Во многих случаях организации видеонаблюдения 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.
Камера не «видит» подсветку
Необходимо наглядно проиллюстрировать одну известную, но немаловажную деталь. Для работы с ИК-подсветкой необходимо выбирать черно-белые камеры. В случае использования камер типа «день-ночь», необходимо выбирать камеры с механическим ИК-фильтром. В обычных цветных камерах, предназначенных для работы днем, при высоких освещенностях, установлены ИК-фильтры, защищающие чувствительный элемент от засветок. Речь идет о так называемом Hot-mirror фильтре, блокирующем инфракрасный свет. Этот фильтр находится непосредственно на матрице и предназначен для того, чтобы избежать неверных отображений цветов, которые вносит инфракрасное излучение. Фильтр Hot-mirror, обычно представляющий из себя напыление на фильтре Low-pass (фильтр от муара), отражающее инфракрасные лучи, не давая им попадать на матрицу. Сам фильтр Low-pass также блокирует какую-то часть инфракрасных лучей. В ряде случаев этот фильтр можно удалить, если это не приведет к расфокусировке всей оптической системы.
Удаление IR (инфракрасного) фильтра из Canon 450d-8
Механический ИК-фильтр
Механический ИК-фильтр в камерах видеонаблюдения представляет собой специальный сдвигаемый механическим путем инфракрасный фильтр, который непосредственно расположен перед так называемой матрицей камеры наблюдения. Применительно к видеокамерам наблюдения, в дневное время суток ИК излучение оказывает существенное влияние на получение качества видео изображения, что влечет за собой значительное искажение цветовой передачи и уровня контраста, а также приводит к размытию получаемой картинки ввиду того, что в диапазоне длин волн широком происходит преломление излучения объективом камеры видеонаблюдения неодинаково. С тем, чтобы как нельзя эффективнее избежать всех нежелательных эффектов побочного типа, которые вызываются в дневное время суток ИК - излучением, встроенный инфракрасный фильтр в установках видеонаблюдения при помощи механического привода специально сдвигается, при этом закрывая матрицу светочувствительного типа видеокамеры. ИК-фильтр в ночное время суток сдвигается в сторону. При нормальном дневном освещении, инфракрасный фильтр камеры видеонаблюдения отсекает ту часть излучения света, которая препятствует получению нормального изображения, максимально корректируя при этом цветопередачу. Таким образом, благодаря слаженной совместной работе вышеуказанного специального механического ИК-фильтра вместе с режимом день/ночь, камера наблюдения обеспечивает максимально четкое и доступное изображение как в дневное время суток, так и в ночное. Данный фильтр является на сегодняшний день самым оптимальным и рациональным решением для его применения в круглосуточной системе видеонаблюдения при осуществлении надзора.
Дистанция подсветки
Следует сразу сказать, что дистанция подсветки – величина условная и абстрактная. Дистанция подсветки инфракрасного прожектора сильно зависит от видеокамеры, точнее от ее чувствительности, а также от объектива, например, от размера его относительного отверстия. Тем не менее все производители инфракрасных прожекторов указывают некоторую величину в метрах и называют ее «дистанция подсветки». Дальше следует текст мелким шрифтом, например – «дистанция подсветки указана для видеокамеры с чувствительностью 0.01 люкс». Но такая запись ошибочна и неправильна.Так как инфракрасное излучение лежит вне видимой области спектра, то его нельзя измерить ни в люксах, ни в люменах, ни в канделах. Инфракрасное излучение измеряется в энергетических единицах (Ватт, Ватт/стерадиан, Ватт/м2). Более грамотной выглядит запись «дистанция подсветки указана для видеокамеры с чувствительностью не менее 1.5х10-6 Ватт/м2». И совсем правильно будет, если написано: «дистанция подсветки указана для черно-белой видеокамеры с чувствительностью не менее 1.5х10-6 Ватт/м2 (аналог видеокамеры 0.01 люкс) с объективом F1.2». При такой записи соблюдена и правильность записи с точки зрения физики и дана справочная информация для предварительного пересчета дистанции подсветки для видеокамеры, имеющей иную чувствительность. А достаточна ли излучаемая мощность прожектора для какой-то видеокамеры можно будет окончательно убедиться, лишь проведя испытания. Как же тогда правильно подобрать инфракрасный прожектор к видеокамере? Есть самый правильный и достаточно простой способ – спросить у производителя. А со временем у вас наберется достаточный опыт по инфракрасной подсветке и вы уже самостоятельно сможете подбирать инфракрасный прожектор к той или иной камере по конкретным задачам видеонаблюдения. Следует упомянуть один важный момент – ни в коем случае нельзя сравнивать инфракрасные прожекторы разных производителей по заявленным им дистанциям подсветки, пусть даже они заявляют дистанции вроде бы для видеокамер с одинаковой чувствительностью и объективами. Дело в том, что для определения дистанции каждый производитель использует свою методику, так как единой стандартизированной методики для расчета дистанции не существует и вряд ли когда она появится. А если уж возникла необходимость сравнить два прожектора разных производителей, то это надо делать либо по измеренной оптической мощности излучения, либо провести испытания этих прожекторов в одинаковых условиях с одной и той же видеокамерой.
Фокусные расстояния
Фокусные расстояния для ИК-из-лучения и видимого света несколько различаются, так как длина волны инфракрасного излучения больше, чем длина волны видимого излучения. Поэтому ИК-излучение имеет меньший показатель преломления, плоскость сфокусированного изображения обычно размещается позади плоскости матрицы. Если днем изображение резкое, то в ночное время при использовании ИК-подсветки объекты на том же расстоянии будут не в фокусе. То есть, некоторые части изображений, полученные в инфракрасном и видимом свете, могут оказаться расфокусированными. При прочих равных условиях этот эффект более заметен при использовании дешевой пластиковой оптики. Чтобы минимизировать этот эффект применяются специальные объективы с ИК-коррекцией в черно-белых камерах и камерах день-ночь, особенно в случае использования ИК-подсветки. Существует более практичное и общее решение. Нужно настроить задний фокус объектива видеокамеры ночью при инфракрасном свете, в этом случае глубина резкости будет минимальна, а все объекты окажутся в фокусе. Днем глубина резкости увеличит зону резкости до большего диапазона, компенсируя разницу между фокусом при инфракрасном и нормальном свете. В случае использования черно-белой телекамеры с некоторым запасом по чувствительности, можно фильтром выделить только ИК-излучение и по нему осуществить фокусировку. Для компенсации этих искажений можно использовать ручное или автоматическое изменение фокусировки объектива для различных режимов.
Объективы с ИК коррекцией IR
Для получения качественного изображения с видеокамеры при использовании дополнительной инфракрасной подсветки также необходимо тщательно отнестись к подбору объектива видеокамеры.Обычные объективы, предназначенные для использования в светлое время суток, с наступлением темноты не могу передавать четкое изображение – сдвигается точка фокуса из-за того, что в темное время суток спектр излучения сдвигается в область инфракрасного диапазона. Если используется инфракрасная подсветка, эта ситуация еще более усугубляется. Как это влияет на изображение? Изображение становится расплывчатым и блеклым.Этого недостатка лишены объективы с ИК коррекцией. За счет особой конструкции и специальных материалов эти объективы способны минимизировать расфокусировку в условиях недостаточной освещенности и инфракрасной подсветки. Отличить объективы с ИК коррекцией можно по буквам IR в обозначении объектива.
Отличительные признаки изображения при инфракрасных подсветках
1. Изображение растительного мира на камерах с инфракрасной подсветкой воспроизводится очень ярко, так как растения отражают инфракрасный свет. Зачастую по этой причине сложно отличить ночные наблюдения от дневных.
2. Часто происходит искажение черт лица. Происходит это по причине того, что наша кожа имеет способность отражать большое количество инфракрасных излучений, а кровеносные сосуды, волосы, плотные части тела(шрамы,рубцы), наоборот, поглощают инфракрасные излучения.
3. Бижутерия, косметологические маски, крашенные волосы, очки по-разному отражают инфракрасное излучение, из-за этого изображение лица сильно искажается.
4. Одежда на камерах с инфракрасной подсветкой отображает ИК-излучения, не подчиняясь никаким закономерностям, что также мешает идентификации личности.
5. Существенно мешают или вообще блокируют изображение природные условия: дождь, снег, туман и др. Заснеженные поля, поверхности озёр и гор могут ослеплять видимость и мешать наблюдению за объектом.
Тепловыделение
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.
Видеокамеры со встроенной ИК подсветкой
В настоящее время на рынке оборудования для видеонаблюдения предлагается множество видеокамер, имеющих встроенную инфракрасную подсветку. Как правило, это несколько светодиодов, расположенных вокруг объектива. Такое предложение на первый взгляд кажется очень заманчивым и интересным, но на самом деле применимо только для бытовых решений, да и то не всегда. Попробуем объяснить, почему. Во-первых, большой мощности излучения от нескольких светодиодов встроенной подсветки ждать не приходится, а значит, встроенная инфракрасная подсветка может быть эффективна исключительно на ближних дистанциях, где-то до 3…5 метров. Для видеокамер с матрицей CMOS это расстояние еще меньше ввиду худшей чувствительности таких матриц. Во-вторых, ввиду того, что светодиоды при работе довольно сильно разогреваются, то тепло от них отводится внутрь кожуха видеокамеры, тем самым нагревая саму видеокамеру, а значит вполне вероятно появление тепловых шумов на изображении из-за перегрева матрицы. В-третьих, если объектив видеокамеры и светодиоды встроенной подсветки закрыты едины защитным стеклом, а в бюджетных видеокамерах это так, то в результате переотражения часть инфракрасного излучения попадает в объектив видеокамеры, что также не способствует повышению качества изображения. Ну и в-четвертых, несколько анекдотичный, но тем не менее реальный пример. В летнюю ночь инфракрасная подсветка собирает вокруг себя облако насекомых. Видят ли насекомые инфракрасное излучение, или чувствую тепло от него – неважно, но мельтешение облака насекомых перед объективом видеокамеры ухудшают изображение. Таким образом, несмотря на всю заманчивость решения со встроенной инфракрасной подсветкой – для профессиональных решений все-таки лучше применять внешний инфракрасный прожектор, с диаграммой направленности (углом излучения), согласованной с углом обзора видеокамеры и отнесенный от видеокамеры на некоторое расстояние.
По материалам:
Применение ИК подсветки в системах видеонаблюдения О.В. Вовк,
Инфракрасная подсветка при теленаблюдении Чура Н. И.
http://www.idsas.ru/page.php?al=infrakrasnaja_podsvetka
http://buster-net.ru/photos-and-video/articles/213-removing-infrared-filter-from-canon-450d
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФРАКРАСНОЙ ПОДСВЕТКИ OOО «Видеоком» г. Москва, 2014