Imager robi to sam. Kamera termowizyjna z kamery. Zasada działania kamery wideo

O takim urządzeniu jak kamera termowizyjna, dziś chyba wszyscy słyszeli. Może wyjątkiem będą tylko małe dzieci. Inną rzeczą jest to, że ci, którzy widzieli to urządzenie "żywe", nie są tak liczni, ci, którzy trzymali go w rękach - a tym bardziej. Ale są tacy, którzy nie tylko zachowali, ale stworzyli własną "domową" wersję kamery termowizyjnej. Niezależnie od tego, jaką kategorię uważasz za siebie, nasz artykuł i tak będzie dla Ciebie interesujący. Niewtajemniczeni będą w stanie zrozumieć zasady działania kamery, a doświadczeni i asowie odkryją nowe możliwości dla siebie. Ale załatwmy wszystko.

Urządzenie do obrazowania termicznego, będące urządzeniem do pomiaru temperatury powierzchni metodą bezstykową, może znacznie ułatwić życie przedstawicielom wielu zawodów. Pierwotnie wynaleziony do celów wojskowych, to dość skomplikowane i drogie urządzenie jest obecnie z powodzeniem stosowane w większości pola działalności osoba Na przykład w przemyśle - do kontrolowania zmian termicznych podczas procesów technologicznych; w medycynie - do diagnozy chorób; podczas polowania na ptaki i zwierzęta; w budownictwie - aby zidentyfikować obszary wycieku ciepła lub, odwrotnie, miejsca do układania rur. A to nie jest kompletna historia tego urządzenia.

Rodzaje urządzeń

Kamera termowizyjna - tak wymagająca i urządzenie wielofunkcyjne który ma dwie opcje projektowania technologicznego:

• Stacjonarne. Urządzenia tej kategorii są przeznaczone do stosowania w zakładach przemysłowych w celu monitorowania procesów technologicznych. System chłodzenia azotem to dość częste urządzenie, z którym jest wyposażona podobna kamera termowizyjna. Charakterystyka temperatur pracy jest imponująca: od -40 do +2000 ° C. Podstawą tych systemów są z reguły urządzenia montowane na matrycach fotodetektorów półprzewodnikowych.

• Przenośny (przenośny). Innowacyjne rozwiązania pozwoliły odejść od stosowania nieporęcznych urządzeń chłodniczych, przenosząc się do produkcji kamer termowizyjnych opartych na nieochłodzonych mikrobolometrach krzemowych. Takie urządzenia są nieodłącznie związane ze wszystkimi zaletami ich poprzedników, które obejmują, na przykład, mały stopień temperatury w pomiarze (0,1 ° C). Możliwe jest również użycie kamery termowizyjnej tej klasy do złożonych prac ewaluacyjnych, wymagających zarówno łatwości obsługi jak i przenośności urządzenia. Wiele przenośnych kamer termowizyjnych ma możliwość podłączenia do komputera PC w celu szybkiego przetwarzania danych z nich.

Korzystanie z kamery termowizyjnej w określonym obszarze narzuca określone wydruki na pożądaną charakterystykę działania tego urządzenia. Dlatego przed zakupem tego urządzenia należy ocenić jego warunki użytkowania. Pomoże w tej instrukcji. Kamera termowizyjna Nabyte bez właściwego zapoznania się z zasadami działania, może w ogóle nie odpowiadać twoim potrzebom. Na przykład kamery termowizyjne stosowane w polowaniach powinny mieć wstrząsoodporny korpus ze stopu lekkiego o stopniu ochrony nie niższym niż IP54.

Pożądane jest, aby był to projekt monoblokowy z wyświetlaczem na celowniku i ekranie LCD. Widoczny zasięg myśliwskich kamer termowizyjnych powinien sięgać 1500 m, podczas gdy w branży budowlanej takie wymagania nie są nakładane na kamery termowizyjne.

Zasada działania kamery wideo

Działanie kamery polega na zdolności dowolnego obiektu do generowania promieniowania cieplnego (promieniowania podczerwonego), którego intensywność zależy bezpośrednio od temperatury obiektu. Imager rejestruje promienie podczerwone na duże odległości, przekształcając je w czytelną dla człowieka formę. Różnica w promieniowaniu cieplnym różnych obiektów i pozwala zobaczyć reliefy w ciemności, a także strumienie zimne lub gorące. W tym przypadku czerwony kolor wskazuje obszary o najwyższej temperaturze, czarny lub niebieski - obszary o niskiej temperaturze.

Należy zrozumieć zasadniczą różnicę między urządzeniami takimi jak kamera termowizyjna i urządzenie noktowizyjne. Różnica polega na tym, że potrafią widzieć w ciemności. Imager wysyła własne promieniowanie podczerwone obiektów, podczas gdy noktowizor odbija i wzmacnia promieniowanie z innych obiektów. Oznacza to, że możliwe jest wykonywanie funkcji urządzenia noktowizyjnego za pomocą kamery termowizyjnej, ale tworzenie mapy cieplnej za pomocą noktowizyjnego urządzenia nie jest możliwe.

Algorytm działania kamery składa się z trzech etapów:

1. Utrwalanie promieniowania podczerwonego.
2. Przekształcenie w wartości temperatury.
3. Tworzenie termogramu - obraz termiczny obiektu, wyświetlający rozkład temperatury na powierzchniach obiektów.

Co więcej, te działania pojawiają się natychmiast.

Pomimo dość skomplikowanej zasady działania kamery termowizyjnej, schemat urządzenia przenośnego nie jest zbyt uciążliwy.

Należy jednak pamiętać, że dostateczna klarowność obrazu na ekranie wymaga obecności specjalnej optyki z domieszką germanu. To właśnie dyktuje wysokie koszty profesjonalnych urządzeń. Ich koszt jest liczony w tysiącach, a czasami dziesiątkach tysięcy dolarów. Zgadzam się, raczej duża ilość.

Ogromne możliwości termowizyjnych od dawna inspirowały wielu młodych ludzi do pomysłu montażu tego urządzenia własnymi rękami. I na szczęście istnieją sposoby na zrobienie kamery termowizyjnej własnymi rękami i uniknięcie tak imponujących wydatków. Oczywiście, jeśli nie zamierzasz używać urządzenia do celów zawodowych.

Trzy opcje realizacji obrazu w domu, podajemy poniżej - wybierz, który z nich bardziej Ci się podoba. Czujniki do kamer termowizyjnych i innych elementów urządzenia można zakupić z półki.

Numer opcji 1. Kamera termowizyjna zrobi to samodzielnie z aparatu

Ta metoda opiera się na tym, że początkowo macierze wszystkich kamer są idealnie umocowane promieniowanie podczerwone co w rzeczywistości jest konieczne do działania kamery termowizyjnej. Inną sprawą jest to, że producenci sprzętu fotograficznego sprawiają, że urządzenia widzą to samo, co ludzkie oko. W tym celu przed matrycą umieszczony jest specjalny filtr, który pochłania lub odbija praktycznie całe promieniowanie podczerwone - "lustro termiczne" lub gorące lustro. Dzięki temu filtrowi macierzowa krzywa czułości staje się podobna do krzywej wrażliwości ludzkiego oka. Dlatego z kamery można łatwo zrobić kamerę termowizyjną własnymi rękami, wystarczy wykonać dwie czynności - usunąć filtry ciepła z kamery i zamiast tego zainstalować widoczny filtr spektralny. Jednak jak pokazuje praktyka, ta ostatnia nie zawsze jest konieczna.

Zakres własnej kamery termowizyjnej

Czy możliwe jest użycie kamery termowizyjnej wykonanej w ten sposób do potrzeb domowych? Pełny Czy taka kamera termowizyjna będzie odpowiednia do budowy lub na przykład podczas polowania? Jest prawdopodobne. W każdym razie miłośnicy rekreacji na świeżym powietrzu z pewnością polubią takie urządzenie. Dzięki niemu możesz kontrolować zbliżanie się zwierząt do obozu w nocy, a także we mgle lub chmurach kurzu w poszukiwaniu zagubionych członków grupy.

Jeśli masz do dyspozycji niepotrzebną lustrzankę, około 40 USD za filtr podczerwieni, chęć i możliwość zdemontowania kamery, powinieneś wypróbować tę opcję.

Numer opcji 2. Kamera termowizyjna z funkcją "zrób to sam" termometr na podczerwień i tablice Arduino

Idea tej metody jest bardzo prosta. Aby stworzyć kamerę termowizyjną własnymi rękami, potrzebujesz taniego termometru na podczerwień - jest to urządzenie, które może mierzyć temperaturę określonego punktu w przestrzeni w niewielkiej odległości, oraz płytkę Arduino, za pomocą której podłączamy ją do diod LED RGB z lampy.

Tablica Arduino to narzędzie programowo-sprzętowe przeznaczone dla nieprofesjonalnych użytkowników do budowy prostych systemów z zakresu automatyki i robotyki.

Zaprogramujmy system tak, aby światło lampy było pomalowane w różnych kolorach w zależności od odczytów termometru. Starajmy się tradycyjnie, aby ciepło odpowiadało kolorowi czerwonemu, a niskie do niebieskiego. W związku z tym, kierując latarkę za pomocą wbudowanego termometru do dowolnego obiektu, automatycznie podświetlamy ten obiekt odpowiednim kolorem, w zależności od jego temperatury. Jeśli dodasz kamerę do tego zestawu, nie tylko zobaczysz temperaturę powierzchni obiektów wokół ciebie w kolorze, ale także uzyskasz obrazy, które nie są gorsze niż te, które pozwalają zobaczyć nawet najdroższe kamery termowizyjne.

Gdzie mogę skorzystać z kamery termowizyjnej?

Oczywiście takie urządzenia nie są tym samym, co kamery termowizyjne do polowań. Trudno zbudować potężne urządzenie własnymi rękami. Jednak przedstawiona opcja może być całkiem przydatna w przypadku potrzeb domowych, zwłaszcza, że ​​koszt tego samodzielnego projektu nie przekracza 50 USD.

Numer opcji 3. Ulepszona kamera termowizyjna do fotografowania nieruchomych obiektów

Jego rozwój przyszedł od dwóch niemieckich studentów, Maxa Rittera i Marka Cole'a. Ci młodzi mieszkańcy miasta Mindelheim wymyślili urządzenie, które było dość proste do wykonania i otrzymało nagrodę za to w 2010 roku na forum naukowym i technicznym.

Urządzenie składa się z dwóch serwonapędów (dla ruchu poziomego i pionowego), kontrolera Arduino (odpowiedzialnego za przetwarzanie sygnałów i przesyłanie danych do komputera), modułu czujnik zbliżeniowy temperatury (na przykład MLX90614-BCI), moduł laserowy lub wskaźnik laserowy (wskaże obszar skanowania), obudowę i kamerę internetową. Będziesz także potrzebował dwóch rezystorów 4,7 kΩ i statywu.

Aparat pełni rolę osobliwego wizjera obszaru skanowania, a także źródła oryginalnego obrazu, każda tania kamera internetowa może obsłużyć tę rolę (im jest mniejsza, tym lepiej).

Dane generowane przez czujnik można odczytać za pomocą magistrali SMBus i PWM. Nasz przypadek pozwala również na użycie czujnika z indeksami BCI. Zasilanie 3V. Indeks BCI wskazuje typ współczynnika kształtu z dyszą, która zapewnia wąski kąt widzenia 5 °.

Zgromadzenie

• Płytkę Arduino umieszczamy w etui z komorą baterii.
• Naprawiamy serwomotor za pomocą superglue lub żywicy epoksydowej w przedniej pustej przestrzeni płyty.
• Umieszczamy drugi serwomotor w urządzeniu obrotowym i mocujemy całą konstrukcję.
• Podłącz termometr na podczerwień do Arduino, podłączając do tego Ground do GND, SDA do PIN4 VIN do 3.3V i SCL do PIN5. Zainstaluj także rezystor 4,7 kΩ, podłączając SDA do 3.3V i SCL do 3.3V.
• Wykonujemy połączenie karty laserowej lub wskaźnika laserowego. Ma to na celu śledzenie, gdzie aktualnie odbywa się skanowanie.
• Zainstaluj kamerę internetową tak, aby jej kierunek dokładnie pokrywał się z kierunkiem czujnika podczerwieni i lasera.

I to wszystko. Zrobiłeś kamerę termowizyjną własnymi rękami!

Za to, co pasuje

Proces skanowania obiektu i wystawiania mapy cieplnej zajmuje około minuty, ponieważ czujnik skanuje przyszły obraz punkt po punkcie. Jest to oczywiście całkowicie bezużyteczne w procesie łowieckim. Jednak ta domowa kamera termowizyjna do budowy i innych napraw będzie bardzo pomocna. Na przykład może być używany jako metoda testowania do ogrzewania połączeń elektrycznych lub zespołów mocy. Urządzenie pozwala nie tylko zobaczyć termogram, ale także wartości ilościowe temperatur.

Oprócz powolnego działania kamery ma kolejną wadę - twardy kołek do komputera, który sprawia, że ​​jest słabo mobilny. Ale w niektórych przypadkach możliwości urządzenia i jego koszt są całkowicie uzasadnione - dla wszystkich komponentów trzeba zapłacić nie więcej niż 200 lat. e.

Wnioski

Z przedstawionych przez nas wariantów montażu improwizowanych kamer termowizyjnych wynikają dwa wnioski:

1. Możliwe jest samodzielne wykonanie kamery termowizyjnej.
2. Własna kamera termowizyjna ma bardzo wąski zakres.

Dlatego jeśli potrzebujesz kamery termowizyjnej do celów globalnych, warto odłożyć eksperymenty i zainwestować w wysokiej jakości sprzęt. Każdy, kto uwielbia projektować i który jest całkowicie zadowolony z możliwości domowych produktów, może udzielić porady - zebrać, eksperymentować, a może okazać się, że będziesz w stanie prześcignąć osiągnięcia opisywanych przez siebie opcji opisanych przez nas i stworzyć znacznie bardziej zaawansowane kamery termowizyjne do polowania własnymi rękami. Odważ się!

Ci, którzy nie są szczególnie przyjaźni z lutownicą i śrubokrętem, ale lubią spędzać czas w przyrodzie, a także ci, którzy do celów zawodowych mogą korzystać z wizualizacji właściwości temperaturowych przedmiotów w zakresie od 0 do 100 ° C, zaleca się zwracać uwagę na gotowy sprzęt półprofesjonalny. Na przykład na smartfonach z kamerą termowizyjną Flir One.

Urządzenia te mogą służyć obsłudze myśliwych i ekstremalnych podróżników, ponieważ są wygodne, mobilne, zdolne do pracy w temperaturach od 0 do 45 ° C i wysokiej wilgotności powietrza. I choć koszt takiego urządzenia nie różni się zbytnio od kosztów wszelkiego rodzaju domowych.