15.07.2016

История и будущее ИК-подсветки

К моменту массового распространения в 1990-е гг. ПЗС-камер потребность в ИК-подсветке выросла. Инфракрасные прожекторы большой мощности практически до 2000-х гг. в основном оставались ламповыми и поставлялись главным образом из-за границы (VIDEOTEC, Derwent/Computar). Осваивать их производство в России оказалось сложно. А с ИК-осветителями малого радиуса действия ситуация была совершенно иной.

К середине 1990-х гг. телекамеры стали миниатюрными, что позволило повсеместно устанавливать их скрытым образом. Криминальная обстановка того времени немало способствовала этой тенденции. Появились, в частности, "видеоглазки" – телекамеры, замаскированные под дверной глазок. Широко распространились объективы типа pin-hole, сначала плоские, потом в виде усеченного и полного конуса. Когда выяснилось, что миниатюрная телекамера ночью полностью "слепнет", возник существенный спрос на малогабаритные ИК-осветители.

Первые отечественные ИК-осветители

В С.-Петербурге были разработаны инфракрасные излучатели из 6 бескорпусных светодиодов (линейка ИК6), объединенные единой линзой-фоконом. Эти изделия имели разную конструкцию – в виде пластины и в виде болта, с грибовидной (рис. 1) или с шестигранной плоской головкой (рис. 2) и требовали обязательного теплоотвода. Данные разработки стали использовать также в качестве излучающих элементов при сборке более мощных ИК-прожекторов. Монтаж ИК6 требовал особой тщательности и аккуратности.


Они устанавливались на массивные радиаторы с площадью теплоотвода не менее 100 кв. см (для каждого излучателя) и толщиной от 3 мм, с хорошо отшлифованной ровной поверхностью. В радиаторе делали перпендикулярное (± 0,5 град.) резьбовое отверстие и вворачивали изделие, смазав резьбу и нижнюю часть головки болта термопастой. Минимальный перекос вызывал напряжение в металле, что приводило к выходу излучателя из строя. Излучатели изготавливали из относительно мягкого металла (латунь), и их нельзя было затягивать слишком сильно, чтобы не отломить ножку. 


Специально для подсветки перед входными дверьми в Москве вскоре были разработаны ИК-пластины (рис. 3), имитирующие плоское основание для цифр квартирного номера. Под темным светофильтром на металлической пластине были расположены 2–4 линейки бескорпусных светодиодов. ИК-пластина освещала пространство перед входной дверью и была удачным дополнением к видеоглазку. Кроме того, она не нуждалась в дополнительном теплоотводе.

Для незаметной подсветки внутри помещений был разработан относительно мощный светодиодный прожектор – ИК-лампа, имитирующая лампу накаливания. Она легко устанавливается в любой светильник с цоколем Е27, например в точечный светильник подвесного потолка (рис. 4), и освещает целую комнату. 


В С.-Петербурге также создали ИК-осветитель в виде электрического выключателя, но он не получил широкого распространения.

ИК-прожекторы большой мощности

В ИК-прожекторах большой мощности замена ламп на светодиоды состоялась несколько позже, на рубеже веков. Эта тенденция затронула как иностранных, так и отечественных производителей. Типовой современный инфракрасный прожектор (рис. 5) состоит из массивного металлического радиатора с развитыми ребрами охлаждения, на котором установлена матрица из десятков, а иногда и сотен ИК-светодиодов, закрытая светофильтром. Как правило, такой прожектор оснащен фотодатчиком освещенности, который включает осветитель только при падении освещенности ниже определенного уровня. Это позволяет избежать перегрева днем и сэкономить электроэнергию.

Иногда в корпус прожектора встраивается блок питания, но предпочтительнее выглядит вариант отдельного блока во влагозащитном исполнении. Большинство прожекторов комплектуются кронштейнами, позволяющими устанавливать их как отдельно, так и рядом с телекамерой.

ИК-прожекторы против встроенной подсветки

Одна из особенностей использования ИК-подсветки заключается в том, что наилучший результат получается при расположении камеры и прожектора на максимально возможном расстоянии друг от друга, поскольку когда они совмещаются в один корпус, неизбежно возникает паразитная обратная засветка иллюминатора прожектора, а также пространства непосредственно перед ним. Даже иллюминаторы, разделенные непрозрачными рамками, все равно не могут полностью избавиться от этого эффекта. И чем больше грязи и пыли садится на стекло в процессе эксплуатации, тем заметнее становится "вуаль" на изображении. Поэтому более-менее приемлемая "картинка" при сдаче работ вовсе не гарантирует заказчику то же качество через 2–3 недели.

Небольшой дождь, снег, туман или дымка, подсвеченные ИК-прожектором у камеры, препятствуют наблюдению за относительно удаленными объектами – видна только светящаяся белая муть. Система с разделенными прожектором и камерой в тех же условиях работает без проблем: неподсвеченные атмосферные взвеси являются гораздо более прозрачными для телекамеры.

Масса насекомых вьется ночью у теплого ИК-прожектора. Если камера установлена рядом, неизбежны частые срабатывания детектора движения на мух и мотыльков, а объектив быстро затянется паутиной. Многим знакомы такие массовые "тревожные" ночные записи в архиве. Впустую тратятся терабайты жестких дисков и часы рабочего времени оператора.

Таким образом, чем дальше происходит пересечение секторов зрения камеры и освещения ИК-прожектора, тем качественнее будет в результате изображение.

Кроме того, инфракрасная подсветка эффективна лишь для черно-белых камер. Цветные модели с убираемым ИК-фильтром даже в исполнении "День/ночь" все равно имеют в разы худшую чувствительность в ИК-диапазоне. Это обусловлено, помимо прочего, наличием мозаичного фильтра на любой цветной ПЗС-матрице.

Чувствительность камеры к ИК-излучению с ростом длины волны падает и составляет в среднем 10–15% от максимума при λ=880 нм и лишь 5–7% при λ=940 нм (см. спектральные характеристики ПЗС-матрицы I и ИК-диодов II, с λ=880 нм и III с λ=940 нм на рис. 6). На рис. 6 видны остаточные свечения обоих светодиодов в видимом диапазоне. Светодиод II с λ=880 нм имеет небольшой всплеск в ярко-красной зоне спектра II’, а светодиод III с λ=940 нм – в темно-вишневой зоне III’. От этого свечения сложно избавиться, поэтому излучение большинства ИК-прожекторов заметно с малого расстояния в темноте невооруженным глазом. 


За последние десять лет на рынке появилось огромное количество камер со встроенной ИК-подсветкой. Они выпускаются как в цилиндрических, так и в купольных корпусах, как для улицы, так и для помещений. Встроенная ИК-подсветка имеет ряд принципиальных недостатков, но благодаря низкой цене практически все уличные камеры сейчас ей оснащены. Это объясняет резкое снижение спроса на ИК-прожекторы в отдельных корпусах. Кроме того, прошла мода на видеоглазки – их повсеместно вытеснили видеодомофоны, чьи вызывные панели имеют встроенную ИК-подсветку, которая позволяет видеть лицо посетителя. Видеоглазки потянули за собой в небытие ИК-пластины и ИК-болты.

Будущее ИК-подсветки

Среди перспективных направлений развития инфракрасных осветителей стоит отметить импульсную подсветку. Такие прожекторы синхронизированы с ПЗС-матрицей камеры и включаются только в период накопления заряда ячейками ПЗС. Это позволяет существенно увеличить кратковременно излучаемую мощность при тех же размерах радиатора. При обычном ночном видеонаблюдении, когда время накопления максимально, разница не очень заметна. Однако в системах, где камера работает с фиксированным небольшим значением электронного затвора (порядка 1/1000 с и менее), можно увеличить дальность освещения в 2–3 раза. Поэтому импульсные прожекторы целесообразно использовать для наблюдения за движущимися объектами, например для камер распознавания автомобильных номеров. Именно в этих системах во избежание смазывания изображения значение электронного затвора принудительно ограничивается.

Вторым важным направлением являются ИК-прожекторы с изменяемым углом освещения. Целесообразным кажется использовать такие прожекторы для работы с поворотными камерами, чтобы при сужении угла зрения камеры автоматически уменьшался бы угол освещения ИК-прожектора, и наоборот. Первые ИК-прожекторы с переменным углом были созданы в Москве в конце 2000-х гг., однако широкого распространения не получили. Слишком сложным оказалось точно синхронизировать прожектор и камеру. Но совсем недавно один корейский производитель объявил о продажах новых поворотных камер с "синхронизированным" инфракрасным прожектором, который меняет свой угол освещения вместе с углом зрения камеры (рис. 7). 


Насколько удачно данное решение, оценить без тестирования сложно, но, безусловно, это большой шаг в развитии ИК-прожекторов.

Для ночного наблюдения (в тех случаях, когда оно не скрывается) гораздо эффективнее использовать осветители видимого диапазона (см. графики на рис. 6), что и доказывают некоторые российские производители, предлагая ряд прожекторов видимого света, хотя им пока непросто конкурировать с более дешевыми галогенными.

Пять принципов покупателя

  1. ИК-подсветка эффективна лишь для черно-белых камер.
  2. Разделенные в пространстве ИК-прожектор и камера лучше, чем камера со встроенной подсветкой, особенно при наблюдении на больших расстояниях.
  3. Для камер распознавания номеров целесообразно использовать импульсное ИК-освещение.
  4. При работе с поворотными камерами перспективно использовать ИК-подсветку с изменяемым углом.
  5. Там, где есть возможность установить осветители видимого света, инфракрасная подсветка не нужна.

Источник:  http://secuteck.ru/

Автор:  Арсентьев М. Ю.

Разделы каталога

(Нет голосов)