Echtzeit erfolgt über gut dokumentierte DLLs, die Teil des Software Development Kits - Software Development Kits - sind. Alle anderen Funktionen der Kamera können über die DLL-Schnittstelle gesteuert werden. Alternativ kann die Software Daten mit dem seriellen Com-Port austauschen und auf diese Weise beispielsweise direkt die RS422-Schnittstelle verwenden.

Literatur

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2. Trouilleau, C. et al.: Hochleistungs-ungekühltes amorphes Silizium-TEC ohne XGA-IRFPA mit 17 μm Pixelabstand; "Infrarot-Technologien und -Anwendungen XXXV", Proc. SPIE 7298, 2009
3. Schmidgall, T.; Industrielle Kameras, A & D Kompendium 2007/2008, S. 219
4. Icron Technology Corp.; Optionen zum Erweitern von USB, White Paper, Burnaby; Kanada, 2009

Wenn das Videoüberwachungssystem hauptsächlich nachts oder bei schlechten Lichtverhältnissen betrieben werden soll, wird empfohlen, spezielle Nachtkameras zu verwenden, um ein qualitativ hochwertiges Bild zu erhalten.

Es versteht sich, dass eine Nachtsichtkamera nicht nur auf eine große Anzahl von Infrarot-LED-Hintergrundbeleuchtungen beschränkt ist. Es gibt andere Unterschiede, sowohl im Design als auch in der Leistung.

EIGENSCHAFTEN DER LEISTUNGSEIGENSCHAFTEN

Tag-Nacht-Modus.

Derzeit haben die meisten Camcorder standardmäßig eine Tag-Nacht-Funktion. Wenn es jedoch für andere Geräte zusätzlich ist, ist es für Nacht-Videoüberwachungskameras das Hauptgerät.

Diese Funktion konvertiert bei schlechten Lichtverhältnissen die Aufnahme vom Farbmodus in Schwarzweiß, da sie eine höhere Lichtempfindlichkeit aufweist. Tagsüber nimmt der Camcorder im Standardfarbmodus auf.

Lichtempfindlichkeit.

Die meisten herkömmlichen Videokameras arbeiten mit einer Mindestbeleuchtung von 0,01 bis 0,05 Lux. Dies bedeutet, dass sie selbst in tiefer Dämmerung (0,3-0,1 Lux) ein Bild von schlechter Qualität liefern.

Für eine effektive Nachtaufnahme ist es erforderlich, eine Videokamera mit einer Matrixlichtempfindlichkeit von mindestens 0,001 Lux zu verwenden, was einer mondlosen Nacht entspricht (natürliche Nachtbeleuchtung durch Sternenlicht von 0,003 bis 0,1 Lux).

ICR-Filter.

Dieser Filter ist ein polarisiertes Glas (Kunststoff bei preisgünstigen Kameramodellen), das vor der Matrix installiert ist und sich nachts automatisch zur Seite bewegt. Der Wert des ICR-Filters für Nachtkameras mit erhöhter Lichtempfindlichkeit ist sehr hoch.

Sonnenstrahlung hat einen weiten Wellenlängenbereich von Ultraviolett bis Infrarot. Die Wahrnehmung der lichtempfindlichen Matrix einer Nachtvideokamera wird in Richtung Infrarotbereich verschoben. Bei natürlichem Licht kommt es zu einer deutlichen Verschlechterung der Qualität und Farbverzerrung. Das Bild wird ohne den erforderlichen Kontrast ausgewaschen.

Gehäuse.

Die meisten spezialisierten Nacht-Videoüberwachungskameras befinden sich im Freien. Sie zeichnen sich durch die Verwendung von Allwetter-Thermogehäusen aus, die die Funktionalität der Geräte in einem weiten Temperaturbereich gewährleisten können.

Für den größten Teil des russischen Territoriums reichen -40 ° C ... + 50 ° C aus. Für die nördlichen Regionen sind zusätzliche Heizelemente vorgesehen, sowohl für den Fall selbst als auch für den Fall schutzglas (in der Nähe des Objektivs installiert).

Im Gegensatz dazu werden in warmen Klimazonen Kühlkörper benötigt, insbesondere wenn die LED-Hintergrundbeleuchtung in das Kameragehäuse eingebaut ist.

Die Schutzklasse für Geräte für den Außenbereich beträgt mindestens IP66. Vandalensichere Klasse mindestens IK 9 (gewährleistet die Unversehrtheit des Gehäuses, wenn es mit einem Hammer mit einer Kraft von 10 J geschlagen wird).

IR-BELEUCHTUNG FÜR VIDEOSICHERHEITSKAMERA

Diese Eigenschaft ist für eine Nachtsichtkamera so wichtig, dass sie in einem separaten Bereich platziert werden muss. Entsprechend dem technischen Design gibt es zwei Möglichkeiten der Infrarotbeleuchtung:

• eingebaut;
• extern.

Beide Beleuchtungsarten arbeiten mit Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 730-900 nm. Dies ist ein für das menschliche Auge unsichtbares Spektrum von Lichtstrahlung, das von der lichtempfindlichen Matrix einer Videokamera erfasst und in ein monochromes Bild interpretiert wird.

Ein wichtiger Vorteil von IR gegenüber sichtbaren Leuchten ist ihre Unsichtbarkeit. Dem Eindringling ist nicht bekannt, ob er in das Sichtfeld der Kamera gelangt ist, und das System kann seine Aktionen verfolgen.

EINGEBAUTES IR-LICHT

Solche Kameras zeichnen sich durch eine große Anzahl von LEDs bzw. mehr Leistung aus. Diese Anordnung von Nachtüberwachungskameras ist nicht optimal. Seine Reichweite überschreitet selten 10-15 m.

Wenn die Hersteller auf der Kamera oder im Datenblatt des Geräts die Reichweite der eingebauten IR-Beleuchtung von mehr als 20 m angeben, ist dies ein weiterer Werbegag.

Die Erklärung im Kleingedruckten deutet wahrscheinlich darauf hin, dass der effektive Bereich für Nachtvideos auf natürlichem Nachtlicht bei Vollmond mit Lichtpegeln zwischen 0,3 und 0,1 Lux basiert.

Um eine Beleuchtungsreichweite von mehr als 10 m bereitzustellen, kann die Gesamtleistung der IR-LEDs 10 W überschreiten, wodurch der Stromverbrauch nur des Hintergrundbeleuchtungsmoduls auf 1 Ampere erhöht wird.

Wenn LEDs mit dieser Leistung betrieben werden, erzeugen sie eine große Wärmemenge, und das Design der Kamera muss die Möglichkeit bieten, sie von anderen Geräten zu entfernen. In der Regel werden passive Heizkörper verwendet, aber in der warmen Jahreszeit kann eine solche technische Lösung unzureichend sein.

Bei einer Kuppelkamera kann das Platzieren der LEDs im Gehäuse zu Reflexionen führen hintergrundbeleuchtung Bilder.

EXTERNE BELEUCHTUNG

Erfahrene CCTV-Installateure lassen sich bei der Auswahl eines externen Infrarot-Beleuchtungsgeräts von folgenden Kriterien leiten:

Wellenlänge.

Eine Person nimmt Lichtstrahlung im Bereich von 400-700 nm wahr. Und trotz der Tatsache, dass das Infrarotspektrum bei 730 nm beginnt, kann immer noch ein kleines Leuchten der IR-Quelle erkennbar sein.

Nach einer Frequenz von 850 nm verschlechtert sich die Bildqualität aufgrund einer Abnahme des Bereichs und der Strahlungsleistung erheblich. Daher sind Quellen mit einem engen IR-Strahlungsbereich von 750-850 nm die beste Option.

Erfassungsbereich.

Trotz der Tatsache, dass dieser Parameter stark von der Empfindlichkeit der Kameramatrix selbst abhängt, kann der Beleuchtungsbereich durch Konzentrieren des Lichtstrahls (wodurch der Abstrahlwinkel verringert wird) auf das gesteuerte Objekt erhöht werden.

Natürlich haben verschiedene Modelle von IR-Strahlern unterschiedliche Strahlungsbereiche, abhängig von der Anzahl der LEDs und dem Stromverbrauch.

Strahlungswinkel.

Es ist notwendig, einen solchen Scheinwerfer so zu wählen, dass der Strahlungswinkel größer ist als der Erfassungswinkel der CCTV-Kamera. Nur in diesem Fall können Sie vermeiden, dass die Bildränder oder Lichtpunkte in der Mitte dunkler werden.

Energieverbrauch.

Die Betriebsspannung der meisten IR-Scheinwerfer beträgt 12 V (wie bei Stahl-Niedrigstromgeräten), der Stromverbrauch liegt im Bereich von 0,35 bis 1,2 A.

KLASSIFIZIERUNG VON IR-SPOTLIGHTS NACH STUDIENBEREICH

Für Hersteller ist es üblich, IR-Beleuchtungsquellen nach ihrem Strahlungsbereich in folgende Kategorien einzuteilen:

Near Action.

Entfernung 1,5-10 m. Wird hauptsächlich in Innenräumen verwendet. Sie werden in Krankenhäusern, Banken, Kassen und anderen Finanzinstituten eingesetzt, wo nachts eine qualitativ hochwertige Videoaufzeichnung ohne Verwendung einer Beleuchtung mit sichtbarem Spektrum erforderlich ist.

Mittlere Reichweite.

Entfernung bis zu 60 m. Strahlungswinkel 120-160. Es wird verwendet, um offene Bereiche mittlerer und großer Bereiche zu beleuchten.

Langstreckenaktion.

Entfernung bis zu 300 m. Strahlungswinkel 20-60. Bildet einen schmalen Richtstrahl aus Infrarotstrahlung, der auf ein separates Objekt konzentriert ist. Sie werden hauptsächlich auf Straßen und Hochsicherheitsanlagen eingesetzt. Vor kurzem haben sie in Clubs und Kinos Anwendung für eine unauffällige Videoüberwachung bei dunklen Bedingungen gefunden.

NACHT-VIDEO-SICHERHEITSKAMERA MIT BEWEGUNGSSENSOR

Wenn eine IR-Beleuchtung und ein Bewegungssensor in einer Videoüberwachungskamera gemeinsam verwendet werden müssen, stellen sich mehrere Fragen im Zusammenhang mit der Tatsache, dass beide Geräte im gleichen Infrarotbereich arbeiten.

Beeinträchtigt die Strahlung des IR-Strahlers den in der Kamera installierten Bewegungssensor sowohl in der Hardware- als auch in der Softwareversion?

Wenn der IR-Strahler eine hohe Strahlungsintensität aufweist, die den Bewegungsmelder beeinflusst, wird empfohlen, ihn hinter der Kamera oder in einem Winkel zum Gerät zu installieren. In diesem Fall wirkt die Strahlung nicht direkt auf den empfindlichen Sensor des Detektors oder auf die lichtempfindliche Matrix und verursacht eine Beleuchtung.

Wenn ein zusätzlicher Hardware-Bewegungssensor verwendet wird, löst seine Strahlung den Software-Bewegungssensor in der Kamera selbst aus?

In der Regel ist die Infrarotstrahlung eines Bewegungsmelders zu schwach, um von einer Videokameramatrix wahrgenommen zu werden, die das wichtigste empfindliche Element der Software-Bewegungserkennung ist.

Wenn Sie eine zusätzliche IR-Beleuchtung an einer Kamera installieren müssen, die über eine eigene integrierte IR-Beleuchtung und einen Hardware-Bewegungsmelder verfügt, wird beim Auslösen eine Schleife angezeigt.

Beispielsweise wird abends nach Einbruch der Dunkelheit die IR-Beleuchtung automatisch eingeschaltet. Der Bewegungsmelder reagiert und aktiviert die Kamera mit eigener IR-Beleuchtung. Werden Sie "heller" und der IR-Strahler schaltet sich aus. Danach schaltet sich der Bewegungsmelder aus. Und so weiter in einem Zyklus.

Eine solche Schleifenbildung ist nicht möglich, da der lichtempfindliche Sensor, der den IR-Strahler aktiviert, auf das sichtbare Spektrum des Strahlungsbereichs abgestimmt ist und nur IR-Strahlung keinen wesentlichen Einfluss darauf haben kann.

EINIGE ASPEKTE DES BETRIEBS VON IR-KAMERAS

Die hohe Lichtempfindlichkeit der Matrix führt dazu, dass bei Vorhandensein kleiner Partikel in der Luft das von ihnen reflektierte IR-Licht zur völligen Unbrauchbarkeit des resultierenden Bildes führt. Dieser Effekt ähnelt dem Fotografieren von Schneefall in der Nacht mit einem Blitz.

Auf dem Foto sind nur Schneeflocken sichtbar, die in der Nähe fliegen. Camcorder sind empfindlicher und reagieren auf Schnee, Regen oder Staub.

Eine Alternative sind Kameras, die nach dem Prinzip von Nachtsichtgeräten arbeiten. Sie haben hohe Kosten und einen engen Bereich spezifischer Aufgaben.

Die durchschnittliche Lebensdauer hochwertiger LEDs beträgt 25-50 Tausend Stunden. Bei einem Betrieb von 10-12 Stunden am Tag sind es 5-7 Jahre. Danach beginnen sie zu verblassen, abhängig vom Design der Hintergrundbeleuchtung, entweder wird der Erfassungsbereich verringert oder die Hintergrundbeleuchtung ist völlig außer Betrieb.

Dies ist besonders wichtig für Kameras mit integrierter Hintergrundbeleuchtung. Damit die Nacht-Videoüberwachungskamera weiterhin ihre Funktionen erfüllen kann, muss sie mit einer externen IR-Beleuchtung ausgestattet sein.

Die Organisation eines groß angelegten Nacht-Videoüberwachungssystems weist viele Nuancen auf und erfordert daher nicht nur professionelle Darsteller, sondern auch umfangreiche Erfahrung.

Gleichzeitig bietet der Markt für Sicherheitssysteme eine Vielzahl von Budgetoptionen für die Überwachung kleiner Objekte wie einer Garage, eines Autos in der Nähe des Hauses, eines Bürogebäudes, einer Wohnung usw. Die Effektivität des Nachtschießens solcher Geräte reicht aus, um die zugewiesenen Aufgaben zu lösen, und die Installation kann durchaus vom Eigentümer selbst durchgeführt werden.

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Zunächst kann jede Kamera eine Videoüberwachung im Infrarotbereich durchführen. Dies wird durch die Tatsache bestimmt, dass die spektrale Empfindlichkeit der Videokameramatrix bis zu dem einen oder anderen Grad einen Teil des IR-Bereichs erfasst.

Es ist notwendig, sofort eine Reservierung vorzunehmen - wir werden über die Bildung eines Bildes aufgrund reflektierter Infrarotstrahlen sprechen.

Die Fixierung der eigenen Wärmestrahlung des Objekts erfolgt durch spezielle Geräte - Nachtsichtgeräte, Wärmebildkameras, die nach dem Funktionsprinzip mit CCTV-Kameras wenig gemein haben.

Wenn die Aufgabe darin besteht, die Beobachtung hauptsächlich oder ausschließlich nachts zu organisieren, sollten bei der Auswahl einer Kamera folgende Punkte berücksichtigt werden:

Monochrome (Schwarzweiß-) Analogkameras eignen sich für diese Zwecke viel besser als Farbkameras. Dies wird durch ihr Gerät und Funktionsprinzip bestimmt.

• Erstens haben die Matrizen, die unter Verwendung der CCD (CCD) -Technologie hergestellt wurden und in diesen Vorrichtungen verwendet werden, keine zusätzlichen mikroelektronischen Elemente auf ihrer Oberfläche, und ihre gesamte Fläche wird ausschließlich zur Bilderzeugung verwendet.
• Zweitens wird der Vorteil von Schwarzweiß-Videokameras offensichtlich, da die Empfindlichkeit der Matrix weitgehend durch die Lichtmenge pro Flächeneinheit bestimmt wird und für die Erzeugung eines Farbbildes drei elementare Plattformen (monochrom - eine) verwendet werden.

IR-BELEUCHTUNG FÜR CCTV-KAMERAS

Unabhängig davon, wie hoch die Lichtempfindlichkeit der Videokamera ist, können Sie nicht auf zusätzliche Infrarotbeleuchtung verzichten, um die Videoüberwachung bei schlechten Lichtverhältnissen zu organisieren. Die Gründe für die Verwendung des IR-Bereichs können variieren. Videoüberwachung im Infrarotbereich des Spektrums kann verwendet werden:

• in Fällen, in denen es wirtschaftlich unpraktisch ist, künstliches Licht zu verwenden;
• stellen Sie gegebenenfalls die Geheimhaltung der Videoüberwachung sicher.
• bei Objekten, bei denen die Verwendung von sichtbaren Lichtquellen nicht akzeptabel ist.

Letzterer Punkt ist etwas spezifisch, aber bei der Organisation der Beobachtung, beispielsweise in Kinos während einer Sitzung, muss dies berücksichtigt werden.

Es ist zu beachten, dass die Wirksamkeit der IR-Beleuchtung unter anderem von der Empfindlichkeit der CCTV-Kamera im Infrarotbereich abhängt. Tatsache ist, dass wir in den meisten Fällen Tag und Nacht mit einer Videokamera überwachen möchten. Darüber hinaus ist tagsüber ein qualitativ hochwertiges Farbbild erforderlich.

Diese beiden Ziele sind von Natur aus widersprüchlich. Das Vorhandensein des "Tag-Nacht" -Modus in Farb-CCTV-Kameras beseitigt diesen Widerspruch nicht vollständig. Die besten Ergebnisse werden mit einem mechanischen IR-Filter erzielt.

Strukturell wird die Infrarotbeleuchtung auf zwei Arten implementiert:

• eingebaute CCTV-Kamera;
• als separate Einheit hergestellt (IR-Illuminator).

Die letztere Option wird unten erläutert. Wenn Sie sich jedoch für eine Kamera mit integrierter Hintergrundbeleuchtung entschieden haben, beachten Sie, dass für einen langen Bereich der Hintergrundbeleuchtung die entsprechende LED-Leistung erforderlich ist. Und hohe Leistung erfordert eine gute Wärmeableitung, da sonst die Videokamera geringfügig überhitzt (insbesondere bei IP-Geräten).

Haben Sie Allzweck-Camcorder mit externen Kühlkörpern gesehen? Wenn ich daher eine Kamera mit einer deklarierten IR-Beleuchtungsreichweite von mehr als 20 Metern sehe, werde ich von vagen Zweifeln an ihrer Wirksamkeit gequält.

IR-SPOTLIGHTS

Infrarotscheinwerfer für Videoüberwachungssysteme ermöglichen eine effektive Überwachung bei Nacht. Strukturell stellen sie ein funktional vollständiges Gerät in einem separaten Gehäuse dar. Nach Art des Emitters können sie sein:

• lampe;
• lED.

Die ersten haben eine relativ kleine Arbeitsressource, sind im Betrieb unsicher und werden daher derzeit praktisch nicht verwendet. LED-Scheinwerfer sind kompakt, beständig gegen verschiedene Arten von Vibrationen und Stößen und weisen einen hohen Wirkungsgrad auf. Ihre Haupt technische Eigenschaften sind:

• strahlungsleistung;
• hintergrundbeleuchtungswinkel;
• reichweite;
• wellenlänge der Infrarotstrahlung.

Je größer die Leistung des Infrarotstrahlers und je kleiner der Beleuchtungswinkel ist, desto größer ist die Entfernung, die er einwirkt.

Die Leistung wird durch die Anzahl und Art der LEDs bestimmt. Der Beleuchtungswinkel wird auch von zwei Faktoren bestimmt: dem Design der LEDs und der Art ihrer Platzierung im Gerätegehäuse. Da die LEDs selbst einen ziemlich schmalen Strahl bilden, müssen große optische Achsen zur Beleuchtung großer Flächen in einem Winkel zueinander angeordnet sein.

Der Hintergrundbeleuchtungswinkel des Scheinwerfers muss mit dem Betrachtungswinkel der CCTV-Kamera übereinstimmen. Eine Ausnahme können Fälle sein, in denen die Installationsorte der Videokamera und des Projektors getrennt sind. Zusätzlich ist es möglich, dass ein Flutlicht verwendet wird, um das Sichtfeld mehrerer Kameras zu beleuchten.

Bei einer Kamera mit einer Brennweite von 3,6 mm beträgt der maximale Arbeitsabstand beispielsweise etwa 15 Meter. Wir schätzen ungefähr, dass der Winkel ihrer "Ansicht" 60 0 beträgt. Dementsprechend sollten dieselben Parameter mit einem IR-Strahler ausgestattet sein.

Beachten Sie, dass es technisch schwierig ist, einen großen Beleuchtungsbereich bei einem großen Öffnungswinkel des IR-Strahlers zu erhalten. Sie werden solche Geräte nicht im breiten Verkauf finden oder ihr Preis wird extrem hoch sein.

Daher sollte die Wahl eines Infrarot-Beleuchtungsgeräts sorgfältig und kritisch in Bezug auf verschiedene Arten von Werbeaussagen angegangen werden.

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Infrarotstrahlung ist eine Art von Strahlung, die mit menschlichen Augen nicht gesehen werden kann. Seine Wellenlänge ist länger als die des Lichts im sichtbaren Spektrum. Durch Infrarotbeleuchtung kann die Kamera auch bei völliger Dunkelheit "sehen". Dies ist mit einer Lampe oder Dioden möglich, die Infrarotlicht einer bestimmten Wellenlänge emittieren. Drei Wellenlängen von 715 nm, 850 nm und 940 nm sind Infrarotstrahlern gemeinsam. Das menschliche Auge kann bis zu 780 nm sehen und kann daher leichte Beleuchtungskörper sehen, die 715 nm verwenden. Für eine echte verdeckte Nachtüberwachung sind IR-Strahler erforderlich, die bei 850 nm und 940 nm arbeiten.

Das Licht der Lampe wird so gefiltert, dass nur vorgegebene Wellenlängen von 715 nm, 850 nm und 940 nm emittiert werden. Diese Zahlen sind die Ausgangspunkte für die Frequenz der emittierten Wellen - sie sind das absolute untere Ende des von der Kamera verwendeten Spektrums. Wenn eine Person nahe genug kommt, kann sie verstehen, dass die Kamera Infrarot ist, obwohl sie die verwendeten Wellenlängen nicht sehen kann.

Die Fähigkeit einer Kamera, Bilder basierend auf Lichtverhältnissen aufzunehmen, wird in Lux gemessen. Je niedriger der Lux-Wert ist, desto besser kann die Kamera bei schlechten Lichtverhältnissen sehen. Alle Infrarotkameras haben 0 Lux, was bedeutet, dass sie bei stockfinsterer Sicht sehen können. Farb-IR-Kameras schalten für die nächtliche Videoüberwachung auf Schwarzweiß um, um maximale Empfindlichkeit zu erzielen. Eine Fotozelle in der Kamera überwacht das Tageslicht und bestimmt, wann ein Umschalten erforderlich ist. Es sollte zwischen IR-Kameras und Tag / Nacht-Kameras unterschieden werden. Tag- / Nachtkameras können bei schlechten Lichtverhältnissen effektiv arbeiten, sind jedoch nicht mit LEDs ausgestattet, sodass sie im Gegensatz zu Kameras mit IR-Beleuchtung nicht in völliger Dunkelheit betrieben werden können.

Bei Verwendung von Infrarotkameras für den Außenbereich ist es besser, vorgefertigte Sätze von Außenvideokameras mit Abdeckung oder Kameras mit IR-Beleuchtung zu verwenden. Die Kombination von Innen-IR-Kameras mit einem Außengehäuse funktioniert möglicherweise nicht gut genug, da IR-Licht möglicherweise vom Gehäuseglas reflektiert wird. Außerdem sollten Sie beim Kauf einer IR-Kamera oder eines IR-Strahlers immer den Strahlbereichswert berücksichtigen. Die Installation von IR-Kameras in einem Raum mit einer größeren Reichweite als der Raumgröße kann zu unscharfen Bildern führen. Es ist zu beachten, dass Infrarotkameras nicht durch Rauch sehen können. Um dies zu erreichen, muss eine Wärmebildkamera verwendet werden.

Übersetzt von Hi-Tech Security.