Инфракрасные камеры

Плюсы и минусы камеры видеонаблюдения с ИК подсветкой

Камеры видеонаблюдения с ИК подсветкой имеют следующие преимущества перед обычными системами видеонаблюдения:

получение четкой картинки без затемнений и пересветов;
незаметность подсветки для злоумышленников;
низкое энергопотребление (по сравнению с комплектом обычной камеры и осветительного прибора);
эффективное наблюдение на расстоянии до 20-50 м в зависимости от модели;
круглосуточный контроль над охраняемой территорией.

При использовании инфракрасной камеры в профессиональной охранной системе (см. Комплект видеонаблюдения на 8 камер) возможно выявление некоторых недостатков устройства.

Главным минусом конструкции является несовпадение угла обзора камеры и освещения светодиодов.

Кроме того инфракрасное излучение отражается от элементов камеры, близкорасположенных стен здания и осадков, что влечет за собой эффект тумана. Для его снижения козырек камеры покрывается черной краской. Привлекаемые излучением насекомые тоже оказывают свое влияние, загрязняя объектив.

ИК ПРОЖЕКТОРЫ

Инфракрасные прожекторы для систем видеонаблюдения позволяют эффективно вести наблюдение в темное время суток. Конструктивно они представляют собой функционально законченное устройство в отдельном корпусе. По типу излучателя они могут быть:

ламповыми;
светодиодными.

Первые имеют относительно небольшой рабочий ресурс, небезопасны в эксплуатации, поэтому сейчас практически не применяются. Светодиодные прожекторы компактны, устойчивы в различного рода вибрациям и сотрясением, имеют высокий КПД. Их основными техническими характеристиками являются:

мощность излучения;
углом подсветки;
дальностью;
длиной волны ИК излучения.

Чем больше мощность инфракрасного прожектора и меньше угол подсветки тем на большем расстоянии он действует.

Мощность определяется количеством и типом светодиодов. Угол освещения также определяется двумя факторами: конструкцией светодиодов и характером их размещения в корпусе прибора. Поскольку сами по себе светодиоды формируют достаточно узкий пучок излучения, для подсветки больших площадей их оптические оси должны располагаться под углом друг другу.

Угол подсветки прожектора должен соответствовать углу обзора камеры видеонаблюдения. Исключение могут составлять случаи, когда места установки видеокамеры и прожектора разнесены. Кроме того, возможен вариант, когда один прожектор используется для освещения зоны обзора нескольких камер.

Обратите внимание, угол обзора видеокамеры определяет дальность эффективного наблюдения (про это здесь). Например, для камеры с фокусным расстоянием 3,6 мм максимальное рабочее расстояние составит порядка 15 метров

Грубо прикидываем, что угол ее “зрения” составляет 60. Соответственно такие же параметры должен иметь ИК прожектор для совместной с ней работы.

Например, для камеры с фокусным расстоянием 3,6 мм максимальное рабочее расстояние составит порядка 15 метров. Грубо прикидываем, что угол ее “зрения” составляет 60. Соответственно такие же параметры должен иметь ИК прожектор для совместной с ней работы.

Имейте ввиду, получить большую дальность подсветки при большом угле раскрыва излучения ИК прожектора — задача технически сложная. В широкой продаже такие устройства не встретишь или цена их будет чрезвычайно высока.

Так что к выбору устройства инфракрасной подсветки надо подходить вдумчиво и критически относиться к различного рода рекламным заявлениям.

* * *

Эксперимент

На фото 1 приведен счетверенный стоп-кадр, полученный телекамерой цветного изображения (color), камерой “день/ночь” без ИК-чувствительности (dn), камерой с постоянной ИК-чувствительностью (dn ir) и камерой с подвижным управляемым ИК-фильтром (dn cut). Освещение в измерительной камере производится лампами накаливания. Отчетливо заметны искажения цвета в камере с постоянной ИК-чувствительностью. Примечательно, что особенно подвержены изменению цвета синтетические материалы.

На фото 2 приведен стоп-кадр, полученный аналогичными камерами при минимальной освещенности. Все три камеры “день/ночь” перешли в черно-белый режим. Однако видно, что контрастность и яркость изображений цветной камеры и камеры “день/ночь” без ИК-чувствительности практически идентичны и явно уступают камерам с расширенным в область ИК спектральным диапазоном чувствительности.

Естественно, только камеры “день/ночь” с ИК-чувствительностью могут работать с ИК-подсветкой. Однако реальная чувствительность в области ИК, а уже тем более на конкретной длине волны ИК-осветителя, остается для потребителя “тайной за семью печатями”. Отчасти и поэтому тоже такой популярностью пользуются телекамеры цветного изображения “день/ночь” со встроенной ИК-подсветкой. В таком случае производитель сообщает (если, конечно, это правда), на какой дальности можно вести наблюдение.

Если же вы применяете отдельный ИК-осветитель с телекамерой цветного изображения “день/ночь”, вам не избежать “проб”, а может быть “и ошибок”. Причем, как правило, несколько мифические данные о ночной чувствительности в люксах здесь не помогут, поскольку ИК-излучение в люксах не нормируется. Для иллюстрации этой ситуации на фото 3 приведен стоп-кадр упомянутых выше камер при предельно малой освещенности от ламп накаливания.

Очевидно, что камера с постоянной ИК-чувствительностью имеет существенно меньшую интегральную чувствительность в сравнении с камерой ICR (cut). С другой стороны, при освещении ИК-осветителем с длиной 930 нм изображения этих камер практически идентичны, что представлено на фото 4. К сожалению, нам никогда не известны даже относительные спектральные характеристики чувствительности камер “день/ночь”. И в данном случае информация производителей сенсоров нам помочь не в состоянии, поскольку весьма редко распространяется на ИК-диапазон в сравнении с черно-белыми сенсорами.

На рис. 1 (см. стр. 72) приведена спектральная характеристика чувствительности одной из самых популярных сейчас CCD-матриц – SONY Super HAD II, которая, как мы видим, нормируется только в видимом диапазоне.

Естественно, ее можно интерполировать в область ИК, учитывая ход аналогичных характеристик черно-белых сенсоров. Но мы же не знаем, какие фильтры использует производитель. Ведь даже камеры с ICR имеют порой серьезную чувствительность в области ИК. Очевидно этот “тренд” обусловлен стремлением вытянуть большую чувствительность в цветном (дневном) режиме.

Полоса пропускания и дисковые массивы

Ключевым фактором при построении современных систем цифрового
видеонаблюдения является вопрос построения сети передачи данных. Особенно
важными параметрами, влияющими на характеристики будущей системы, являются
полоса пропускания сети и размеры дискового хранилища для видеоархива. В
большинстве случаев, сталкиваясь с чисто экономическими ограничениями на
размеры дисковых хранилищ, приходится жертвовать качеством записи: уменьшать
частоту кадров, увеличивать степень сжатия, снижать разрешение. Это,
конечно, негативно влияет на качество записи. Критические события могут быть
пропущены или записаны неудовлетворительно, то есть основная функция системы
видеонаблюдения, ради которой все и строится, не выполняется. В критически
важных приложениях такого рода компромиссы допускаться не должны. Существует
другой путь снижения требований как к полосе пропускания сети, так и к
размерам дисковых массивов – использование инфракрасной подсветки.

Рис.6. Иллюстрация эффективности применения ИК-подсветки для снижения трафика в
сетях передачи данных цифрового видеонаблюдения

Одним из основных факторов увеличения размера кадра является повышенный
уровень шума видео при недостаточном освещении. Такие записи требуют в
среднем на 20% большей полосы пропускания сети и на столько же больше места
на диске, чем записи правильно, равномерно освещенной картинки. Видеосигнал
таких изображений содержит больше высокочастотных составляющих, которые
воспринимаются кодером, как движение. Они также хуже сжимаются. Более того,
шум часто является источником ложных срабатываний видеодетекторов движения,
по которым, как правило, изменяются параметры записи. Предполагается, что
качество записи по тревожным событиям должно быть максимально хорошим. В
результате, записывается существенно больший объем бесполезной информации,
содержащей только шум. Этих проблем можно избежать, обеспечив достаточный
уровень подсветки объекта наблюдения в темное время суток.

Применение и меры предосторожности

ИК видеокамеры находят свое применение там, где требуется круглосуточный надзор за охраняемой территорией: в составе IP домофонов, на складах, парковках, объектах повышенной опасности, в производственных цехах, тюрьмах.

Для использования в составе уличных систем видеонаблюдения применяются модели с вандалозащитными корпусами и защитой от влаги и пыли.

Запрещается самостоятельно разбирать камеру видеонаблюдения и проводить манипуляции с ее электроникой, так как это может стать причиной поражения человека электрическим током и возгорания устройства.

Электропитание камеры должно осуществляться от стабилизированного источника.

Типовые модели и основные производители

Практически все производители видеокамер для наблюдения выпускают ИК-прожекторы для своих устройств, однако все они взаимозаменяемы – можно использовать камеру и прожектор от разных производителей. Тем не менее, следует различать основные типовые модели, которые включают в себя прожекторы ближнего, среднего и дальнего действия.

Следует тщательно анализировать рельеф местности и особенности зона, которую покрывает видеокамера – в зависимости от этих параметров выбирать нужный тип модели. Прожектор ближнего действия отличается малой дальностью освещения (до 10 метров) и относительно широким углом обзора. Наиболее популярная сфера их применения: офисные здания, отделения банков и прочие административные помещения, где необходимо вести ночное видеонаблюдение без использование обычного освещения.

Прожектор средней мощности пользуется популярностью при видеонаблюдении за складскими и открытыми местностями. Такое устройство имеет широкий угол обзора (до 120 градусов), а максимальная дальность составляет 65-80 метров. Использование таких моделей позволяет экономить на монтаже и обслуживании системы.

Дальнобойный прожектор отличается «формой» инфракрасного светового пучка – он имеет вид узконаправленной пирамиды. Максимальная дальность составляет 150-300 метров. Чаще всего такие инфракрасные прожекторы встречаются на дорогах для видеофиксации нарушений, а в повседневной сфере крайне непросто найти сферу их применения.

Если Вас заинтересовали инфракрасные прожекторы, то рекомендуется обратить внимание на продукцию следующих производителей:

AXIS;
Acumen;
BOSCH;
ИК-Технологии.

Модели данных производителей отличаются доступной ценой и отличными эксплуатационными характеристиками. Процесс их монтажа крайне прост, а все необходимые работы можно выполнить самостоятельно, без привлечения сторонних специалистов.

Как сделать своими руками?

Схема по изготовлению ИК-подсветки своими руками довольно проста, она представляет собой четкую линейную структуру, которая параллельно связывает несколько элементов воедино.

Подключение диодов в определенной последовательности. Количество диодов напрямую связано с напряжением источника питания.
Использование резисторов, которые также нужно подключать в цепном порядке. Они необходимы для ограничения тока.

Очень часто владельцы таких камер сталкиваются с неисправно передачей изображения, а также с проблемой ответа на запросы. Для начала необходимо выявить причину, в данном случае их может быть несколько:

перегорание электронной платы управления;
проблема, вызванная повреждением сетевого кабеля.

После выявления проблемы вы сможете сами осуществить ремонт камеры видеонаблюдения своими руками, аккуратно заменив неисправную деталь.

В видео рассказывается о том, как работает ИК-подсветка для камер видеонаблюдения.

Важно!

Ещё дополнение. Летом излучение диодов привлекает насекомых, которые всю ночь шарахаются толпой перед объективом. При этом регистратор, пишущий по движению, будет писать всю ночь, вхолостую забивая диск. А хитрые пауки начинают вить свои паутинки прямо на объективе, где мошек побольше. Отражение от паутины очень сильное — яркая полоса через весь экран, сбивающая чувствительность камеры в сторону понижения.

Полюбуйтесь, до какого маразма всё может дойти:

Да и сама мошкара забивает видимость.

В общем, есть проблемы. По возможности подсветку уличных камер надо отдельно от камер держать.

ИК ПОДСВЕТКА ДЛЯ КАМЕР ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ

Какой бы высокой светочувствительностью не обладала видеокамера, но для организации видеонаблюдения в условиях недостаточной освещенности без дополнительной инфракрасной подсветки не обойтись. Причины, по которым используется ИК диапазон могут быть разными. Видеонаблюдение в инфракрасной области спектра может применяться:

в случаях, когда использовать искусственное освещение экономически нецелесообразно;
при необходимости обеспечить скрытность видеонаблюдения;
на объектах, где недопустимо применение источников видимого света.

Последний момент несколько специфичен, но при организации наблюдения, например, в кинотеатрах во время сеанса он должен быть учтен.

Нужно заметить, что эффективность ИК подсветки зависит, помимо прочего, от чувствительности камеры видеонаблюдения в инфракрасном диапазоне. Дело в том, что в большинстве случаев мы хотим за счет одной видеокамеры осуществлять наблюдение как днем, так и ночью. Причем в светлое время суток требуется получение качественного цветного изображения.

Эти две задачи противоречивы по своей сути. Наличие режима “день-ночь” у цветных камер видеонаблюдения полноценно это противоречие не устраняет. Лучшие результаты дает применение механического ИК фильтра.

На странице про камеры ночного видеонаблюдения есть дополнительная информация в контексте данной статьи.

Конструктивно инфракрасная подсветка реализуется двумя способами:

встроенная в камеру видеонаблюдения;
выполненная отдельным блоком (ИК прожектор).

Последний вариант рассматривается ниже, а вот если вы остановили свой выбор на камере со встроенной подсветкой, имейте в виду, что большая дальность подсветки требует соответствующей мощности светодиодов. А большая мощность требует хорошего теплоотвода, иначе видеокамера тривиально перегреется (особенно это касается IP устройств).

Вы видели видеокамеры широкого применения с внешними радиаторами? Поэтому когда я вижу камеру с заявленной дальностью ИК подсветки более 20 метров меня терзают смутные сомненья в ее эффективности.

Недостатки и преимущества

Как и любое технологическое устройство, ИК-прожектор имеет свои плюсы и минусы в применении. Вот что необходимо знать о преимуществах данного устройства:

незначительное энергопотребление;
высокая износостойкость;
безопасность;
оптимальный уровень дальности действия.

Инфракрасное освещение также имеет и свои недостатки. Затрагивая этот вопрос, стоит сказать о том, что данный тип освещения несовместим с цветными камерами видеонаблюдения. Также работа уличной камеры непосредственно зависит от погодных условий и зачастую требует регулярной чистки стекла от различных загрязнений, вызванных внешними факторами окружающей среды.

Стоит также подчеркнуть, что в темноте камера может быть заметна из-за того, что светодиоды имеют красный оттенок в ночное время суток. Производители инфракрасных прожекторов не раз указывали на то, что в процессе работы камер прожекторы могут нагреваться, данный показатель является вполне нормальным. Перед использованием владельцу рекомендуется настроить яркость и установить необходимый контраст.

Скрытое освещение

Инфракрасное освещение подразумевает, что длина волны излучения находится в
интервале от 700 до 1100 нм. Глаз человек не чувствителен к излучению в этом
диапазоне длин волн, поэтому этот свет для нас невидим. А вот матрицы
современных камер видеонаблюдения обладают чувствительностью в этом спектре,
что, собственно, и позволяет использовать инфракрасную подсветку для охранного
видеонаблюдения. Таким образом, то, что для человека представляется абсолютно
тёмным объектом, на самом деле может быть прекрасно освещенным в инфракрасном
спектре излучения.

Рис.4. Пример архитектурной подсветки

Невидимость инфракрасной подсветки является прекрасным свойством
системы
видеонаблюдения, в условиях, когда необходимо обеспечить круглосуточное
видеонаблюдение, не нарушая в то же время внешнее освещение объекта, и не
изменяя его характерный световой рисунок. Архитектурная подсветка зданий,
ландшафтное освещение, подсветка туристических достопримечательностей,
территории гостиниц и офисных комплексов, рекламные объекты – все это примеры,
когда проектировщики и инженеры специально создают световые решения, которые
ночью могут быть важны настолько же, насколько важна сама архитектура объекта.
Такая подсветка эффектно выглядит и создает отличное визуальное впечатление. В
то же время она, как правило, абсолютно не подходит для нужд охранного
видеонаблюдения. Неровный, часто окрашенный, иногда пульсирующий свет приводит к
тому, что изображения недоэкспонированы, полны теней и пересвечены одновременно.
Инфракрасная подсветка позволяет выйти из положения, обеспечив качественное
видеонаблюдение ночью и не нарушая в то же время задумок архитектора.

Сложные условия освещения

Пожалуй, главная причина использования инфракрасной подсветки – это
обеспечение возможности видеонаблюдения в темное время суток. Количество и
качество света определяют качество получаемого изображения. Под качеством света
в данном случае подразумевается то, насколько равномерно он распределён в поле
кадра. Если объект плохо освещён – света недостаточно либо он распределён
неравномерно, то не стоит ожидать хороших записей от камер видеонаблюдения, даже
если используется отличное оборудование. Часто такие записи просто бесполезны.
Несколько примеров позволяют наглядно проиллюстрировать качественное улучшение,
достигаемое посредством инфракрасной подсветки (рис.2).

Рис.2. качественное улучшение, достигаемое посредством инфракрасной подсветки
Верхний ряд – подсветка выключена. нижний ряд – подсветка включена

Общее заблуждение касательно
инфракрасной подсветки заключает в том, что она не дает никаких преимуществ,
когда объект наблюдения освещён (рис.2). Хотя, это утверждение и верно в целом, истина
более сложна и, как обычно, во многом зависит от конкретного приложения и
характеристик наблюдаемого объекта. Существуют также такие специальные
приложения, когда применение инфракрасной подсветки оправдано скорее днем,
нежели ночью. Но это тема отдельного разговора. Что же касается ночного
видеонаблюдения, то и на искусственно освещённых площадках инфракрасная
подсветка позволяет добиться лучшего результата. Инфракрасные прожекторы, как
правило, размещают рядом с камерой и направляют непосредственно на объект
наблюдения. Это позволяет выровнять экспозицию кадра и подсветить тени,
создаваемые другими источниками света. Как результат, изображение лучше
“читается”: значимые детали лучше различимы.

Основа любой камеры – КМОП или
ПЗС матрица. Именно матрица является светочувствительным элементом. Если есть
свет, есть и изображение. Если нет, необходима подсветка. Иначе, матрица не
работает. А что, если свет есть, но его совсем мало или наоборот слишком много?
Насколько важным для камеры является количество света?

Большинство современных камер, как было уже сказано, имеют отличные
характеристики светочувствительности. В спецификациях указывают 0.1 Люкс и
менее. В то время как производитель камер настаивает на том, что его камера
может работать в условиях плохой освещенности, изображение от такой камеры может
оказаться практически бесполезным.

Рассмотрим спектр тонального перехода от белого к черному.
В идеале, камера должна передавать все возможные градации яркости сцены
наблюдения (рис.3): от полной темноты глубокой осенней ночи до ослепительного солнца
летнего дня. В реальности же, любая камера имеет ограниченный динамический
диапазон. И хотя на рынке существуют камеры с расширенным динамическим
диапазоном, такого расширенного динамического диапазона зачастую все же не
хватает, чтобы одновременно корректно передать детали изображения, как в
глубокой тени, так и на ярком свету. Попытаемся, например, рассмотреть
высококонтрастную сцену, где присутствует и яркий источник света (точка А) и
детали на темном фоне (B).

Рис.3. Спектр тонального перехода от белого к черному.

Как правило, камера со стандартными установками
покажет только средний тоновый диапазон. Если поколдовать с настройками, можно
настроить камеру так, чтобы сместить этот диапазон в правую сторону тонового
спектра, и рассмотреть плохо освещенные детали в тени. Но тогда светлые участки
сольются в одно сплошное белое пятно. Или наоборот, “сдвинуть” диапазон в
сторону света, потеряв при этом всю информацию в тенях. Рассмотреть и то, и
другое одновременно не получится. Динамического диапазона не хватает.

Решением проблемы является дополнительная подсветка. Добавляя света, мы
подсвечиваем тени, исключаем наиболее темные места объекта наблюдения, обрезаем
тоновую диаграмму справа и, как бы, подстраиваем наше изображение под
динамический диапазон камеры. Такая технология помогает как днем, так и особенно
в темное время суток. Однако необходимо отметить, что к подбору источника
дополнительного освещения в этом случае необходимо подойти особенно тщательно.
Чем больше диапазон яркости надо компенсировать, тем более мощную, и, главное,
тем более равномерную подсветку необходимо обеспечить. Равномерный, заливающий
свет является ключевым условием, так как направленный мощный луч может не
улучшить, а даже усугубить ситуацию, увеличивая диапазон изменения яркости,
вместо того, чтобы его уменьшить. Современные высококачественные светодиодные
прожекторы позволяют добиться равномерной подсветки, не превышая при этом
разумных значений потребляемой энергии.

Основная характеристика

ИК-прожектор представляет собой специальное устройство, которое работает исключительно в инфракрасном спектре благодаря наличию 1 и более ламп. Данное преимущество делает все темные объекты видимыми для камеры наружного видеонаблюдения. Подсветка является очень важным составляющим, так как видеокамеры наружного наблюдения могут нормально фиксировать изображения только при наличии эффективной работы световых лучей, которые отбиваются от различных предметов, тем самым делая картинку более четкой. Без необходимого освещения предметы на картинке будут размытыми и серыми.

ИК-подсветка состоит из следующих частей:

Панель, которая имеет в своей структуре светоизлучающие диоды. Данный элемент необходим для обеспечения нормальной работы устройства даже при минимальном освещении или его отсутствии.
Светофильтр. Специальный фильтр необходим, чтобы демаскировать устройство. Функция светофильтра заключается в полном поглощении видимой составляющей инфракрасного излучения.
Герметичный корпус. Обычно камеры наружного наблюдения устанавливают вне помещения, вся электронная схема требует защиты от неблагоприятной погоды. Для этого устройство помещают в герметический корпус.
Драйвер питания. Данное приспособление необходимо для того, чтобы камеру можно было подключить к сети 220 В, так как сам светоизлучающий диод питается малым количеством энергии.

Список источников