Все статьи : Сети, автоматизация, безопасность, связь : Системы теле и видео наблюдения |
Теленаблюдение в интересах обеспечения безопасности и охраны предполагает получение удовлетворительного изображения объекта при любых условиях освещенности. Это относится как к закрытым помещениям с выключенным, либо дежурным освещением, так и объектам на открытом воздухе вне зависимости от расположения зоны наблюдения, времени суток и погодных условий. При использовании стандартной телевизионной техники неизбежным в этом случае является использование искусственного освещения. Но даже для специальных и относительно дорогих высокочувствительных систем ночного видения, позволяющих осуществлять телевизионное наблюдение при освещенности порядка 0,001 лк, уже незначительная подсветка может существенно увеличить контраст и разрешение изображения.
Практически все современные телекамеры выполнены на основе светочувствительных ПЗС-матриц. Характеристика спектральной чувствительности матрицы, оптимизированная по кривой чувствительности глаза, представлена 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 работать в максимуме ее чувствительности (555 нм). Но имеется ряд задач скрытого видеонаблюдения и естественно в этом случае использование освещения, невидимого для глаза. Причем зачастую это не связано с проведением каких-либо специальных операций. Просто скрытая подсветка не привлекает внимание к скрытой телекамере, что позволяет успешнее противостоять или скорее не попадаться на глаза современным "интеллектуальным вандалам".
|
|
Необходимо выделить два случая применения инфракрасной (ИК) подсветки.
В первом случае требуется, как максимум, невидимость рассеянного или диффузно отраженного светового потока, но допустимо демаскирующее свечение самих источников излучения. При этом возможно применения излучателей с длинной волны 920, 880 и даже 850 нм.
Во втором - требуется безусловная невидимость самого излучателя, даже при прямом визуальном наблюдении его с близкого расстояния. Для этого применяются излучатели с длинной волны 940-950 нм
Необходимо отметить, что, несмотря на границу чувствительности глаза 700-750 нм, любой наблюдатель через 5-10 мин. в полной темноте однозначно различает светящиеся излучатели даже с длиной волны 920-940 нм мощностью 20-40 мВт с угловыми размерами до 1,0 угловых минут. Механизм этого явления не совсем ясен и, по-видимому, обусловлен фантастически высокой чувствительностью адаптированного глаза. Естественно видимость излучателей зависит от плотности мощности излучения, попадающего в глаз наблюдателя.
Все инфракрасные источники света для видеонаблюдения можно разделить на две группы, различающиеся назначением, а, следовательно, характеристиками и конструктивным исполнением. К давно известным и широко распространенным источникам можно отнести различные ИК-прожекторы, фары и фонари, предназначенные для освещения объектов наблюдения, как на улице, так и внутри помещения. Скрытность подсветки обеспечивается только в условиях темноты, да и то, для ряда излучателей - только 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 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 80-90°. Осветители располагаются за карнизами, балками и другими элементами, скрывающими их от глаз наблюдателя.
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 2800-3000°С. 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 (ИКС). На рис 4 приведены спектральные характеристики ряда ИКС. В редких случаях для решения специальных задач возможно применение интерференционных фильтров, но высокая стоимость, ограниченная стойкость и малая эффективность в расходящихся пучках тепловых некогерентных источников существенно ограничивает их применение.
|
|
В качестве примера в таблице 1 представлены технические характеристики прожекторов серии IR VEDEOSYS INTERNATIONAL иН5-1000 Hi-Harp
Таблица 1
Модель | IR-VE-75 | IR-TK-300 | HS-1000A | HS-1000B | HS-1000C |
Длина волны, нм | 830 |
840-1200 |
|||
Угол излучения, угл. 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, ч | - |
- |
2000 |
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). Основной технической проблемой для полупроводниковых ИК-осветителей является обеспечение эффективного отвода тепла от площадки светодиода. От этого зависит допустимый ток и световой поток единичного излучателя, а, следовательно, необходимое суммарное количество светодиодов и в, конечном итоге, размеры и себестоимость всего прожектора. Для примера в таблицах 2, 3 и 4 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 с чувствительностью 0,1 лк на объекте.
Таблица 2
Модель | HS-1000LED |
ИКП-90 |
ИКП-48-18/30 |
ИКП-98-25/30 |
Длина волны, нм | 840 |
880+ 20 |
940 |
940 |
Угол излучения, угл.град | 70 |
40 |
30 |
30 |
Дальность, м | 15 |
15 |
18 |
25 |
Напряжение питания, В | ~ 110/220 |
=12+ 0,5 |
=12+ 10% |
=12+ 10% |
Мощность, Вт | 12 |
10 |
6 |
12 |
Диапазон температур, С0 | -20/60 |
-30/40 |
-30/40 |
-30/40 |
Габариты, мм | 103х130х159 |
112х86х42 |
110х75х35 |
110х100х50 |
Таблица 3
Модель | Луна -8 |
Луна-10 |
Луна-50 |
||||||
Длина волны, нм | 870+ 20 |
||||||||
Угол излучения, угл.град | 20 |
40 |
80 |
20 |
40 |
80 |
20 |
40 |
80 |
Дальность, м | 8-11 |
6-8 |
4-6 |
10-15 |
7-10 |
5-8 |
30 |
15 |
7 |
Напряжение питания, В | =11-14 |
=22-27 |
|||||||
Мощность, Вт | 8 |
10 |
50 |
||||||
Диапазон температур, С0 | -30/40 |
||||||||
Габариты, мм | 90х80х13 |
100х70х40 |
210х140х40 |
Прожекторы серии "Луна" представляют интерес наличием встроенного стабилизатора тока, который обеспечивает малую зависимость светового потока от напряжения питания, длины линии (сопротивления приводов) и количества действующих излучателей (в случае их частичного выхода из строя).
Таблица 4
Модель | ИКП-20 |
ИКП-40 |
ИКП-100 |
|||||
Длина волны, нм | 850-960 |
|||||||
Угол излучения, угл.град | 40 |
90 |
40 |
60 |
10 |
20 |
25 |
35 |
Дальность, м | 7-9 |
5-8 |
15-20 |
120 |
50-60 |
35-40 |
15-20 |
|
Напряжение питания, В | 11,7-16 |
|||||||
Мощность, Вт | 10 |
20 |
20 |
|||||
Диапазон температур, С0 | - |
- |
- |
|||||
Габариты, мм | 50х80х25 |
115х75х55 |
122х100х55 |
Модели ИКП-40 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, то есть влияние изменения чувствительности телекамеры и результирующую дальность подсветки. На рис 5 представлены спектральные характеристики типовой ПЗС-матрицы и ИК-диодов.
|
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 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 различными материалами при монохромным узкополосном освещении. В простейших случаях для устранения эффекта расфокусировки при ИК-подсветке можно ограничить спектральный диапазон телекамеры ИК-областью, установив перед объективом ИК-фильтр. Однако для сохранения требуемых характеристик в дневное время у камеры должен быть практически десятикратный запас по чувствительности. Естественно, более эффективно использовать специальную широкополосную оптику.
Кроме прожекторов, собранных на дискретных элементах, получили распространение малогабаритные излучатели, на основе шестиэлементных светодиодных матриц с питающим напряжением 12 В. Светодиоды матрицы разварены на едином металлическом основании, включены последовательно и снабжены встроенным балластным резистором. Выпускается целый ряд излучателей в различном конструктивном исполнении и с углами излучения 160 ,120 ,40 и 20° . Снабженные радиатором, излучатели используются в качестве миниатюрных прожекторов, либо встраиваются в конструктивные элементы зданий или оборудования для скрытой подсветки. Технические характеристики излучателей сведены в таблицу 5, внешний вид изделий представлен на фото 1.
Таблица 5
Модель | ИК6/20 |
ИК6/40 |
ИК6/120 |
ИК6/160 |
Длина волны, нм | 880 или 920 |
|||
Угол излучения, угл.град | 20 |
40 |
120 |
160 |
Дальность, м | 6-8 |
4-6 |
2-3 |
1-2 |
Напряжение питания, В | 12+ 0,6 |
|||
Мощность, Вт | 2,5 |
|||
Габариты, мм | 15х25х12 для ИК6R; М10х20 для ИК6аR |
|
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, уже 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 спрятаны за непрозрачным в видимой области инфракрасным светофильтром. На этой панели наносится надпись, пиктограмма или номер квартиры или офиса. Элементы надписи, пиктограммы, номера или знаки 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 со светофильтром молочного цвета, но в этом случае потери излучения могут достигать 30-50%. Другим вариантом камуфлированного осветительного устройства является исполнение в виде болта и резьбовой шпильки, в торцах которых установлены излучатели. На фото 2 представлены ИК-осветители в виде номера квартиры, болта и шпильки. На фото 3 - их телевизионное изображение во включенном состоянии.
|
|
Технические характеристики камуфлированных излучателей сведены в таблицу 6.
Таблица 6
Модель | ИК-Болт |
ИК-Шпил. |
ИКПл.880 |
ИКПл.940 |
ИКПл.950 |
||
Длина волны, нм | 920/950 |
880 |
940 |
950 |
|||
Угол излучения, угл.град | 160 |
160 |
160 |
170 |
160 |
||
Дальность, м | 1-2 |
2-4 |
1,5 -3 |
||||
Напряжение питания, В | 12+ 0,6 |
||||||
Мощность, Вт | 2,5 |
5 |
|||||
Габариты, мм | М10х20 |
95х80х6 |
106х72х6 |
95х80х6 |
В заключение можно констатировать, что ИК-подсветка является важным фактором повышения эффективности скрытого видеонаблюдения при малой освещенности, а также средством борьбы с задней засветкой. В качестве источников излучения все более широкое применение находят полупроводниковые светодиодные осветители, особенно для скрытой подсветки в ближней зоне. В таких ситуациях применимы только специализированные источники в камуфлированном исполнении, работающие на длине волны не более 940 - 950 нм.
Чура Николай Иосифович
Предоставлено журналом "Специальная техника"
Не так давно системы видеонаблюдения мы могли увидеть только в шпионских фильмах «а-ля Джеймс Бонд». По счастью, прогресс не стоит на месте. И всевозможные системы... Подробнее
|
Новое решение для наблюдения в условиях сложного освещения приведено в "одноименной статье". Подробнее
|
Приборы ночного видения занимают особое место в арсенале правоохранительных органов и служб безопасности коммерческих структур. Дело в том, что в ходе оперативных... Подробнее
|
Все статьи: | «Сети, автоматизация, безопасность, связь» (124) >> «Системы теле и видео наблюдения» (12) >> |
Комментарии
(1)Спасибо.
Оценка: