Определения, введённые при проведении тестирования:

Приемлемое изображение - изображение, соответствующее уровню активного видеосигнала  около 40IRE. Такой уровень был выбран, как среднее значение диапазона 30-50IRE  в котором производители, как правило, нормируют чувствительность телекамер и  определяют как уверенно распознаваемое или приемлемое изображение.

Номинальная дальность освещения (действия) прожектора - дальность, на которой обеспечивается приемлемое изображение. При этом используется высокочувствительная телекамера (CCD  Ex view HAD), АРУ отключена, гамма коррекция - 0,45,  электронный затвор  зафиксирован на значении 1/50 с.

Предельная дальность освещения (действия) прожектора - расстояние, на котором освещенность от прожектора достаточна для уверенного различения на изображении границ крупных (размером свыше 15% от площади экрана) чёрных и белых (светопоглощающих и светоотражающих) полей. Параметр определяется для  широко распространенной телекамеры с чувствительностью 0,1 лк, как минимального варианта для использования с ИК- подсветкой в наружных условиях.


Состав испытательного стенда:

• Телекамера бескорпусная  SK-1004; CCD  1/3" Super HAD SONY; 400 твл; 0,1 лк; гамма коррекция - 0,45;  автоматический электронный затвор  1/50-1/100000 с, штатный объектив f=8мм; F2,0
  
• Телекамера бескорпусная  SK-1004X; CCD  1/3" Ex view HAD SONY; 400 твл; 0,003 лк; гамма коррекция - 0,45;  автоматический электронный затвор  1/50-1/100000 с, штатный объектив f=8мм; F2,0
  
• Телекамера корпусная LCL-903K ; CCD  1/3" Ex view HAD; 570 твл; 0,002 люкс
  
• Объектив варифокальный с автоматической диафрагмой TG3Z3510AFCS (f=3,5-10мм, F1.0), оптимизированный для работы в ближнем ИК диапазоне.
  
• Объектив варифокальный с ручной диафрагмой KOCOM (f=3,3-8мм, F 1,4).
  
• Блок питания стабилизированный БП-1А (12В, 1,0 А) для телекамер.
  
• Блок питания стабилизированный БП-5А (12В, 5,0 А) для прожекторов.
  
• Блок питания стабилизированный DAC-7A20 (10-20В, 7 А) с плавной регулировкой выходного напряжения для прожекторов.
  
• Радиочастотный кабели RG-59 (75 Ом) длиной 4 и 1,5 метра с разъёмами BNC на концах.
  
• Видеомонитор HS-BM-092 (диагональ 9 дюймов, чёрно-белый).
  
• Испытательная таблица - трёхполосная мира для определения дальности получения приемлемого изображения. Тёмные вертикальные полосы выполнены прорезным способом во внутренний светопоглощающий объём. Светлая полоса - белый ватман.
  
• Условный объект наблюдения из прорезной трехполосной миры, полутоновой таблицы и куклы для определения предельной дальности освещения.
  
• ИК- фотоприемник  - фотодиод ФД-24К
  
• Микроамперметр постоянного тока - Мультиметр  P-10 "METEX"
  
• Вольтметр постоянного тока -Мультиметр  M3900 "T-YAN"
  
• Амперметр постоянного тока - Мультиметр DT 890C "UNI-T"
  
• Осциллограф 2-х канальный универсальный С1-55   № ТО 6618

Требования, предъявляемые к условиям проведения испытаний

Измерения производились в закрытом помещении при нормальных лабораторных условиях:

• Температура окружающей среды +25±5?С
  
• Относительная влажность воздуха 65±15%
  
• Атмосферное давление 750±30 мм рт. ст.

Суммарная погрешность измерений не превышала 10% от значения измеряемого параметра.

Испытательная таблица и условный объект наблюдения размещались таким образом, чтобы их изображение полностью укладывалось в растр монитора.

Измерения производились в коридоре длиной 80 м шириной от 1,7 до 2,7 м и высотой от 2,2 до 2,7 м. Коридор полностью затемнялся, при этом остаточная освещённость обеспечивалась минимальной, то есть при выключенных прожекторах изображение с телекамер полностью отсутствовало. Возможное влияние на результаты переотражений излучения от стен минимизировалось наличием по длине коридора 4-х дверных проемов, играющих роль светопоглощающих диафрагм.  Кроме того предполагалось, что ввиду близости диаграмм направленности испытываемых осветителей, эффект влияния преотражения от стен потолка и пола на дальность подсветки идентичен для всех образцов.

Выходной видеосигнал с телекамеры выводился на видеомонитор и осциллограф для измерения видеосигнала и анализа изображения. Изображение на экране монитора фиксировалось цифровым фотоаппаратом. Контрастность и яркость экрана монитора, установленные для просмотра изображения таблицы при нормальной ее освещенности, в процессе испытаний не изменялись.

Целью данной работы являлась оценка и сравнение с заявленными основных технических характеристик ИК- прожекторов различных производителей.

Основные характеристики прожекторов определялись следующим образом:

1.      Диаграмма направленности (у различных производителей- угол подсветки, угол освещения, угол действия, и т.п) определялась по распределению плотности мощности в световом пятне. Для этого с помощью поворотного устройства изменялось направление визирования осветителя относительно неподвижного фотоприемника расположенного на фиксированном расстоянии. В качестве фотоприемника использовался кремниевый фотодиод ФД-24К в фотовольтаическом режиме (без обратного напряжения смещения). Ток фотодиода, пропорциональный мощности ИК-излучения, попадаюшего на светочувствительную площадку фотодиода, т.е относительной плотности мощности,  измерялся микроамперметром. Расстояние до фотоприемника подбиралось таким, чтобы максимальный ток в центре пятна не превышал 100 мкА,  при токе насыщения  около 170-200 мкА.. Угол раскрыва диаграммы направленности определялся по уровню 0,5 и 0,1 от значения максимума плотности мощности в центре светового пятна. Распределение снималось в двух ортогональных плоскостях для оценки симметричности диаграммы. Измерения производились в зале площадью 36 кв.м. Предварительно была произведена проверка отсутствия влияния на результаты измерений возможных бликов от стен, пола и потолка помещения. Остаточная засветка от общего освещения минимизировалась и учитывалась как поправка, имеющая адитивный характер.

2.      Номинальное энергопотребление определялось прямым измерением установившегося значения потребляемого тока при номинальном напряжении питания после получасового прогрева осветителя.

3.      Предельная дальность освещения (у различных производителей – подсветки, действия и т.п.) оценивалась качественно, по изображению подсвечиваемого условного объекта наблюдения, фото 1.  Для каждого осветителя и значения освещенности изображение объекта получалось последовательно с помощью двух модульных телекамер нормального разрешения с нормальной и высокой чувствительностью и телекамеры высокого разрешения и чувствительности снабженной светосильным объективом с автодиафрагмой. Видеокамеры визировались на мишень с равного расстояния, через объективы с одинаковым фокусным расстоянием 8 мм. Расстояние от осветителя устанавливалось не менее заявленного* производителем, или изменялось для получения требуемого изображения. Удовлетворительным результатом считалось получение изображения с отчетливым различением границы черного и белого, для крупных фрагментов изображения (не менее 1/9 кадра). Фото 2.1; 2.2 и 2.3   иллюстрирует характер получаемого изображения с телекамер SK-1004, SK-1004X  и LCL-903K соответственно. Бескорпусные телекамеры используются в типовых режимах и со штатными объективами. С телекамерой LCL-903K использован варифокальный объектив с автоматической диафрагмой TG3Z3510AFCS (f=3,5-10мм, F1.0), оптимизированный для работы в ближнем ИК диапазоне.

Фото 1	Фото 2.1
Фото 2.2	Фото 2.3

4.      Характер получаемых изображений для прожекторов IR-294 и Super LED на максимальной трассе* проиллюстрирован фото 3.1; 3.2 и 3.3 для телекамер SK-1004, SK-1004X  и LCL-903K соответственно.

Фото 3.1
Фото 3.2	Фото 3.3

5.      Номинальная дальность  определялась по получению уровня активного видеосигнала 0,28±0,028В (~ 40IRE) при изменении дальности* до осветителя. При этом использовалась телекамера LCL-903K с фиксированными усилением (АРУ отключена) и электронным затвором  (1/50с) при полностью открытой ручной диафрагме объектива. Фото 4.1 иллюстрирует характер изображения таблицы-миры при заданном видеосигнале. Фото 4.2 и 4.3 иллюстрирует характер изображения человека при тех же условиях, когда лицо занимает около 1/16 кадра и одновременно однозначно идентифицируется.

Фото 4.1
Фото 4.2	Фото 4.3

*Примечание: ввиду недостаточности длины трассы для прямого испытания прожекторов с максимальной дальностью (IR-294 и Super LED) значения дальности получены расчетным путем с учетом пропорционального снижения рабочего тока. В этой связи, несмотря на линейный характер зависимости мощности излучения от тока для осветителей LED данные по дальности для этих моделей можно рассматривать как оценочные.

AVIR-613-3 Activision, Россия

Предоставлен для теста компанией «Activision»

Цена 34$

Длина волны излучения 880нм.

Напряжение питания 11-14В постоянного тока.

Габариты  ?57х50 мм

Масса  0,32 кг

Параметры прожектора	Заявленные	Измеренные
Угол действия, угл.град	30	Нет методики
Угол освещения по уровню 0,5 от максимума плотности мощности в центре, угл. градусов	Не заявлено	30
Угол освещения по уровню 0,1 от максимума плотности мощности в центре, угл. градусов	Не заявлено	60
Диаграмма направленности		осесимметричная
Максимальная дальность (объект различим), м	25 (33*)	Нет методики
Минимальная дальность (объект узнаваем), м	8 (14*)	Нет методики
Дальность освещения предельная, м	Не заявлено	35
Дальность освещения номинальная, м	Не заявлено	14
Ток потребления, А	0,2	0,18
*Примечание: данные для телекамер с CCD Ex-view  (ICX255AL)

Конструкция осветителя в виде цилиндрической трубы предполагает установку в его телекамеры того же производителя или монтаж в качестве отдельного блока. Излучатели расположены по периметру в торцевой части трубы за защитным кольцевым окном из темного пластикового светофильтра. Защитное окно, по всей видимости, вклеено (крепежных элементов нет).

Действительное значение длины волны излучения не определялось, однако визуальная оценка подтверждает соответствие спектральной области генерации диапазону 830-880нм.

Прожектор оснащён козырьком и кронштейном с возможностью наведения в двух ортогональных плоскостях. Тонкие подводящие провода в тонкой однослойной изоляции не предназначены для наружной эксплуатации.

Можно констатировать, что критерии при  испытании достаточно близки  критериям производителя и практически значения основных параметров при испытании подтверждены. К сожалению, производитель не сообщает, как изменяются основные параметры при изменении питающего напряжения в пределах рабочего диапазона.

По конструкции, в совокупности с телекамерой, представляет собой практически встроенную ИК-подсветку. В сравнении с известными и широко распространенными зарубежными образцами имеет существенное преимущество - принципиальное отсутствие засветки общего защитного иллюминатора по причине его отсутствия.

ПИК-41ФЭ, Тирэкс, Россия

Предоставлен для теста компанией «Армо-системы»

Цена 107$

Длина волны излучения 880нм.

Напряжение питания 11-14В постоянного тока.

Габариты  ?58х97 мм

Масса  0,5 кг

Параметры осветителя	Заявленные	Измеренные
Угол ИК излучения	30
Угол освещения по уровню 0,5 от максимума плотности мощности в центре, угл. градусов	Не заявлено	28
Угол освещения по уровню 0,1 от максимума плотности мощности в центре, угл. градусов	Не заявлено	47
Диаграмма направленности		осесимметричная
Дальность с ТВ камерой 0,08/0,003 лк, м	24 / 50	Нет методики
Дальность освещения предельная, м	Не заявлено	40
Дальность освещения номинальная, м	Не заявлено	24
Ток потребления, А	0,9	0,9

Конструкция осветителя в виде цилиндра с концентрическими ребрами радиатора.  Излучатели расположены в торцевой части цилиндра за защитным окном из темного пластикового светофильтра. Защитное окно, по всей видимости, вклеено (крепежных элементов нет). Над верхней частью иллюминатора имеется небольшой, единый с корпусом козырек.

Действительное значение длины волны излучения не определялось, однако визуальная оценка подтверждает соответствие спектральной области генерации диапазону 830-880нм.   

Прожектор снабжен кронштейном с возможностью наведения в двух ортогональных плоскостях. Подводящие провода в двухслойной изоляции предназначены для наружной эксплуатации.

Единственный в обзоре прожектор, оснащаемый фотодатчиком включения при снижении освещенности менее 5лк. С одной стороны это способствует экономии электроэнергии в дневное время. С другой стороны регулярные отключения в зимнее время приводят к существенным температурным перепадам, способствующим нарушению герметичности, конденсации влаги внутри объема прибора и последующей коррозии внутренних элементов осветителя. 

Можно констатировать, что значения основных параметров при испытании подтверждены, либо близки заявленным производителем.

К сожалению, производитель не сообщает, как изменяются основные параметры при изменении питающего напряжения в пределах рабочего диапазона питающих напряжений.

ИКП-25/40-940, Степунин, Россия

Предоставлен для теста г-ном Степуниным А. С.

Цена 61$

Длина волны излучения 940нм.

Напряжение питания 12±0,6В постоянного тока.

Габариты   ?56х100 мм

Масса  0,46 кг

Параметры осветителя	Заявленные	Измеренные
Угол подсвета (освещения) по уровню 0,5 от максимума плотности мощности в центре, угл. градусов	30	30
Угол освещения по уровню 0,1от максимума плотности мощности в центре, угл. градусов	Не заявлено	40
Диаграмма направленности		осесимметричная
Дальность подсвета, не менее, м	15	Нет методики
Дальность освещения предельная, м	Не заявлено	40
Дальность освещения номинальная, м	Не заявлено	18
Ток потребления, А	1,0	0,73

Конструкция осветителя в виде цилиндра с концентрическими ребрами радиатора.  Излучатели расположены в торцевой части цилиндра за защитным окном из темного пластикового светофильтра. Защитное окно вставлено изнутри корпуса, метод крепления не известен.

Действительное значение длины волны излучения не определялось, однако визуальная оценка подтверждает соответствие спектральной области генерации диапазону 920-950нм.

Прожектор оснащён кронштейном с возможностью наведения в двух ортогональных плоскостях. Подводящие провода в однослойной изоляции не предназначены для наружной эксплуатации, и имеют самую малую длину из всех тестируемых прожекторов, что может затруднять монтаж.

Единственный прожектор в тесте, для которого обе измеренные дальности превышают заявленную производителем. И это несмотря на  то, что производитель на заявленной дальности гарантирует всего лишь уверенное различение контрастной границы крупных объектов. Возможно, это связано с жесткостью методики производителя, предполагающей проведение испытаний на открытой местности с минимальным отражением от поверхности земли и других объектов, например открытое свежевспаханное поле или осенний ландшафт.  К сожалению, проведение таких испытаний в зимнее время не представляется возможным.

IR-84-940, Микролайт, Россия

Предоставлен для теста компанией «Микролайт»

Цена 84$

Длина волны излучения 940нм.

Напряжение питания 12±0,6В постоянного тока.

Габариты  ?90х90 мм

Масса  0,9 кг

Параметры осветителя	Заявленные	Измеренные
Угол подсветки, угл.градусов	30±3	Нет методики
Угол освещения по уровню 0,5 от максимума плотности мощности в центре, угл. градусов	Не заявлено	24
Угол освещения по уровню 0,1 от максимума плотности мощности в центре, угл. градусов	Не заявлено	37
Диаграмма направленности		осесимметричная
Максимальное расстояние подсветки *, м	30	Нет методики
Дальность освещения предельная, м	Не заявлено	45
Дальность освещения номинальная, м	Не заявлено	23
Ток потребления, А	1,0	1,1
Примечание: * для телекамер высокой чувствительности

Конструкция осветителя в виде усеченного конуса с концентрическими ребрами радиатора.  Излучатели расположены в торцевой части большего основания конуса за защитным окном из темного пластикового светофильтра. Защитное окно, по всей видимости, вклеено (крепежных элементов нет).

Действительное значение длины волны излучения не определялось, однако визуальная оценка подтверждает соответствие спектральной области генерации диапазону 920-950нм.  

Прожектор оснащён кронштейном с возможностью наведения в двух ортогональных плоскостях. Конструкция кронштейна ограничивает вертикальный угол поворота при подвеске прожектора только неполной нижней полуплоскостью (около 170?).

Подводящие провода в однослойной изоляции не предназначены для наружной эксплуатации.

Можно считать, что значение параметров при испытании подтверждены, либо близки заявленным производителем, с учетом возможного несоответствия методик.

IR-294-880, Микролайт, Россия

Предоставлен для теста компанией «Микролайт»

Цена 341$

Длина волны излучения 880нм.

Напряжение питания 12В±0,6В постоянного тока.

Габариты   205х133х65 мм

Масса  1,5 кг

Параметры осветителя	Заявленные	Измеренные
Угол подсветки, угл.градусов	20	Нет методики
Угол освещения по уровню 0,5 от максимума плотности мощности в центре, угл. градусов	Не заявлено	19
Угол освещения по уровню 0,1 от максимума плотности мощности в центре, угл. градусов	Не заявлено	44
Диаграмма направленности		осесимметричная
Максимальное расстояние подсветки*, м	100	Нет методики
Дальность освещения предельная, м	Не заявлено	Более 100
Дальность освещения номинальная, м	Не заявлено	78
Ток потребления, А	3,0	2,8
Примечание: * для телекамер высокой чувствительности

Конструкция осветителя в виде полуцилиндра с продольными ребрами радиатора. Рабочее положение- ось полуцилиндра вертикальна. Излучатели расположены плоской части полуцилиндра за защитным окном из темного пластикового светофильтра. Защитное окно, по всей видимости, вклеено (крепежных элементов нет).

Действительное значение длины волны излучения не определялось, однако визуальная оценка подтверждает соответствие спектральной области генерации диапазону 830-880нм.  

На площадке в средней части радиатора имеются крепежные отверстия для крепления кронштейна, поставляемого отдельно. Единственный прожектор, не комплектующийся штатным кронштейном. Подводящие провода в однослойной изоляции, не предназначенные для наружной эксплуатации.

Можно считать, что значение параметров при испытании подтверждены, либо близки заявленным производителем, с учетом недостаточности длины трассы и возможного несоответствия методик испытаний.

Super LED, Derwent, Великобритания

Предоставлена для теста компанией «Микролайт»

В Москве продаётся под торговой маркой Computar.

Цена 2001$

Длина волны излучения 880нм.

Напряжение питания – производитель нормирует потребляемую мощность 80Вт; экспериментально установлен режим питания 16В, 5А.

Габариты  480х240х90 мм

Масса  4,6 кг

Параметры осветителя	Заявленные	Измеренные
Угол освещения	20	Нет методики
Угол освещения по уровню 0,5 от максимума плотности мощности в центре, угл. градусов	Не заявлено	24
Угол освещения по уровню 0,1 от максимума плотности мощности в центре, угл. градусов	Не заявлено	48
Диаграмма направленности		осесимметричная
Дальность освещения по паспорту, м	175	Нет методики
Дальность освещения предельная, м	Не заявлено	Более 175
Дальность освещения номинальная, м	Не заявлено	Более 156
Ток потребления, А	5	5

Конструкция осветителя в виде прямоугольной коробки с поперечными ребрами радиатора на задней стороне. Излучатели расположены плоской максимальной грани прямоугольника за защитным окном из светло-красного пластикового светофильтра. Защитное окно закреплено с помощью рамки, болтами по периметру.

Действительное значение длины волны излучения не определялось, однако визуальная оценка подтверждает соответствие спектральной области генерации диапазону 830-880.  

Прожектор оснащён кронштейном с возможностью наведения в двух ортогональных плоскостях. Подводящие провода в двухслойной изоляции, предназначенные для наружной эксплуатации.

Из-за нестандартного напряжения питания и отсутствия внутренних токостабилизирующих элементов Super LED практически не применим без штатного источника питания работающего в режиме источника тока, что существенно увеличивает его и без того высокую стоимость.

Можно считать, что значение параметров при испытании подтверждены, либо близки заявленным производителем, с учетом недостаточности длины трассы и возможного несоответствия методик испытаний.

Заключение.

При выборе инфракрасного прожектора потребитель сталкивается с главной трудностью – отсутствием у производителей единой методики измерения дальности и угла освещения. В настоящей работе предпринята попытка испытаний прожекторов по единой методике, что позволяет провести их относительно корректное сравнение. Для измерений выбрана телекамера с матрицей Ex-view, как наиболее перспективная для применения с ИК-освещением. Это обусловлено более высокой чувствительностью и расширенным в область ИК спектральным диапазоном, характерными для этой технологии. Так увеличение чувствительности  на основных длинах волн ИК- осветителей составляет: для 880нм на 60-70% и для 940-950нм на 25-50%

Кроме того, для испытаний была необходима модель с отключаемой АРУ (AGC), а подобная функция характерна только для моделей верхней ценовой категории.

В результате теста выяснено, что для всех прожекторов измеренная предельная дальность освещения превосходит заявленную в паспорте дальность, из чего следует, что различение контрастных крупных объектов на заявленной дальности реализуется однозначно.

Однако уверенное различение и тем более распознавание и идентификацию объектов, например, лица человека возможно на номинальной дальности, которая соответствует паспорту только у  ИКП-25/40-940 и в какой то степени - AVIR-613-3. Необходимо отметить, что эти прожектора работают на разных длинах волн, а для полностью скрытого наблюдения можно применять только осветители на 940-950 нм. Поскольку даже излучатели на 920нм в полной темноте отчетливо видны по крайне мере с  дальности, составляющей 1/2-3/4 от дальности подсветки, с излучателями на 880нм ситуация еще безнадежнее.  Правда, в этом случае для помещений можно воспользоваться методом отраженного освещения.