Статьи

К списку статей

Тепловидение и его применение в системах охраны и обеспечения безопасности

Тепловидение является одной из самых перспективных наукоемких технологий XXI века, которая находит все более широкое и эффективное применение в различных сферах человеческой деятельности. Являясь дальнейшим развитием приборов и систем технического зрения, тепловизоры в перспективе будут иметь не менее широкое распространение, чем предыдущее поколение, ориентированное на видимый диапазон - от простейших биноклей, телевизионных систем, устройств охраны жилища и т.п. Проникая во все эти сферы, технология тепловидения придает старым системам новые принципиально важные качества - всепогодность и независимость от времени суток, возможность обнаружения и наблюдения скрытых объектов. Наряду с этим осваиваются и новые сферы применения с появлением приборов ночного вождения транспорта, систем для служб противопожарной охраны и др.
Хотя тепловизоры известны уже довольно давно (более 30 лет), они до сих пор остаются достаточно экзотическими изделиями по ряду причин, и в первую очередь из-за высокой стоимости. Однако перспективы их применения и отсутствие альтернативных пассивных приборов привлекают к ним все большее внимание, как разработчиков, так и пользователей.

Что же такое тепловизор?

Тепловизор - прибор, принимающий сигналы в инфракрасной области спектра (тепловое излучение) и преобразующий их в видимые изображения.
В инфракрасной области спектра сосредоточена основная доля собственного электромагнитного излучения большинства окружающих нас объектов естественного и искусственного происхождения. Тепло ведет себя как видимый свет и, следовательно, может быть оптически собрано и сфокусировано.
Иными словами, тепловизор расширяет возможности зрения (в том числе и систем технического зрения) за пределы видимого диапазона, а именно в зону инфракрасного, или видимого, диапазона. Благодаря этому создается возможность видеть то, что видно не всегда (например, очаги возгорания в задымленной зоне или человека в ночной обстановке или в темном помещении) или то, что не видно никогда (например, место пожароопасного перегрева электрокабеля в стене).
Первоначально развитие тепловидения, как и большинства высоких технологий, было связано с вооружением и военной техникой. Однако бурное развитие тепловидения, и особенно неохлаждаемых приборов, его уникальные возможности открыли ему дорогу в гражданский сектор. Сегодня большинство тепловизионных систем по существу являются изделиями двойного назначения, т.е. могут использоваться как в военных, так и в гражданских целях. Объем продаж тепловизионнных приборов двойного назначения в 2007 году составил 2,1 млрд. долларов, а его рост 30%. Рост продаж неохлаждаемых приборов в три раза опережает продажи охлаждаемых (в 2006 году поставлено 110000 неохлаждаемых приборов и 3900 охлаждаемых).
Уже сейчас наблюдается активное внедрение тепловизоров в службах пожарной охраны, на транспорте, в системах безопасности - как для профессиональных целей, так и в быту, в системах видеонаблюдения и оповещения МЧС, для контроля промышленных процессов и экологического мониторинга, в медицине и т.д.
Остановимся на некоторых технических вопросах тепловидения.
Весь инфракрасный диапазон спектра разделен на 5 поддиапазонов:
  • ближний ИК (БИК) - 0,76-1,1 мкм;
  • коротковолновый ИК (КВИК) - 1,1-2,5 мкм;
  • средневолновый ИК (СВИК) - 3,0-5,0 мкм;
  • длинноволновый ИК (ДВИК) - 7,0-14,0 мкм;
  • дальний ИК (ДИК) - 15,0-1000 мкм.
В настоящее время разработано и активно используется большое количество тепловизоров средневолнового и длинноволнового ИК-поддиапазонов. Начинается активная разработка приборов ближнего и коротковолнового ИК-поддиапазонов, однако широкого распространения они пока не получили. В системах безопасности в основном используются тепловизоры длинноволнового ИК-поддиапазона. Это связано с техническими (большинство тепловизоров СВИК охлаждаемые) и физическими (в ДВИК находится максимум излучения тел при комнатной температуре) причинами.
Структурно устройство тепловизора не отличается от устройства современных телевизионных ПЗС-камер (рис. 1).

Устройство тепловизора не отличается от устройства современных телевизионных ПЗС-камер

Рис. 1. Обобщенная структурная схема тепловизора


Основная классификация тепловизоров
Основная классификация тепловизоров связана с типом используемых фотоприемных устройств (ФПУ).
1. Охлаждаемые и неохлаждаемые.
В охлаждаемых тепловизорах матрица охлаждается до криогенных температур (-170° Ю -210° С) для получения высокой чувствительности. Однако это приводит к снижению ресурса надежности и к увеличению стоимости. Охлаждаемые системы применяются в основном в военных системах и в отдельных специальных системах безопасности.
Неохлаждаемые работают при комнатной температуре. Они практически не требуют обслуживания и дешевле (иногда на порядок) охлаждаемых. Это основной тип тепловизоров в системах безопасности.
2. Материал матрицы.
Для охлаждаемых СВИК используется антимонид индия (InSb), КРТ (кадмий-ртуть-теллур) и А3В5 (квантово-размерные ямы - КЯ), для ДВИК - КРТ и КЯ.
Неохлаждаемые - два вида: микроболометры и ферроэлектрики. Для работы ферроэлектриков требуется затвор-обтюратор, что снижает их надежность. Наиболее распространенные микроболометры в которых используются два материала - аморфный кремний (a-Si) и окись ванадия (VOx). Последние имеют более высокую чувствительность.
Прибор ночного видения 3. Формат матрицы.
Формат - это количество чувствительных элементов в матрице (1х32, 1х64, 4х288, 160х120, 320х240, 384х288, 640х480 и т.д.). Формат определяет поколение тепловизора. В настоящее время принята следующая международная классификация:
1-е поколение - линейки (1х32, 1х64). Для получения кадра требуется сканирование в двух плоскостях. Устаревшие системы, выпуск которых практически прекращен всеми ведущими производителями.
2-е поколение - матрицы фокальной плоскости (160х120, 320х240 и т.д.). В военных системах к 2-му поколению относят также «сканирующие матрицы» или «длинные линейки» (4х288, 4х640).
3-е поколение - 2-спектральные или 2-цветные матрицы, работающие одновременно в нескольких ИК-поддиапазонах. Уже демонстрируются матрицы, работающие в СВИК и ДВИК.
4. Размер пиксела.
Размер пиксела и формат матрицы определяют пространственное разрешение и дальность действия. Разрешение - это как воспроизведение рисунка по квадратикам, которым занимался, наверное, каждый из нас в детстве - чем больше квадратиков и чем они меньше, тем более точно воспроизводится оригинальный рисунок. Дальность - дальность действия оптико-электронных приборов (ОЭП) зависит от многих параметров и характеристик самого прибора, излучателя, среды распространения излучения, от характера фона и помех, попадающих в угловое поле прибора. Расчет реальной дальности действия оптико-электронных приборов довольно сложен, в основном потому, что невозможно точно определить многие параметры атмосферы и применяемых в приборе материалов. Поэтому на практике, для определения максимальной теоретической дальности действия приборов, часто используют пропорции подобных треугольников:
D/f' = l1/l2,
где D - дальность до объекта;
f' - фокусное расстояние объектива ;
l1 - размер объекта / l2 - размер изображения объекта на фотоприемнике и критерий Джонсона - в соответствии с критерием Джонсона обнаружение объекта происходит, если его изображение проецируется на 1-3 пиксела приемника, а распознавание - на 6-9 пикселов.
В современных микроболометрах формат пиксела от 45 до 25 мкм, и уже было заявлено о получении пиксела 17 мкм.
ФПУ - это очень сложные в технологическом плане устройства, стоимость которых достигает 50% стоимости прибора. Например, микроболометр. Он имеет в своем составе пиксели - 384 по горизонтали и 288 по вертикали, размером 25х25 мкм, которые на двух ножках «висят» над подложкой на высоте около 2 мкм, и с этих ножек считывающей микросхеме (ROIC) необходимо снять сигнал (средняя толщина человеческого волоса 80 мкм).
Второй «весовой» компонент по стоимости тепловизора - это объектив. С точки зрения физики тепло, так же как и видимый свет, представляет собой электромагнитное излучение, и следовательно, подчиняется законам оптики. Проблема только в материале. Сегодня для объективов диапазона 8-12 мкм (ДВИК) используется чистый германий, обладающий лучшими характеристиками пропускания в этом диапазоне. Но это очень дорогой материал. Рыночная стоимость 1 кг германия 1800-2000 долларов. Для изготовления линзы весом 100 г требуется 200 г германия. Объектив состоит из 2-3 линз, поэтому стоимость таких объективов колеблется, в зависимости от фокусного расстояния, от тысяч до десятков тысяч долларов.
Тем не менее, уникальные возможности тепловизоров предопределяют их активное проникновение во все сферы человеческой деятельности.
За границей света фар водитель ничего не видит. В тепловизионном приборе ночного вождения все происходящее на дороге видно на сотни метров (рис. 5).
Таким образом, на сегодняшний день основным сдерживающим фактором широкого применения тепловизоров является их высокая стоимость. Однако ряд американских фирм уже представляло расчеты на построение и обслуживание системы видеонаблюдения в течение 5 лет, когда стоимость телевизионных и тепловизионных систем практически одинакова. Следует также учитывать качественное изменение системы видеонаблюдения, ведь тепловизор - это пассивный прибор, позволяющий вести наблюдение в полной темноте.
Монтаж тепловизоров в системах видеонаблюдения ничем не отличается от монтажа телевизионных камер. Тепловизоры легко встраиваются в существующие системы, поскольку имеют на выходе стандартный телевизионный сигнал.

Центральный научно-исследовательский институт «Циклон» был образован в 1961 году. На протяжении десятилетий институт «Циклон» был одним из наиболее известных и авторитетных в СССР предприятий электронной промышленности, являясь своеобразными «воротами» в Минэлектронпром для всех других отраслей, использующих микроэлектронные компоненты. В настоящее время институт является единственным в России разработчиком и производителем неохлаждаемых тепловизоров.

О. Яковлев, зам. генерального директора ОАО «ЦНИИ «Циклон»
"Алгоритм Безопасности" № 3, 2008 год.



Видеонаблюдение

Внешний вид AN5-21B3.6I Внешний вид AN5-21B3.6I
Уличная аналоговая видеокамера
- 1/3" Pixel plus 1099 - 800 ТВЛ - 3,6 мм - ИК- 20 м
1 947

Производитель Axycam
Внешний вид AD4-P37B3.6I-MG Внешний вид AD4-P37B3.6I-MG
  • - 1/4" 1Мр H42
  • - 720p ( 30 к/с)
  • - 3.6mm
  • - подсветка - 20м
Доступно: 58 шт.
1 250

Производитель Axycam
Внешний вид AN4-37B3.6I-MG white Внешний вид AN4-37B3.6I-MG white
  • - 1/4" 1Мр H42
  • - 720p ( 30 к/с)
  • - 3.6mm
  • - подсветка - 20м
Доступно: 197 шт.
1 350

Производитель Axycam
Внешний вид AD-P31B3.6I-AHD Внешний вид AD-P31B3.6I-AHD
  • - 1/4" 1Мр Omnivision
  • - 720p ( 30 к/с)
  • - 3.6mm
  • - подсветка - 20м
1 233

Производитель Axycam
Внешний вид AD-P31B2.8I-AHD Внешний вид AD-P31B2.8I-AHD
  • - 1/4" 1Мр Omnivision
  • - 720p ( 30 к/с)
  • - 2.8mm
  • - подсветка - 20м
1 363

Производитель Axycam
Внешний вид AN5-31B3.6I-AHD white/dark grey Внешний вид AN5-31B3.6I-AHD white/dark grey
  • - 1/4" 1Мр Omnivision
  • - 720p ( 30 к/с)
  • - 3.6mm
  • - подсветка - 20м
2 402

Производитель Axycam
Внешний вид AD-31B3.6I-AHD Внешний вид AD-31B3.6I-AHD
  • - 1/4" 1Мр Omnivision
  • - 720p ( 30 к/с)
  • - 3.6mm
  • - подсветка - 25м
2 012

Производитель Axycam
Внешний вид AD7-31V12I-AHD Внешний вид AD7-31V12I-AHD
  • - 1/4" 1Мр Omnivision
  • - 720p ( 30 к/с)
  • - 2.8-12mm
  • - подсветка - 25м
3 310

Производитель Axycam
Внешний вид AD-P33B3.6NIL Внешний вид AD-P33B3.6NIL
Купольная металлическая IP камера
Доступно: 3 шт.
4 024

Производитель Axycam
Внешний вид AN4-37V12I-MG Внешний вид AN4-37V12I-MG
  • - 1/4" 1Мр H42
  • - 720p ( 30 к/с)
  • - 2.8-12mm
  • - подсветка - 40м
4 219

Производитель Axycam
Найдено товаров: 1807
1 2 3 4 5

Возврат к списку

Создание проекта системы видеонаблюдения всего за несколько минут;
Все РЕАЛЬНО: в т.ч. сектора наблюдения, параметры кабельных трасс;
Загрузка готовых планов и их масштабирование;
Спецификация обрудования и смета создается автоматически;
Дружелюбный интерфейс;
Индивидуальные настройки программы и оборудования.
Техподдержка встроена непосредственно в программу.
Регистрация занимает одну минуту.

ОТ ЗАПРОСА ДО ОФОРМЛЕННОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ - 15 МИНУТ