Инфракрасная подсветка для систем теле и видеонаблюдения
 
Каталог продукции Вопросы и ответы Статьи и патенты Ссылки на сайты партнеров Немного об авторе
 

Инфракрасная подсветка - в системах безопасности

 
 
 
 
Теленаблюдение - наблюдение на расстоянии.
Видеонаблюдение - непосредственное наблюдение объекта (например ручной видеокамерой).

Инфракрасная подсветка - в системах безопасности.

Теленаблюдение (видеонаблюдение) в интересах обеспечения безопасности и охраны различных объектов, расположенных на улице, в жилых, офисных, торговых и других помещениях, предполагает необходимость получения удовлетворительного изображения объекта при любых условиях освещенности.

Это относится как к закрытым помещениям с выключенным либо дежурным освещением, так и к объектам на открытом воздухе вне зависимости от расположения зоны наблюдения, времени суток и погодных условий.

При использовании стандартной телевизионной и видео техники необходимым условием является применение искусственного освещения.

Даже слабая подсветка может существенно увеличить контраст и разрешение изображения при установке специальных и относительно дорогих высокочувствительных систем ночного видения, позволяющих осуществлять наблюдение при освещенности порядка 0,001 лк.

Практически все современные телекамеры (видеокамеры) выполнены на основе светочувствительных ПЗС матриц.
Рис.1


Характеристика спектральной чувствительности матрицы оптимизирована по кривой чувствительности глаза, представленной на рис.1, что позволяет достаточно корректно воспроизводить относительную яркость цветных фрагментов изображения в черно-белом варианте.

На рис.2 показано семейство типовых характеристик спектральной чувствительности некоторых ПЗС-матриц фирмы SONY.

Во многих случаях оптимально использование обычного искусственного освещения видимого диапазона. Это предпочтительно хотя бы потому, что позволяет телекамере (видеокамере) работать в максимуме ее чувствительности (555 нм).

Ряд задач скрытого видеонаблюдения (теленаблюдения) подразумевает использование освещения, невидимого для глаза. Это не связано с проведением каких-либо специальных операций.
Рис.2

ИК-подсветка - не привлекает внимание.

Просто скрытая подсветка не привлекает внимание к скрытой же телекамере (видеокамере), что позволяет успешнее противостоять, или скорее не попадаться на глаза, современным "интеллектуальным вандалам".

Необходимо выделить два случая применения инфракрасной (ИК) подсветки:

В одном из них требуется, как максимум, невидимость рассеянного или диффузно отраженного светового потока, но допустимо демаскирующее свечение самих источников излучения. При этом возможно применение излучателей с длинной волны 920, 880 и даже 850 нм.

В другом случае требуется безусловная невидимость самого излучателя даже при прямом визуальном наблюдении его с близкого расстояния. Для этого применяются излучатели с длиной волны 930..950 нм.

Практически все светодиоды, излучающие в области 870-880 нм, имеют достаточно интенсивную видимую составляющую светло-красного цвета, особенно при максимальных токах. Также это характерно для светодиодов с рабочей областью 930-950 нм, но в значительно меньшей степени и со сдвигом (судя по цвету свечения) в область 700 нм. Стандартные спектральные характеристики используемых светодиодов не дают объяснения этого феномена.

Специальные измерения излучателей на 870-880 нм, проведенные на более чувствительной аппаратуре, зафиксировали дополнительный максимум в области 600 нм, составляющий порядка 0,0074 от максимума интенсивности основного излучения. По всей видимости, механизм для излучателей на 930-950 нм аналогичен, а значительно меньшая видимость этого излучения объясняется близостью границы чувствительности глаза.

Инфракрасные источники света.

Все инфракрасные (ИК) источники света для видеонаблюдения (теленаблюдения) можно разделить на две группы, различающиеся назначением, а следовательно, характеристиками и конструктивным исполнением.

К давно известным и широко распространенным источникам можно отнести различные ИК (инфракрасные) - прожекторы, фары и фонари, предназначенные для освещения объектов наблюдения как на улице, так и внутри помещения.

Скрытность подсветки обеспечивается только в условиях темноты и только для ряда излучателей на достаточно большой дальности вследствие существенного свечения в красной области спектра. Кроме того, их внешний вид однозначно ассоциируется с осветительным прибором.

Как вариант полностью скрытой подсветки с использованием осветителей с существенным свечением излучателей можно предложить создание рассеянного светового потока от потолка или специальных экранов с диффузным отражением.

Для этих случаев максимально эффективны широкоугольные осветители с углами излучения до 80-900. Осветители располагаются за карнизами, балками и другими элементами, скрывающими их от глаз наблюдателя.
Рис.3


Наиболее известными из подобных приборов являются осветители с лампами накаливания. Эффективность их достаточно высока вследствие спектрального максимума в области 1,0 мкм для излучателя из вольфрама с температурой 2800-30000С.

На рис.3 приведен типовой график спектральной плотности вольфрамовой лампы накаливания. В основном в них используются лампы с галогенным циклом, имеющие отдельный или встроенный отражатель.

Прожекторы имеют, как правило, влагозащищенный корпус с ребрами охлаждения и простейшими кронштейнами для крепления и наведения по углу места. Они выпускаются с напряжением питания 220, 110, 24 или 12 В. Для выделения ИК- области и подавления видимой части спектра излучения используются дисперсионные фильтры на основе ИК стекол.

На рис. 4 приведены спектральные характеристики стекол ряда ИКС.
Рис.4


В редких случаях для решения спецзадач возможно применение интерференционных фильтров, но высокая стоимость, ограниченная стойкость и малая эффективность в расходящихся пучках тепловых некогерентных источников существенно ограничивает их применение. ИК- фильтр, формирующая оптика и защитное стекло, часто представляют единое целое.

В качестве примера в таблице 1 представлены технические характеристики прожекторов серии IR "VIDEOSYS INTERNATIONAL" и HS-1000 "Hi-Harp".

Модель IR-VE-75 IR-TK-300 HS-1000A HS-1000B HS-1000C
Длина волны, нм 830 840-1200
Угол излучения, град 6-12; 18-25; 30-40 65 + 15 25 + 5 65 + 15
Дальность, м до 100 30 50 100
Мощность, Вт 75 300 50 50 120
Ресурс, час - - 2000
таблица №1

Полупроводниковые ИК-осветители.

С появлением мощных и эффективных светодиодов все большее применение находят полупроводниковые ИК-осветители. К их основным преимуществам, в сравнении с лампами накаливания, можно отнести большую спектральную яркость на рабочей длине волны, существенно больший ресурс, достигающий 100 тыс. часов, и меньшую стоимость (с учетом эксплуатационных расходов).

По нашему мнению, большая в сравнении с полупроводниковыми осветителями, дальность действия осветителей на лампах накаливания является их единственным достоинством.

Тем более, что целесообразность использования направленного осветителя с большой дальностью (более 30-40 м) представляется весьма сомнительной. Ухудшение прозрачности приземного слоя атмосферы из-за дождя, снегопада, тумана, смога или просто повышенной запыленности может привести к полной невозможности видеонаблюдения (теленаблюдения) в результате обратного рассеяния светового потока. В этой связи на стационарных объектах более эффективным является использование распределенной системы достаточно широкоугольных осветителей.

Использование направленных осветителей с большой дальностью необходимо в случае установке мобильных систем видеонаблюдения (теленаблюдения), наблюдения над водной поверхностью за воздушными объектами.

Основной технической проблемой для полупроводниковых ИК осветителей является обеспечение эффективного отвода тепла от площадки светодиода. От этого зависит допустимый ток до наступления тепловой деградации, а следовательно, и световой поток единичного излучателя и, в конечном итоге, необходимое суммарное количество светодиодов, размеры и себестоимость всего прожектора.

Анализируя по этому критерию токовый и температурный режимы, а также конструкции светодиодных прожекторов зарубежного производства, можно однозначно сделать вывод, что по световому потоку они существенно уступают отечественным разработкам.

Модель HS-1000 LED ИКП-25/: ИКП-49/: ИКП-100/:
Длина волны, нм 840 850-960
Угол излучен,угл. град. 70 40 70 40 70 10 20 25 35
Дальность, м 15 До 20 До 18 До 40 До 30 До 150 До 80 До 60 До 40
Напр. питания, В ~110/220 12 11,6 - 15В
Мощность, Вт 12 10 20 20
Диапазон.темп,С -20/60 -30/+50 -30/+50 -30/+50
Габариты, мм 103х130х159 Ф 60х100 Ф 100х80 122х100х55
таблица №2


Для примера в таблице 2 представлены характеристики некоторых ИК-прожекторов зарубежного и отечественного производства. Для российских изделий углы излучения определены по уровню 0,5 от максимальной плотности мощности. Дальность подсветки оценивается как порог распознавания белого поля на черном для телекамеры (видеокамеры) с чувствительностью 0,1лк на объекте.

Фактические характеристики, указанные в паспортах на российские изделия, меньше приведенных в таблице 2. Это обусловлено тем, что российскому потребителю важно различение объектов с меньшей контрастностью, чем белое и черное.

Модели ИКП-49 и ИКП-100 снабжены стабилизатором тока, а, следовательно, имеют фиксированный световой поток в диапазоне рабочих напряжений и температур.

Диапазон длин волн 850-960 нм для изделий, указанных в таблице 4, означает, что производитель использует в конкретных образцах светодиоды на одну из длин волн этого диапазона.

При использовании полупроводниковых ИК осветителей необходимо учитывать действительное значение длины волны, т.е. влияние изменения чувствительности телекамеры (видеокамеры) и результирующую дальность подсветки.

На рис. 5 представлены спектральные характеристики типовой ПЗС- матрицы и ИК- диодов.


Рис.5

Особенности национальной ИК-подсветки.

Отечественный производитель, как правило, дает диапазон предельных дальностей. С одной стороны, это обусловлено неопределенностью методики нормирования, с другой стороны, существенной зависимостью полученной освещенности от отражательных характеристик объекта наблюдения и окружающего ландшафта на рабочей длине волны.

В любом случае подсветка с ИК излучением имеет некоторые особенности. Это заметная размытость изображения за счет изменения фокусного расстояния в ИК диапазоне, при использовании типовых объективов, и снижение контрастности в результате нивелирования коэффициентов отражения и поглощения различных материалов при монохромным узкополосном освещении.

В простейших случаях, для устранения эффекта расфокусировки при ИК-подсветке можно ограничить спектральный диапазон телекамеры (видеокамеры) ИК областью, установив перед объективом ИК- фильтр. Для сохранения требуемых характеристик в дневное время у камеры должен быть практически 10-ти-кратный запас по чувствительности. Естественно, более эффективно использовать специальную широкополосную оптику.

В последние годы в нашей стране все более широкое применение находят специализированные устройства ИК-подсветки с камуфлированным внешним видом (патент РФ №2134906). Основной причиной этого является, на наш взгляд, борьба с отечественным вандализмом и, в последующую очередь, требования самой скрытности наблюдения.

В практике развитых стран подобные устройства не нашли широкого распространения. По всей видимости, сказывается общая законопослушность граждан, а возможно и недостатки технического образования. Иначе, чем иным можно объяснить наименование "скрытая ИК- подсветка" для отчетливо светящихся ИК- светодиодов за прозрачным пластиковым окном видеодомофона.

Одним из вариантов "вандалозащищенного" осветительного устройства скрытой подсветки для телевизионной камеры является плоская панель, в которой излучатели скрыты за непрозрачным, в видимой области, инфракрасным светофильтром. На эту панель наносится надпись, пиктограмма, номер квартиры или офиса. Элементы надписи, пиктограммы, номера или знака располагаются таким образом, чтобы не перекрывать излучение.

Панель с ИК-фильтром имеет черный цвет, что несколько ограничивает ее применение. На светлых и белых поверхностях может использоваться пластина с молочным светофильтром, но в этом случае потери излучения могут достигать 30-50%.

Другим вариантом камуфлированного осветительного устройства является его исполнение в виде болта и резьбовой шпильки, в торцах которых установлены излучатели.

Технические характеристики камуфлированных излучателей сведены в таблицу 3.

Модель ИК-Болт ИК-Шпилька ИК-Пл.880 ИК-Пл.930
Длина волны, нм 920/950 880 930
Угол излучения, угол град. 160 160 160 170
Дальность, м 1-2 3-5 1,5-4
Напряжение питания, В 12 + 0,6
Мощность, Вт 2,5 5
Габариты, мм М10х20 95х80х6 100хх80х6
таблица №3

Инфракрасный "свет" - свет в будущее.

В заключение можно констатировать, что ИК- подсветка является важным фактором повышения эффективности скрытого видеонаблюдения (теленаблюдения) при малой освещенности, а также средством борьбы с задней засветкой.

В качестве источников излучения все более широкое применение находят полупроводниковые светодиодные осветители.

Примером может являться установка скрытой подсветки в ближней зоне, доступной для обследования объекту наблюдения. В этом случае применимы только специализированные источники в камуфлированном исполнении, работающие на длине волны не более 940-950 нм.



При использовании информации, представленной на этом сайте, ссылка на автора и его сайт об ИК-подсветке обязательна. Правила и условия пользования сайтом приведены на странице «Автор».

 
 
 
 



 

  © 2001-2017 A.Stepunin <andrey@stepunin.ru>
Технические вопросы, тел. 8-962-999-14-46
Продажи, тел. в Москве: 719-0459, 781-3660, 923-1757, 728-7221, 719-0469
Каталог продукции Вопросы и ответы Статьи и патенты Ссылки на сайты партнеров Немного об авторе