Инфракрасная камера ночного видения – Как видят ночью разные камеры и приборы? / Habr

Как видят ночью разные камеры и приборы? / Habr

Существует достаточно большое количество вариантов видеть ночью. Это или взять прибор ночного видения, или тепловизор, или ночной прицел с подсветкой, или, может быть, камеру с электронным умножением на EMCCD. К сожалению, не всегда все камеры и приборы оказываются под рукой одновременно, и их обычно не удаётся сравнить между собой.

К счастью, нам повезло, и у нас появилась такая возможность. Более того, повезло, что погода позволила воссоздать эталонные условия для проведения сравнительных испытаний. Луна отсутствовала, небо было чистое, и нужно было только выехать за город, подальше от искусственного освещения.

Итак, что же у нас было с собой:

1.1 ЭОП – электронно-оптический преобразователь третьего поколения. Лучший из всех приборов типа ЭОП, с которыми приходилось сталкиваться. Очень сложно создать условия, при которых он ничего не видит. Разрешение ЭОП 68лин/мм. Максимум спектральной чувствительности должен быть в районе 800нм. ЭОП состыкован с камерой VC249 на базе малошумящего сенсора. Разрешение камеры значительно выше разрешение ЭОП, поэтому камера не влияет на результат.

1.2 VS320 – камера ближнего ИК-диапазона (SWIR) с чувствительностью в диапазоне спектра от 0.9 до 1.8 мкм. Спектральная чувствительность практически плоская. Разрешение 320х256, размер фоточувствительного элемента 25х25мкм.

1.3 VC400 – «обычная» камера видимого диапазона на базе кремневой структуры. «Обычная» в кавычках, потому что это камера для проведения астронометрических наблюдений с обратной засветкой. Разрешение 2000х2000, размер фоточувствительного элемента более 10мкм. Максимум спектральной характеристики в районе 550нм.

Все камеры разработаны и произведены в России, но это не должно никого смущать, так как элементная база (за исключением ЭОП) вполне себе импортная.

Условия съёмки:

1. Дата: ночь с 8 на 9 января 2018.
2. Широта около 58 градусов, долгота около 31 градуса.
3. Безлунная звездная ночь.
4. Проницаемость неба до 19зв.в. (косвенная оценка).
5. Освещенность на уровне земли (точнее снега): 2.5нВт/см^2 (или некоторые условные 4млк).

6. Время экспозиции всех приборов 40мс, что соответствует частоте кадров 25Гц.

Сразу предвосхищу вопросы по части освещенности на местности, мы уже намучились с фотометрическими величинами (люксы, канделы…), которые не позволяют сравнивать камеры между собой, и поэтому используем в большей части радиометрические или натуральные (вроде «звездная ночь», «полная луна»), в данном случае это звездная ночь без луны.

Сцена была сформирована классическим образом: «ночь, улица, фонарь…» и ваш покорный слуга с таблицей. Собственно, так как многие уже заждались картинок, то не считаю возможным задерживать.

По очереди: вот кадр с ЭОП:

Вот кадр с VS320 (SWIR):


А вот VC400 (видимый диапазон)

К сожалению, углы поля зрения разные, но подобрать все три светосильных объектива (около единицы), которые бы обеспечивали одинаковые поля зрения, возможности не было.

Многие зададутся вопросом, зачем в руках этот ужасный фонарь? На самом деле это не фонарь, это очень слабый светодиод, обёрнутый в ткань, для обеспечения свечения во все стороны, и он нужен, чтобы подтвердить короткое время экспозиции. Смаз фонаря на кадре соответствует времени экспозиции 40мс:


Отсутствие луны подтверждается отсутствием тени от объектов.

А так выглядят более крупные объекты (по порядку ЭОП, видимый, ИК)


Из особенностей, которые можно заметить: небо в ближнем ИК диапазоне (до 2мкм) действительно очень яркое…

Также некоторые могут подумать, что VS320 в ближнем ИК диапазоне не видит звезды, но они в этих кадрах не в фокусе, если навести фокус, то звезды вполне себе видны:

Во всём видео есть ещё один занимательный кадр:


У камеры VS320 в ближнем ИК светится окно, а в видимом диапазоне нет. Несмотря на то, что камера VS320 не тепловизор (в классическом понимании), её чувствительности достаточно, чтобы заметить освещение от остывающей печки в доме.

Для желающих посмотреть видео со всех каналов одновременно (в формате full hd), оно доступно по ссылке.

Для читателей, имеющих обыкновение рассматривать всё очень предметно, есть видео в формате 3000х1000 (нестандартный размер видео), видео не сжато и является объединением исходников без искажений (регистрации и смс): вот здесь.

Отдельно видео с камеры видимого диапазона VC400 на частоте 25Гц (экспозиция 40мс) — вот тут.

Небольшой бонус для читателей: тестовая таблица с разными камерами при освещении «звездное небо». Камера L3 производства e2v является эталоном в Европе по своей чувствительности. Сенсор камеры обладает прямоугольным пикселем большой площади (14х28мкм) и является сенсором EMCCD с электронным умножением, каждый зарегистрированный электрон в сенсоре усиливается в 1000 раз. К сожалению, в России эти камеры (L3) больше не доступны (картинка из архива):

Исходник картинки без сжатия по ссылке.

Может показаться, что во всех этих кадрах и съёмках нет ничего необычного, самые, что ни на есть, низкоуровневые камеры. Но вот для примера кадры, снятые на низкоуровневые камеры при том же освещении.


И ссылка на видео (для искушенных читателей).

Таким образом, нам удалось собрать в одном месте самые чувствительные, на текущий момент, приборы, которые могут достаточно качественно видеть ночью, и при этом приборы работают в хотя и близких, но разных спектральных диапазонах.

Ну и небольшие выводы, которые, наверное, нужно сделать. Не хотелось бы ничего навязывать читателям, так как в целом всё видно на представленных материалах.

  1. В ближнем ИК-диапазоне (1-2 микрона) небо явно светится, в разных статьях про это написано, но фактически видео в свободном доступе найти очень сложно. Мы явно наблюдали неоднородную, но устойчивую структуру свечения небосклона, похожего в чем-то на северное сияние. Благодаря этому свечению камера VS320 ближнего ИК-диапазона неплохо видит ночью. К сожалению, экземпляр камеры, который был у нас, обладал низким разрешением, но прибор показал себя достойно. Однозначно камеры ближнего ИК-диапазона могут применяться для улучшения видимости.
  2. ЭОП третьего поколения действительно отлично справляется со своей задачей и видит ночью. К сожалению, разрешение 68лин/мм не очень большое, но достаточное, чтобы ориентироваться и находить объекты.
  3. Открытием является возможность кремниевых КМОП приборов видимого диапазона, на базе которого изготовлена камера VC400, сравниться и даже по разрешению превзойти приборы ночного видения третьего поколения.

Ну и в заключение этой небольшой статьи, раз уж камера видимого диапазона оказалась астрономической, мы не могли отказать себе в удовольствии снять несколько красивых объектов (в «случайно» подвернувшийся телескоп Ньютон (D=200мм F=1000мм)):

Туманность Ориона:


cloud.mail.ru/public/DWxi/dTFJVY4MJ

и Галактика М81:


cloud.mail.ru/public/HQPo/YW4oHZeom

На просторах интернета очень мало сравнительных кадров и видео, в основном видео только какой-то одной камеры. На многих видео видны тени от Луны, что говорит о том, что ночь далеко не темная. Надеемся, что данная небольшая статья заполнит этот пробел, даст некоторую информацию о том, как видят те или иные приборы ночью.

Отдельное большое спасибо тем, кто предоставил оборудование и камеры, кто вывез нас на Ниве туда, где нет электричества и искусственного освещения, моему коллеге, с которым мы это всё собрали, сняли и обработали.

ps: при использовании данных материалов — ссылка на статью обязательна.

habr.com

3 основных особенности камер ночного видеонаблюдения, их главные характеристики и примеры камер с ИК подсветкой

Автор: Александр Старченко

Для достижения максимальной эффективности системы видеонаблюдения в условиях недостаточной освещенности необходимо применение камер ночного видеонаблюдения, которые обладают рядом характерных параметров. Основополагающей особенностью, объединяющей все подобные камеры, является наличие ИК подсветки, без которой сегодня невозможно даже и представить видеонаблюдение в ночных условиях. Есть определенные моменты, которые необходимо знать, чтобы не остаться разочарованным покупкой подобной камеры, о них мы сейчас и поговорим.

Содержание:

  1. Характеристики камер ночного видеонаблюдения
  2. Три особенности камер видеонаблюдения для ночного видения
  3. Актуальные модели

Характеристики камер ночного видеонаблюдения

Хорошая камера для ночного видеонаблюдения должна обладать рядом соответствующих характеристик:

  • Наличие мощной ИК подсветки, желательно адаптивной;
  • Возможность перехода из цветного режима в черно-белый;
  • Высокая светочувствительность сенсора;
  • Наличие ICR фильтра;
  • Всепогодный корпус.

Подсветка. Первый пункт является обязательным при необходимости ночной съемки. Следует обращать внимание на заявленные производителем параметры подсветки:

  • Угол подсветки;
  • Дальность действия;
  • Исполнение.

Угол подсветки в идеале должен совпадать с углом обзора объектива камеры, в противном случае на изображении можно получить яркое пятно засветки посередине кадра и темные участки по краям.

Действие ИК подсветки: вверху стоп кадры с выключенной ИК подсветкой, внизу — ИК подсветка включена

Дальность ИК подсветки определяется ее мощностью, и чем больше данный параметр, тем больше мощности потребуется для ее питания. К примеру, для того, чтобы обеспечить расстояние, превышающее 10 метров, диоды подсветки должны иметь суммарную мощность 5-10 Вт, при этом токопотребление может возрасти до 1 ампера и более. Из-за повышенного потребления энергии диоды ИК подсветки «нехило» нагреваются при работе, поэтому при их расположении в корпусе камеры потребуется применение радиаторов охлаждения, так что рациональность применения мощной внутрикорпусной подсветки можно поставить под сомнение.

Также стоит заметить, что расположение ИК подсветки внутри корпуса при наличии в камере защитного стекла приводит к частичному отражению от него ИК лучей, что приводит к фоновой засветке объектива.

Разумным выходом из вышеописанных ситуаций будет использование независимых ИК прожекторов, или камер, имеющих подобные прожекторы снаружи корпуса.

День/ночь. Возможность автоматического перехода из цветного режима в черно-белый и обратно также является обязательным пунктом при выборе камеры ночного видеонаблюдения, т. к. в условиях темного времени суток камера лучше всего снимает именно в монохроме. Наличие цветного режима позволяет эффективно использовать ее для сбора максимального количества информации об объекте при нормальном дневном освещении. Сейчас большинство камер оснащаются данным режимом день/ночь, но если эта функция в камере отсутствует, то и приобретать ее не стоит – в темное время суток в цветном режиме качество изображения будет не удовлетворительным.


Чувствительность. Теперь поговорим о светочувствительности сенсора. Для видеонаблюдения в условиях темного времени суток чувствительность матрицы камеры должна быть максимально высокой. К примеру, для получения нормального изображения безлунной ночью при чистом звездном небе камера должна обладать чувствительностью 0,001 люкс. При такой чувствительности камера способна выдавать достойное изображение в черно-белом режиме съемки ночью.

ICR фильтр. ICR фильтр представляет собой сдвигаемый механический ИК фильтр, расположенный перед матрицей камеры. Если человеческий глаз не в состоянии заметить свет ИК подсветки, то сенсор камеры отлично его видит, и если в ночное время в монохромном режиме качество картинки остается достаточно хорошим, то днем ИК излучение оказывает на него существенное влияние. Ухудшение качества проявляется в искажении цветопередачи, контраста, и размытии изображения. Обусловлено это тем, что днем помимо спектра ИК подсветки на матрицу камеры попадает и естественный свет,  которые воспринимаются объективом камеры не одинаково вследствие различия диапазонов длин волн этих двух типов освещения. Чтобы отсечь ИК лучи в дневное время суток в камеру устанавливают ИК фильтр, который закрывает матрицу от инфракрасных лучей днем, и сдвигается в сторону при помощи механического привода с наступлением темноты.

Корпус. Если камеру видеонаблюдения планируется установить снаружи, то стоит приобретать устройства со специальным защитным корпусом, способным выдерживать высокие и низкие температуры, а также противостоять неблагоприятным факторам окружающей среды – пыли и влаге. Обычно уличные камеры оснащаются антивандальным герметичным термокожухом, способным обеспечивать работу устройства в диапазоне температур от -40 до +50 °C, с классом защиты IP66 – пыле-, влагоустойчивый. В некоторых случаях корпус может быть оснащен системой подогрева.

Подробнее о критериях выбора камеры видеонаблюдения вы можете почитать в этой статье, где мы разобрали основные моменты, которые необходимо знать, прежде чем купить любую камеру для видеонаблюдения.

Три особенности камер видеонаблюдения для ночного видения

У камер ночного видеонаблюдения есть свои особенности, которые характерны только для данного типа устройств. Данные особенности можно отнести также и к недостаткам ночных камер, выделим их в количестве 3 пунктов:

  1. Высокая чувствительность к наличию мелких частиц в воздухе – пыли, дождя, снега;
  2. Пульсация изображения при работе с нестабильными источниками энергии;
  3. Ограниченные ресурсы диодов ИК подсветки.

Как будет выглядеть изображение с ночной камеры со включенной ИК подсветкой в снегопад

  • Снег, капли дождя, или пыль, попадая в поле зрения объектива камеры ночью, имеют свойство отражать от себя свет ИК подсветки (вы когда-нибудь пробовали фотографировать в небольшой снегопад со вспышкой в сумерках?), и тем самым в значительной степени препятствуют восприятию изображения. При этом что-то различить на экране монитора становится практически невозможно. Бывает такое только в сильную метель или проливной дождь, но, к сожалению, другие варианты камер ночного видеонаблюдения без ИК подсветки имеют астрономическую стоимость, и используются для решения достаточно специфичных задач.
  • Пульсация изображения может возникать преимущественно из-за разницы между скоростью записи камеры (частотой к/с), и частотой пульсации подсветки.
  • Срок службы диодов ИК подсветки в камерах видеонаблюдения ограничен, и находится в диапазоне от 20 000 до 50 000 часов. Таким образом, при среднем времени работы подсветки 12 ч. в сутки, ограничение срока службы составляет от 5 до 10 лет, после чего светодиоды необходимо будет заменить, либо использовать альтернативные источники подсветки – ИК прожекторы, иначе камера будет уже непригодна для ночной съемки.

Данные недостатки характерны только для подобного типа устройств, но, как видите, с ними вполне можно смириться – срок службы диодов вполне себе неплохой, да и метель с дождем бывают не так уж и часто, поэтому в отсутствие альтернатив камеры ночного видеонаблюдения с ИК подсветкой являются очень хорошим решением проблемы ночной съемки.

Актуальные модели

Камера с диодами ИК подсветки IVUE NW451-PT. ~ 9 000 — 10 000 р.

Сегодня ИК подсветкой оснащается подавляющее большинство камер видеонаблюдения. В качестве примера приведем 2х мегапиксельную уличную IP камеру IVUE NW451-PT с дистанцией подсветки 30-40 метров. Что важно, диоды  хоть и расположены под защитным стеклом камеры, но изолированы от объектива, поэтому его фоновой засветки не будет. Камера может работать в диапазоне температур от -30 до +55°C. ИК подсветка автоматически включается с наступлением темноты, при этом устройство способно снимать при минимальном уровне освещенности 0 люкс, т. е. в полной темноте. Имеется встроенный ICR фильтр, положение которого регулируется автоматически при смене режимов день/ночь. Питание IP камеры может осуществляться по Ethernet кабелю. Также в камере имеется функция WDR (широкий динамический диапазон), что позволяет избежать засветок и затемненных мест в кадре при неравномерном освещении. Стоит данное устройство около 9-10 т. р.

Камеры с вынесенными мощными ИК прожекторами сейчас найти довольно сложно – большинство моделей снято с производства. Подобные камеры имеют вынесенную ИК подсветку по бокам корпуса и обладают практически ничем не отличающимися характеристиками от камер с обычной ИК подсветкой, за исключением ее увеличенной мощности.

Vumii Accuracii-XRU

Более профессиональные модели ночных камер видеонаблюдения также широко не представлены, т. к. их применение ограничено специфическими нуждами. Подcветка подобных устройств основана на непрерывно-волновом, электро-оптическом освещении. Такие камеры способны распознавать номера машин и лица людей на расстоянии до 200-400 метров. Большая дальность достигается за счет возможности 120 кратного зуммирования. Примером подобных устройств могут служить камеры марки Vumii, которые служат для выполнения различных профессиональных задач, и стоимость их значительно превышает обычные камеры с ИК подсветкой.

С этим читают:

Понравилась статья? Поделись с друзьями в соц сетях!

nabludaykin.ru

Приборы ночного видения и тепловизоры для инспекций. Самые доступные варианты.

Самые популярные и востребованные модели из доступных: приборы ночного зрения и тепловизоры для личного использования. Без проблем с таможней — из наличия в РФ. 

Внимание, очень важно. Большинство лотов имеются на логистических складах в Российской Федерации — при выборе заказывает с местного склада, это позволит избежать проблем с таможней. Плюс ускоряет доставку в разы и обеспечивает локальную гарантию. Не забываем и про купоны на скидку.

Сразу хочу сказать, что не стоит путать тепловизоры и монокуляры ночного видения. Они работают по разному принципу. Тепловизор имеет в своем составе микроболометрическую матрицу, чувствительную к инфракрасному излучению. Бытовой тепловизор способен измерять температуру объектов и отображать температурную разницу от  минус  градусов С. А если установить дополнительное охлаждение, то можно смотреть и абсолютную температуру (от 0 К). Для этого умельцы устанавливают многосекционные охладители Пельтье или Стирлинга. 
А вот приборы ночного зрения гораздо проще по конструкции — это обычная CMOS-фотоматрица, такая же, как и на фотоаппаратах, вот только отсутствует ИК-фильтр (на фотоаппаратах он присутсвутет), и расширен диапазон в сторону ИК-излучения. При необходимости, приборы ночного зрения первого поколения оборудованы активной подсветкой — мощным LED- или лазерным диодом, например, на длине волны 850 нм. Это недорогой и эффективный способ наблюдения в условиях недостатка освещенности. Тепловизоры используются как в быту, так и на производстве (обследования) и ремонте, а приборы ночного зрения будут интересны охотнику, рыбаку, туристу, страйкболисту или охраннику.

Официальный магазин Seek Thermal в России

SEEK THERMAL с Алиэкспресс

 

 Появилось представительство штатовской компании Seek Thermal в России, тепловизоры в наличии, растаможены, с локальной гарантией. Приобретать выгоднее, чем тащить из-за моря (применяем купон IXSTC на 10% на весь ассортимент). Желающие и не верящие могут проверить цены на Али по ссылке выше. Еще раз напоминаю, что в модель Compact в последних ревизиях добавили фокусировку, как и у модели CompactXR. А что касается разрешения, то есть смысл брать именно Compact PRO — самый дешевый тепловизор-приставка высокого разрешения. Позволяет видеть отдельные электронные компоненты на плате.  Обзор на мобильный тепловизор Seek Thermal Compact и на модель SHOT PRO.

 Тепловизоры FlirOne

 Из альтернатив можно посмотреть в сторону моделей от Flir, а конкретно — мобильные тепловизоры FlirOne, в том числе модели GEN3 и PRO. Третье поколение FlirOne имеет матрицу 80х60 точек, совмещенную с камерой видимого диапазона, а модель FlirOne PRO имеет матрицу чуть лучше, на 160×120 точек. Софт достаточно проработанный, при выборе обращайте внимание на свой тип коннектора (USB-C, iPhone).

Тепловизоры XEAST

XEAST Official предлагает модели тепловизоров: HT-02(D) (в комплекте с пирометром IR89 или мультиметром XE-409 с черным экраном), обновленный вариант HT-175, HT-18 (также с пирометром IR89). Что касается возможностей — тепловизоры типа HT-02 (разрешение 60х60), HT-02D (32х32) это достаточно старые, но зарекомендовавшие себя модели. Тепловизор HT-175 (32х32) является модицифированным вариантом HT-02D. Самый продвинутый из списка — это модель HT-18 (с высоким разрешением 220х160). Вот последний вариант вполне современный.

 

 Тепловизоры Hti 

Магазин Hti Official на Алиэкспресс предлагает несколько хороший вариантов. Начну с моделей мобильных тепловизоров (HT-102/201/301). Приятно, что производитель обновил модельный ряд и выпустил более продвинутые модификации. Из самых годных вариантом отмечу Hti HT-18 — тепловизор с высоким разрешением 220х160 точек, который поможет провести обследование утепления дома и квартиры, работу отопления, трубопроводов, электропроводки и многое другое. 

 

Тепловизор Hti HT-201 USB

В официальном магазине Hti Official Store на Алиэкспресс обновление — две новых модели USB-тепловизоров для мобильного телефона. Это тепловизор HT-301 USB (разрешение инфракрасного изображения: 384×288 точек (только ИК. Частота 25 Гц) и и тепловизор HT-201 USB (разрешение инфракрасного изображения: 320×240, видимого: 640×480 точек. Частота 9 Гц). Фокусное расстояние в обоих случаях фиксированное. FOV 28°x21° и 33°х33° соответственно. Работают со смартфонами под управлением Android (USB-C). Обзор младшей модели Hti HT-102 (32х32 точек).

 Что касается применения тепловизора для охоты и наблюдения за животными — то скажу, что тепловизор позволяет различить животное на некотором расстоянии, даже в густой траве и кустарнике. Особенно заметно зимой. Для ряда моделей придется прикупить дополнительный объектив с германиевыми линзами, для получения нужного фокусного расстояния и дальности. 

На самом деле для охоты, рыбалки, кемпинга и просто для ориентирования ночью подойдут специально разработанные приборы ночного зрения, которые работают в полной темноте, а многие оборудованы собственной подсветкой (ИК-диапазона). 

Монокуляр WG540 для ночного видения

Один из лучших недорогих монокуляров с встроенным ночным зрением. Параметры оптического монокуляра: 5X40, до 200 метров. Инфракрасная CMOS матрица (5Мп) обеспечивает работу на 850 нм, в том числе с активной лазерной подсветкой. Есть возможность записать видео или сохранить фотографию ( 2560 х 1920 точек) на карту памяти. Работает от элементов 14500. Защита IP54. Идеальный подарок охотнику и туристу. Да и для дома пригодится))))

 Фотографии животных можно сохранить на карту памяти (MicroSD).

Цифровой бинокль ночного видения Bestguarder NV900

Монокуляр, это хорошо, а бинокуляр — вдвойне лучше! Отличная модель NV900 от Bestguarder. Один окуляр является видоискателем, второй предназначен для системы ночного зрения. Прибор обеспечивает дальность обзора до 400 метров (зависит от условий). Есть возможность установки на штатив, сохранения фото и видео на карту памяти, подключение внешнего телевизора или монитора. Предусмотрена защита от пыли и влаги по стандарту IPX4. 

 

Ручной прибор ночного видения

Интересный и недорогой вариант ночной камеры с лампой-фарой ИК-диапазона. Работает простейшим образом. Встроенная камера через объектив принимает ИК- излучение, отраженное ночью от предметов. Чем сильнее отражает предмет — тем сильнее его видно ночью. При необходимости включается фонарь подсветки с ИК-диодом (850 нм).  Предельная дальность 150 метров. Подойдет для охранников, охотников, страйкболистов.

Тактический прицел с ночным видением

Интересный вариант модернизации прицела приемником, дисплеем, ИК-лазерной подсветкой (850 нм). Монтаж на планку Пикатинни, элементарный. Работает от элемента 18650. Разрешение дисплея не ахти какое, но позволяет оценивать обстановку ночью. Подойдет для спорта (страйкбол). Хороший и недорогой подарок охотнику. 

 Тема интересная, еще больше полезного можно найти у меня в профиле.

www.ixbt.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о