Как сделать инфракрасный фонарь. Инфракрасные фонари для приборов ночного видения: характеристики и правила выбора

Как подобрать инфракрасную (ИК) подсветку для ПНВ?

Активные и пассивные приборы ночного видения

В ближнем инфракрасном диапазоне отсутствуют естественные дополнительные источники света и только солнечные лучи освещают объект, а в том случае, когда они отсутствуют полностью, то есть в кромешной темноте, ПНВ на основе ЭОП не различают абсолютно ничего, если не использовать дополнительную подсветку. Именно по принципу ее наличия или отсутствия приборы ночного видения делятся на:

Пассивные. В таких приборах не используются дополнительные источники света, и они работают исключительно за счет внутренней обработки световой информации. Пассивные ПНВ практически бесполезны в полной темноте, а наблюдение в сумерках зависит от поколения ЭОП (электронно-оптические преобразователи подразделяются на разные поколения, от которых зависит их эффективность). Чем гуще сумерки, тем выше должно быть поколение ЭОП, для создания четкого изображения.
Активные. Приборы ночного видения, использующие инфракрасную подсветку, невидимую невооруженным взглядом. Эффективны даже в условиях полного отсутствия естественной ночной освещенности, какую могут давать луна или звезды. Дополнительную подсветку обеспечивают, чаще всего, инфракрасные прожекторы на базе LED или лазерных светодиодов. Именно такая технология используется в большинстве современных бытовых приборов ночного видения, в том числе и охотничьих. Инфракрасные прожекторы могут быть, как интегрированными в корпус ПНВ, так и представлять собой отдельные устройства, служащие дополнением к другим оптико-электронным приборам для наблюдения в условиях недостаточной освещенности.

Краткая справка о инфракрасных фонарях

Для того, чтобы лучше понять принцип работы ИК-прожекторов, полезно иметь некоторое представление об инфракрасном излучении как таковом. Буквально несколько фактов:

Инфракрасное излучение по своей сути представляют собой электромагнитные волны, которые распространяются в пространстве благодаря изменению состояния или, как принято говорить, возмущения электромагнитного поля. При этом, инфракрасное излучение – это лишь один из видов таких волн, к которым также относятся: радиоволны, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское и некоторые другие виды волн. К электромагнитному излучению принадлежит и видимый свет, то есть электромагнитные волны, которые можно увидеть невооруженным глазом.
Инфракрасное излучение занимает около половины всех электромагнитных волн производимых Солнцем, а, например, излучение обычной лампочки накаливания по большей своей части как раз инфракрасное.
ИК-излучение производят не только лампы накаливания, но и все нагреваемые предметы, поэтому его называют еще тепловым. При этом существует прямая зависимость длины волны, а всё ИК-излучение в зависимости от длины волн делится на: ближнее, среднее и далекое, от температуры нагревания. Чем больше предмет нагревается, тем интенсивнее инфракрасное излучение, а длина электромагнитных волн короче.
Интересный факт – для инфракрасного излучения непреодолимой преградой, в отличие от того же видимого излучения, является слой воды всего лишь в несколько сантиметров.
Самым простым и доступным способом визуализировать инфракрасное излучение, является использование приборов ночного видения. В случае с ближним ИК – это приборы на основе ЭОП, о чем уже упоминалось выше.

Выбор ИК фонарика

Напомним, что речь идет не о встроенной инфракрасной подсветке, которую имеют все активные приборы ночного видения, включая бинокли, лазерные дальномеры, монокуляры, прицелы различных видов, очки и другие оптические приборы для наблюдения в условиях недостаточной освещенности. А об автономных устройствах, предназначенных для усиления эффекта подсветки и создания яркого изображения объекта наблюдения даже в условиях кромешной тьмы. На какие параметры ИК прожекторов (фонарей) следует в первую очередь обращать внимание при выборе? Основные из них:

Длина волны. Самый важный показатель, так как ошибка с её выбором не позволит использовать осветитель с основным ПНВ, так как от длины волны зависит совместимость ИК фонаря с ЭОП прибора ночного видения, то есть от его поколения. Для каждого из поколений ЭОП (I, I+, II, II+, III, III+) подходит свой диапазон инфракрасного излучения.
Источник излучения. В данном случае выбирать придется между лазерным и LED источниками. Диодные осветители имеют преимущество на коротких, до 150 метров, дистанциях. В то время как лазерные фонари более эффективны на больших расстояниях, но при условии отсутствии видимых препятствий, таких, например, как листва или ветки, от которых лазерный луч будет обязательно отражаться, так сказать, засвечивая основное изображение.
Видимость подсветки. Важный параметр, особенно на охоте. Ведь никому не хочется, чтобы намеченный объект просто заметил подсветку и скрылся от наблюдения. Однако полностью невидимая подсветка возможна лишь для ПНВ выше третьего поколения и существует следующая закономерность: чем длиннее волна, тем меньше она вызывает раздражения и беспокойства у объекта наблюдения (охоты).
Мощность. Идеальным является вариант, когда мощность подсветки можно регулировать, так как максимальные ее значения требуют повышенного расхода энергии, что в условиях охоты, когда ресурсы значительно ограниченны, может оказаться очень важным фактором. Ну и потом, ИК фонарь, работающий на полную мощность, более заметен для объекта наблюдения.
Настройка фокусировки. Как и регулировка мощности, фокусировка, которая изменяет угол расходимости светового луча, позволяет подобрать именно то значение регулировки, когда соблюдается оптимальный баланс между яркостью изображения и видимостью источника света для объекта наблюдения в окуляре или на дисплее ПНВ. Очевидно, что слишком большое световое пятно может выдать местонахождение охотника, а для больших дистанций просто необходимо сделать световой луч как можно более узконаправленным.

Инструменты

Инфракрасное освещение всегда было актуально для разработки различных охранных систем, так как оно позволяет видеть объекты даже в полной темноте. В последнее время проявление позитивного влияния ИК-света замечено и при выращивании тепличных растений. Стоимость профессионального оборудования достаточно высока, а комплектующие далеко не всегда соответствуют поставленным целям. Поэтому рассмотрим, как своими руками сделать инфракрасный фонарь.

Принцип работы инфракрасного фонаря

В первую очередь определим, что такое инфракрасный фонарь и для каких целей его используют. Подобные фонари предоставляют возможность осуществить дополнительную подсветку объектов для наблюдения с помощью лучей в инфракрасном диапазоне.

Свет, выделяемый таким фонарем – невидим человеческому глазу, однако позволяет разглядеть интересующий предмет даже в полной темноте за счет использования инфракрасных светодиодов. Особенно это будет актуальным для охранной сферы, ведь затруднительно поставить на объекте мощный прожектор, от работы которого будет больше неудобств. В таком случае и стоит использовать фонарь инфракрасной подсветки, который имеет такой ряд свойств:

увеличение дальности наблюдения,
облегчение идентификации объекта,
наблюдение за местностью и объектами в ночное время,

Подобное освещение будет оптимальным выбором, поскольку такие фонари обладают рядом преимуществ:

низкое энергопотребление,
долговечность службы светодиодов,
дальность действия.

Комплектующие для сборки инфракрасного фонаря

Собрать инфракрасный фонарь своими руками не так уж и сложно. Для начала понадобятся простейшие инструменты:

крестовые отвертки (различных размеров),
паяльник с тонким жалом, мощностью 60 Вт,
инфракрасные светодиоды (средняя стоимость от 1 доллара за штуку),
провод для подведения питания от светодиодов до аккумуляторной батарейки,
собственно, сама батарейка для ИК-фонаря

Кроме этого, следует использовать изоленту и взять основу для фонаря. Сгодится и простой фонарь, который будет переоборудован в инфракрасный. Для создания такого прибора не требуется что-то специфическое, любые комплектующие возможно приобрести в первом же магазине электротехники.

Процесс сборки инфракрасного фонаря

Создание инфракрасного фонаря тоже не отличается сложностью. По сути, если он конструируется на основе простого светодиодного, то зачастую достаточно путем перепайки заменить обычные светодиоды на инфракрасные – и устройство готово. Если же требуется создать технику посложнее, тогда придется провести несколько больше манипуляций:

старый фонарь разбирается и из него извлекается линза (защитное стекло, если оно имеется – лучше оставить),
к инфракрасным светодиодам (или светодиоду, если используется один) припаиваются силовые провода,
следом к элементу питания (батарейке или аккумуляторной батарее) припаивается второй конец провода,
завершающим этапом будет изоляция соединений. При спайке желательно закрывать спаянные элементы с помощью трубок термоусадки, провода следует скреплять между собой изолентой.

После того, как действия были выполнены – инфракрасный фонарь готов.

Довольно часто для осуществления эффектного наблюдения за удаленными объектами следует использовать нечто более существенное, нежели простой ИК-фонарь. Для этих целей вполне по силам собрать инфракрасный прожектор. У людей, неподготовленных к подобной работе, при упоминании слова «прожектор» может возникнуть ассоциация с громоздким осветительным оборудованием, однако это не так. Грубо говоря, прожекторы – это мощные инфракрасные фонари и со значительным количеством инфракрасных светодиодов.

Для основы необходим корпус, который в дальнейшем и будет представлять собой ИК-прожектор. В случае, если планируется создать осветительный прибор малой мощности для бытовых нужд (к примеру, для осуществления ночной съемки) необязательно закрывать светодиоды защитным стеклом, в ином же случае, если предполагается использование прожектора в качестве осветительного прибора для систем видеонаблюдения – крайне рекомендуется заключить готовую конструкцию во влагозащищенный корпус.

в выбранном корпусе (допустим, имеющим вид пластиковой коробочки) производятся отметки (к примеру, 8-10 под такое же количество светодиодов в каждом ряду, которых так же будет несколько) Отметки должны проходить на равном расстоянии друг от друга (оптимально выбрать разницу в 5 мм),
с помощью сверла и маломощной дрели или шуруповерта на указанных отметках просверливают отверстия для вставки светодиодов. С другой стороны корпуса тоже следует продумать систему крепления. Если любительский ИК-прожектор будет присоединяться к фотоаппарату или видеокамере, то достаточно сделать одно отверстие, внутрь которого будет вставлен болт и впоследствии затянут гайкой,
макетную плату (для монтажа светодиодов) обрезают с помощью простых ножниц до нужных под монтаж размеров,
далее в ней располагают инфракрасные светодиоды так, чтобы катоды и аноды были расположены в ряд, а сами ИК-светодиоды попадали в просверленные отверстия в корпусе коробки,
ножки светодиодов сгибаются в одну линию для дальнейшей спайки, каждый ряд отдельно,
с помощью паяльника (оптимально подойдет модель с тонким жалом и мощностью нагрева в 60 Вт) дорожки ножек светодиодов спаиваются в линии,
после указанных действий черным силовым проводом осуществляется соединение дорожек анодов (к примеру, если ИК-светодиоды расположены в три ряда и соответственно будут иметь шесть рядов ножек на обратной стороне платы, то аноды представляют собой три ряда. К крайнему из них припаивается провод, с остальными рядами его подсоединяют с помощью перемычки),
к катодам следует припаять по резистору с сопротивлением 220 Ом, после чего перемычки резисторов соединяют в единое целое и к ним припаивают красный силовой провод,
с другой стороны кабелей должна быть подключена аккумуляторная батарейка,
после указанных действий корпус собирается и любительский ИК-прожектор, собранный своими руками, готов.

Желательно добавить возможность отключения подачи питания на светодиоды. Несмотря на их малый расход энергии, попросту нецелесообразно подавать питание, когда в ИК-подсветке (особенно в светлое время) нет потребности.

Области применения инфракрасного фонаря

Как уже было написано несколько выше, основная среда применения инфракрасных фонарей и прожекторов пролегает в сфере безопасности. Фонари наиболее оптимально подходят для следующих целей:

в качестве подсветки в ночное время суток перед домофонами и дверными видеоглазками, чтобы иметь возможность непосредственно разглядеть человека,
подсветка систем внутреннего видеонаблюдения (особенно актуально для небольших помещений),
дополнительное освещение пространства в ночное время (для наружных камер наблюдения),
инфракрасные прожекторы (исключая любительский класс, который по дальности работы следует отнести к классу ИК-фонарей) применяются в тех случаях, когда требует обеспечить хорошую степень наблюдения за объектами на средних (от 20 до 50 метров) и дальних дистанциях (вплоть до 400 метров),
обеспечение эффективной подсветки для систем видеонаблюдения при охране зданий с большой площадью,
просмотр охраняемого периметра,
дополнительное освещение для приборов ночного видения,
при недопустимости использования прожекторов освещения, которые могут причинять неудобство при работе с ними.

Отдельно стоит выделить еще один занятный аспект использования инфракрасных фонарей, раз уж речь зашла о видеонаблюдении. В силу каких-либо причин не каждый человек пожелает, чтобы видеокамера могла его зафиксировать. В таком случае существует простой и крайне дешевый вариант, как можно обеспечить себе камуфляж и скрыть лицо от камер видеонаблюдения. Для этого достаточно создать простейшее устройство, работающее по принципу инфракрасного фонаря. По указанной методике сборки такого фонаря следует закрепить на головном уборе (подойдет обычная кепка) несколько инфракрасных светодиодов, подключаемых к девятивольтовой батарейке. Подобная система совершенно не будет выделяться своим внешним видом, однако для камер видеонаблюдения верхняя часть корпуса человека будет представлять собой яркое пятно, в котором нельзя будет различить лицо.

Злоумышленники могут не спешить радостно потирать руки, указанный способ действует лишь против бюджетных камер видеонаблюдения, более дорогие модели не столь чувствительны к влиянию на них ИК-излучения. Поэтому на хорошую систему видеонаблюдения подобные трюки не подействуют, лицо человека будет хорошо различимо даже при использовании нескольких рядов ИК-светодиодов.

Техника безопасности при работе с инфракрасным фонарем

Важно помнить, что использование указанной технологии может нанести вред здоровью человека при неправильном выполнении требований по технике безопасности.

инфракрасное излучение от мощных источников при прямом попадании на сетчатку глаза способно высушивать слизистую оболочку, что приведет к усталости глаз и даже болезненным ощущениям. Поэтому, при использовании такого устройства, как инфракрасный лазерный фонарь не следует ни в коем случае направлять его в глаза человеку (разве только если подобный фонарь используется в целях самозащиты от нападавшего),

контакты, по которым проходит питание – следует надежно изолировать от возможного воздействия на них влаги, что вызовет коррозию или короткое замыкание схемы,
пайку контактов следует проводить хорошо работающим паяльным оборудованием, чтобы не допустить возможности получения ожогов при проведении работ,
следует стараться избегать прямого воздействия солнечных лучей на инфракрасные светодиоды во избежание их перегрева,
корпус инфракрасного оборудования следует надежно собрать, чтобы предотвратить возможность попадания внутрь системы загрязнения или влаги.

Указанные устройства приобретают в последнее время все большую популярность благодаря своему качеству и долговечности срока службы. Низкое энергопотребление, бюджетная стоимость инфракрасного осветительного оборудования в совокупности с его возможностями – станут убедительным доводом в сторону выбора подобных устройств для обеспечения безопасности. Собранные любительские системы позволят без лишних затрат заиметь вдовес к фотоаппарату или видеокамере полноценное вспомогательное оборудования для совершения фото- и видеосъемки в ночное время.

Часть 2. Инфракрасные осветители

Первую часть статьи можно найти тут

ИК-ОСВЕТИТЕЛИ

Отдельно стоит коснуться применения ИК-осветителей совместно с цифровыми приборами ночного видения. Обычно приборы ночного видения имеют встроенный ИК-осветитель. Одновременно в качестве аксессуаров на рынке присутствует большое количество ИК-фонарей, которые предназначены для совместного использования с приборами ночного видения.

По типу источника излучения ИК-осветители можно разделить на две основные группы – светодиодные и лазерные.
В светодиодных осветителях используется полупроводниковый светодиод, излучающий свет на определенной длине волны инфракрасного диапазона. На рынке встречаются светодиодные осветители как с различной длиной волны излучения (наиболее часто 805 нм, 850 нм, 940 нм) так и с различной мощностью.

Лазерные осветители изготавливаются на основе лазерных полупроводниковых диодов. По отношению к светодиодным, лазерные имеют некоторые преимущества.

Во-первых, их излучение является когерентным, т.е. все фотоны света, составляющие излучение, имеют одинаковую энергию, направление и длину волны излучения. За счет этого пучок излучения имеет высокую плотность энергии в узком спектральном диапазоне, которая сохраняется даже на больших дистанциях. Светодиоды же имеют рассеянное излучение, характеризующееся широким спектральным диапазоном и большими потерями энергии при удалении от источника излучения. Это означает, что при одинаковой мощности излучения лазерный осветитель способен «осветить» объект наблюдения, расположенный на более дальних расстояниях, чем светодиодный осветитель, т.е. «дальность работы» лазерного осветителя существенно выше, чем диодного.
Во-вторых, энергопотребление лазерных осветителей заметно ниже, чем светодиодных с такой же мощностью излучения.

Основными параметрами осветителей являются мощность излучения и угол расходимости.
Мощность излучения является основным определяющим фактором дальности освещения ИК-осветителя. Зависит от типа применяемого источника, оптической схемы и качества изготовления линз и просветляющих покрытий. У большинства выпускаемых светодиодных ИК-осветителей максимальная мощность излучения составляет от 30 до 100 мВт (низкие значения мощности у встраиваемых в ПНВ осветителей, более высокие – у отдельных осветителей, выпускаемых как аксессуары).
У лазерных осветителей максимальная мощность может колебаться от 10 до 50 мВт при примерно таком же энергопотреблении, как и у светодиодных осветителей.

При одновременном использовании нескольких осветителей (например, встроенного и дополнительного внешнего) общая освещённость пятна излучения будет суммироваться, но только в случае, если объект наблюдения находится на дистанции, не превышающей максимальную дистанцию «работы» каждого из двух осветителей (т.е. каждый из осветителей способен самостоятельно осветить на этой дистанции объект наблюдения). Если же дистанция до объекта наблюдения будет превышать максимальную дистанцию «работы» одного из осветителей, то фактически объект наблюдения будет освещаться только одним осветителем – более мощным, т.е. суммирования освещенности пятна на такой дистанции не произойдет.

К недостаткам лазерных осветителей можно отнести некоторую опасность, которую они представляют для человеческого глаза при прямом наблюдении излучения в случае, если излучение превышает 1-ый класс лазерной безопасности. По этой причине в большинстве стран к применению на гражданском рынке разрешены только лазерные осветители, имеющие 1-ый класс лазерной безопасности (полностью безопасные). Именно это обстоятельство во многом сдерживает более широкое распространение лазерных осветителей.

Правильно спроектированные лазерные осветители 1 класса лазерной безопасности превосходят по эффективности работы обычные ИК-диодные осветители, так как при сопоставимых показателях дальности освещения они имеют значительно меньшие габариты и существенно меньшее потребление энергии.

Угол расходимости излучения ИК-осветителя должен быть близок к углу поля зрения ПНВ, чтобы освещать все пространство, видимое в прибор. Чем больше угол расходимости, тем меньше освещенность по площади и соответственно меньше дальность освещения. На практике, ИК-осветители имеют неравномерное распределение энергии (освещенности) по площади пятна излучения. Как правило, центральная зона пятна имеет большую энергию, чем краевая зона. Фактически это означает, что при увеличении угла излучения пользователь будет в большей степени замечать падение освещенности в краевой зоне пятна, в то время как центральная зона будет освещаться более интенсивно.

При выборе ИК-осветителя необходимо учитывать спектральный диапазон работы прибора ночного видения, с которым будет использоваться осветитель. Т.е. максимальную эффективность (дальность освещения объекта наблюдения) будет иметь осветитель с длиной волны излучения, на которой прибор ночного видения имеет более высокую чувствительность. Например, при использовании подсветки с длинной волны излучения 808 нм цифровые приборы будут «видеть» лучше, чем с 940 нм, т.к. чувствительность сенсора в диапазоне 808 нм выше.

Хотелось бы отметить еще одно достоинство цифровых приборов ночного видения при совместном использовании с ИК осветителями. Как известно, по сравнению с электронно-оптическими преобразователями (ЭОП), сенсоры цифровых приборов имеют меньшую общую чувствительность, но значительно более высокую спектральную чувствительность в диапазоне 900 нм и выше. Излучение в таком диапазоне уже является невидимым для глаз людей и животных. Все это позволяет с успехом применять ИК осветители «невидимого» диапазона для дополнительной подсветки объектов наблюдения при использовании цифровых приборов ночного видения. В то же время с аналоговым прибором ночного видения такой «невидимый» осветитель будет практически бесполезен. Особенно это актуально при использовании цифровых ночных приборов на охоте: охотник может уверенно использовать «невидимый» осветитель для дополнительной подсветки – зверь его не видит и не пугается.

Влияние мощности осветителей и их типа на дальность распознавания в зависимости от чувствительности прибора наблюдения раскрыто в таблицах 1 (для лазерных осветителей) и 2 (для светодиодных ИК-осветителей). Данные приведены для следующих условий: безлунная ночь, облачно, атмосфера прозрачная (отсутствует туман, дымка). В качестве объекта наблюдения использовалась ростовая фигура человека в защитной одежде, расположенная на фоне кромки леса. Угол расходимости излучения осветителей составлял 5-7 град.

Типы, особенности и схема ИК подсветки

Одним из важнейших критериев эффективности видеонаблюдения является достаточная освещенность. Однако далеко не на всех объектах существует возможность применения светильников. На выход в такой ситуации приходит ИК-подсветка. Рассмотрим, какие ее типы существуют, когда лучше всего ее использовать, что собой представляют модели, предназначенные для видеокамер, какие виды ИК-прожекторов бывают и в чем их преимущества, а также как своими руками изготовить ИК-прибор и что для этого понадобится.

Типы ИК освещения

В зависимости от рассматриваемых параметров, инфракрасная подсветка классифицируется по нескольким системам:

Типу светоисточника.
Конструкционным особенностям.
Длине волны.
Дальности действия.
Исполнению оптической системы.

По виду источника излучения приборы ИК подсветки делятся на две разновидности:

Конструкция первых схожа со стандартными ламповыми прожекторами. Среди их главных достоинств особо выделяются – низкое энергопотребление, долговечность, пожаробезопасность и неприхотливость ухода. Второй тип – в качестве источника содержат лампу. Он в свою очередь также разделяется на два подвида:

Непосредственно излучающие в инфракрасном диапазоне. В основе применяется лампочка накаливания с поверхностью, покрытой специальным составом, пропускающим излучение только в диапазоне длин волн порядка 720-800 нм.
Со светофильтром, ограничивающим проход света свыше 950 нм. Главный недостаток – большой расход энергии (до 0,5 кВт/ч) и малый радиус действия.

Вообще, хотя ламповые системы ИК-подсветки и дешевле светодиодных аналогов, они весьма энергозатратны и недолговечны – лампочку приходится регулярно менять.

По конструкционным признакам ИК-подсветка бывает:

Встроенной. Объединена в одном корпусе с камерой слежения. Характеризуется компактностью, а также тем, что ее не надо настраивать под объектив. Недостатки – небольшая мощность, вероятность засветки изображения, особенно объектов, покрытых светоотражающим слоем, а также ложное срабатывание детектора движения из-за излишнего внимания к ИК-светодиоду насекомых в теплое время года.
Внешней. Решает многие проблемы ИК-подсветки встроенного типа. С ее помощью можно делать любой угол освещения, выбирать прибор по мощности и дальности действия и площади покрытия – осветительные пластины, прожектора, фонари и т. д. Минусы – необходимость приобретать для камеры отдельное устройство, устанавливать и настраивать его, что требует дополнительного времени, опыта и сноровки.

По диапазонам длин волн приборы ИК-подсветки разделяются на следующие категории:

Невидимое инфракрасное излучение характерно для приборов освещения, работающих при длине волны свыше 880 нм – все, что ниже находится в области зрительного восприятия. У этой особенности есть и плюсы, и минусы. Для обширной, а, следовательно, и максимально дальней подсветки требуется мощный прибор с диапазоном порядка 780-820 нм. Однако на близком расстоянии излучатель заметен благодаря фоновому красному свечению. Поэтому накоротке применяют устройства, функционирующие в незаметном, хотя и менее слабом сегменте спектра – от 850 до 950 нм.

Все устройства для ИК-подсветки разделяются по дистанции на три группы:

Короткого действия – до 10 метров. Устанавливается на лестничных площадках, в домофонах, видеоглазках, в системах дежурной подсветки и скрытом видеонаблюдении.
Средней дальности – 20-60 м. Используются для подсветки кинотеатров, ночных заведений, придомовых территориях.
Дальнобойные – до 0,35 км. Применяется на больших охраняемых площадях, на улицах, скверах и дорогах.

Устройства для ИК-подсветки в сочетании с различными светоисточниками оснащаются разными видами оптических систем – обычные лампочки, фонари, прожекторы, плафоны.

Обратите внимание! ИК-излучение безопасно для человека и окружающего пространства. На его основе применяется не только подсветка для видеонаблюдения в темное время года, но и приборы обогрева. Однако ввиду того, что спектральная чувствительность глаза человека находится за пределами этого диапазона длин волн, адаптивное сужение зрачка не срабатывает. Поэтому не рекомендуется напрямую долго смотреть на инфракрасный источник, особенно при его высокой мощности.

Когда стоит использовать ИК подсветку

ИК-подсвета чаще всего применяется в следующих случаях видеосъемки:

Формирование благоприятных условий для освещения. Стандартные светильники не справляются с задачей равномерности распространения светового потока на всей наблюдаемой площади. ИК-прибор вкупе с ним позволяет подсветить тени, выровнять экспозицию и детализировать кадры.
Создание скрытой системы подсветки. Многие системы безопасности проявляют эффективность, когда действуют незаметно для злоумышленника. Объект в полной темноте на самом деле может хорошо освещаться в инфракрасном диапазоне излучения и все события на нем детально фиксироваться на камеру.
Улучшение функций видеоаналитики. ИК подсветка дает возможность максимально точно считывать и обрабатывать информацию системам слежения даже в полной темноте.
Повышение пропускной способности передачи данных. Инфракрасное освещение позволяет улучшить качество изображения ночью и поспособствовать уменьшению объема записанных данных, и повысить скорость их обработки и передачи.
Улучшение изображения мегапиксельных камер.

При выборе видеокамеры для совокупной работы с ИК-подсветкой предпочтение нужно отдавать моделям, чувствительным к излучению в этом диапазоне. Хорошим примером является камера SONYExView HAD с ПЗС-матрицей.

Что представляет собой ИК подсветка для камеры видеонаблюдения

Главным принципом применения ИК-подсветки для системы видеонаблюдения является создание скрытого равномерно распределенного по площади объекта инфракрасного освещения. Свет от прибора не видим глазу человека, однако изображение, образуемое камерой, создается четким и детальным.

Светильник подобного рода выполняет сразу несколько функций:

Создает условия для максимально возможного наблюдения.
Облегчает задачу деталировки предметов.
Обеспечивает проведение съемки в абсолютной темноте.

ИК-устройства, как правило, изготавливаются в форме прожектора и применяются в сочетании с обычным светильником для подсветки не видимых областей от стандартного освещения на изображении камеры. Среди их внешних эксплуатационных характеристик выделяются хорошая герметичность корпуса – что дает возможность использовать их как снаружи, так и внутри помещения.

При этом их устанавливают недалеко от видеозаписывающего прибора, чтобы удобнее согласовать угол и направление его излучения с зоной съемки. Оборудование ИК-подсветки должно иметь параметры, соответствующие размерам освещаемого объекта, а объектив камеры – специальный корректор для работы в этом диапазоне.

Виды ИК прожекторов

Наиболее распространенным видом приборов для ИК-подсветки является прожектор. В зависимости от назначения он бывает следующих видов:

Встраиваемый. Устанавливается в корпус видеокамеры и не требует дополнительных работ на самом объекте.
С постоянным излучением. Используется для внешней и внутренней установки. Настройки аппаратуры задаются при первом включении.
Импульсный. Производит направленное излучение с возможностью изменения частоты и мощности. Позволяет максимально точно подстраивать под конкретные условия эксплуатации.
Для периметра. Отличается максимальной дальнодействием. Применяется для ИК-подсветки больших территорий.

Рекомендация! При выборе ИК-прожектора необходимо учитывать угол обзора видеокамеры. В идеале этот параметр для прибора подсветки должен быть несколько меньше, чем у съемочного устройства, так как на дисплее чаще всего крайняя область кадра невидима.

Преимущества использования

Главные достоинства применения ИК-прожекта для ночной видеосъемки:

Снижение расходов энергии на освещение.
Равномерная и качественная подсветка всей снимаемой площади.
Детализация объектов на изображении на любой дальности съемки.
Повышение дальности работы функции «датчика движения» в программе наблюдения.
Большой срок службы оборудования.

При всех преимуществах ИК-подсветка имеет и недостатки – невозможность работать с цветными камерами ввиду их малой чувствительности и необходимость периодической чистки стекол рассеивателя – внутри помещения от пыли, снаружи – от грязи и осадков.

Как сделать ИК подсветку для видеонаблюдения своими руками

Существует множество способов создания прожектора для ИК-подсветки своими руками. Рассмотрим две наиболее популярные и простые в изготовлении схемы.

Предложенное ниже изображение цепочки ИК-подсветки линейной структуры в основе имеет интегральный автоматический таймер NE555. Для его сборки потребуется:

Элемент NE555.
Инфракрасные светодиоды с номиналом, соответствующим источнику питания.
Резисторы, транзисторы и прочие радиокомпоненты (согласно схеме, приведенной ниже).
Паяльная плата.
Набор инструментов для пайки.

Все элементы соединяются последовательно согласно рассматриваемой схеме. При этом сначала на матрицу устанавливаются крупные элементы, затем мелкие. Сами ИК-светодиоды можно разместить в корпусе старого фонаря или прожектора. Собранное устройство после подключения работает в соответствии со следующим алгоритмом:

NE555 в автоматически определенном ритме генерирует импульсы.
Его несущая частота задается цепочкой резисторов, один из которых имеет переменный характер.
Далее передача мощности осуществляется на диоды посредством транзисторного ключа.
Чтобы ограничить нагрузочный ток к каждому диоду в пару подключен резистор.

Для настройки работы ИК-подсветки необходимо изменять сопротивление переменного резистора – это позволит подобрать такую частоту, чтобы изображение, образуемое видеокамерой, не мерцало.

Еще один более простой способ – взять в качестве основы матрицу стандартного светодиодного прожектора и вместо установленных лед-элементов впаять инфракрасные – типа TSAL5100. Естественно, при этом нужно проконтролировать, чтобы номинал монтируемых кристаллов соответствовал электросхеме устройства.

Основные выводы

ИК-подсветка применяется для улучшения параметров видеосъемки в условиях плохой освещенности или абсолютной темноты. Применяемые приборы классифицируются по ряду признаков:

Разновидности светоисточника.
Особенностям конструкции.
Длине излучаемой волны.
Дальнобойности.
Типу оптической системы.

ИК-подсветка применяется с целью создания лучших условий видеосъемки, обеспечения скрытого освещения, повышения функциональности видеоаналитики, улучшения передачи базы данных и оптимизации работы мегапиксельных камер. Самым распространенным видом приборов является прожектор. По типу выполняемых задач может быть встроенным, с постоянным излучением, импульсным, периметральным. Его применение позволяет снизить энергопотребление, улучшить равномерность подсветки, повысить детализацию предметов и увеличить дальность функционирования датчика движения. Изготовить его можно своими руками на базе импульсного генератора NE555.

Если вы уже изготавливали прожектор для ИК-подсветки своими руками рассматриваемого или любого другого типа, обязательно поделитесь полезной информацией в комментариях.

Как сделать прибор ночного видения своими руками – самодельный инфракрасный аппарат ПНВ в виде очков

Вы когда-нибудь задумывались над тем, как было-бы здорово уметь видеть в темноте? Это можно осуществить при помощи очков ночного видения.

К сожалению, настоящий аппарат ночного видения, даже самой простой конструкции, может стоить сотни долларов за одну только оптику. Это очень дорогая технология. Тем не менее, есть альтернативные методы видения в темноте: существуют различные программы ночного видения для гаджетов, а в магазинах детских игрушек продаются игрушечные шпионские бинокли. В них используются камеры низкого класса, инфракрасная подсветка и недорогой дисплей. Такого типа прибор мы и сделаем своими руками.

В нашем приборе будут использоваться детали, которые можно легко купить в интернет-магазинах.

Итак, начнем. Не надо думать, что у вас получится прибор высокого класса. На самом деле он не сможет конкурировать с настоящими приборами ночного видения.

Шаг 1: Что вам потребуется

В двух словах об устройстве прибора. Простая видеокамера, чувствительная к инфракрасному излучению, невидимому невооруженным глазом. В качестве источника инфракрасного излучения используется инфракрасный прожектор. Еще необходимо средство просмотра изображения. Для этой цели применяется видеоискатель от старой видеокамеры. Однако эти детали трудно найти, не купив камеру целиком. Вместо видеоискателя можно использовать ЖК-экран. Вот детали, которые потребуются для проекта:

На электронные компоненты у вас уйдет порядка 60-70 долларов и около 25-30 долларов на приобретение корпуса. Если вы сделаете корпус самостоятельно, то можно будет снизить расходы.

Электронные компоненты для самодельного ПНВ:

3,5-дюймовый жидкокристаллический TFT-экран. Экран питается от напряжения 12 В, имеет два входных штекера – желтый и белый. Белый штекер дублирует желтый и предназначается для подключения дополнительного оборудования.
Модуль видеокамеры. Можно использовать другой тип камеры, при этом она должна иметь возможность подключения к видеовходу экрана. Чувствительность этой камеры 0,008 люкс. Чем ниже чувствительность, тем лучше камера видит в темноте и тем чувствительнее к инфракрасному освещению. Не стоит использовать камеру с чувствительностью выше 0,008 люкс, поскольку этого недостаточно для качественного изображения.
Прожектор из 30 светодиодов инфракрасного излучения. Длина волны инфракрасного спектра лежит в пределах 840 и 940 нанометров (нм), а интенсивность измеряется в ваттах (Вт). ИК-излучение с длиной волны 840 нм создает также видимое человеческим глазом красное свечение. Излучение с длиной волны 940 нм совершенно невидимо для глаз.

Для проекта дополнительно можно использовать фонарик Cree Ultrafire WF-501b, длина волны его излучения 850 нм, поэтому он имеет красное свечение.

Чем больше светодиодов в фонаре, тем больше расстояние видимости прибора.

12-вольтовая батарея. Для питания прибора используем 8 элементов питания типа AA. Для соединения их в батарею, нам потребуется контактный отсек на восемь элементов AA.
Устройство понижения напряжения до 5 В. Для работы видеокамеры требуется постоянное напряжение 5 В. Большее напряжение выведет видеокамеру из строя.
RCA-переходник типа «папа-папа». Переходник понадобится для соединения видеокамеры с ЖК-экраном, т.к. на обоих этих устройствах RCA-штекеры имеют тип «мама».
Выключатели: для включения камеры, экрана и инфракрасного прожектора.

Инструменты и оборудование:

Мультиметр.
Отвертка.
Паяльник.
Припой.
Стриппер для зачистки проводов.
Провод.
Термоусадочные трубки.
Зажигалка или тепловая пушка.
Изоляционная лента.
Холодная сварка.
Клеевой пистолет.
Дрель или сверлильный станок, сверла.
Режущий и шлифующий инструмент.
Аэрозольная краска черного цвета.

Корпус: в качестве корпуса можно использовать пластиковые коробки для электроники, которые легко приобрести в магазине. Корпус также можно сделать из трубы ПВХ, дерева, пластикового контейнера и др. В нашем проекте будем использовать три пластмассовых коробки разного размера.

Еще нам потребуются недорогие защитные очки. Лучше взять лабораторные, которые полностью прилегают к лицу, чтобы окружающие не могли видеть свечение экрана в темноте.

Шаг 2: Электронная схема

Как это работает:

ЖК-экран и ИК-прожектор работают от напряжения 12 В от батареек. Т.е. экран и фонарь через выключатель будут подключаться к контактному отсеку с элементами питания. Кроме основного выключателя, установим еще один дополнительный для включения и выключения ИК-фонаря. Видеокамера работает от напряжения 5 В и без понижающего преобразователя напряжения к батарейному отсеку подключаться не может.

В качестве преобразователя используем микросхему-стабилизатор напряжения 5 В. На вход стабилизатора будет подаваться положительное напряжение 12 В от батареек, а выход 5 В будет подключаться к плюсовому выводу питания камеры. Минусовой вывод питания камеры и средний вывод микросхемы-стабилизатора подключим к «минусу» батарейного отсека. Выход видеосигнала с камеры подключается к входу экрана через RCA-переходник типа «папа-папа». Звук в нашей конструкции не потребуется, поэтому его мы подключать не будем.

Шаг 3: Сборка корпуса

Вначале просверлите в малом корпусе отверстия для переключателей, глазка камеры и инфракрасного прожектора.

После того, как отверстия высверлены, установите все компоненты в корпус и убедитесь, что все они свободно в нем располагаются.

Удостоверьтесь, что камера стоит в правильном положении. Закрепите устройства в коробке с помощью холодной сварки. Следите за тем, чтобы сварка не соприкасалась с электронными контактами устройств, так как она может проводить электрический ток.

Для закрепления ИК-прожектора используйте клеевой пистолет.

Жидкокристаллический экран вставьте во вторую коробку, побольше, после установки всего остального оборудования, и выровняйте его. После этого снимите защитную пленку с экрана, закрепите его холодной сваркой в коробке и закрутите крышку с прямоугольным отверстием.

Удалите стекла защитных очков и приклейте очки к третьей, большой коробке, в которой предварительно сделайте вырез, аналогичный форме очков. Затем можно покрасить всю конструкцию в черный цвет: так она будет менее заметна в темноте.

После того, как краска высохнет, вставьте батарейки в переднюю коробку с камерой и фонарем. Соедините друг с другом переднюю и среднюю коробки. Сделайте все необходимые электрические подключения и присоедините коробку с очками. Прибор ночного видения готов.

Шаг 4: Тестирование

Здесь представлено несколько снимков, сделанных при посредстве нашего прибора. С выключенным инфракрасным прожектором в темноте практически не чего не видно. Если кроме основного ИК-прожектора включить еще дополнительно фонарик, то видимость будет еще лучше.

Шаг 5: Улучшение чувствительности

Один из действенных способов повысить чувствительность прибора – это удалить инфракрасный фильтр, установленный перед сенсором камеры (если он там присутствует). Фильтр представляет собой кусочек стекла с розовым или оранжевым оттенком. Он уменьшает поток ИК-излучения, который попадает на сенсор, что улучшает качество цветного изображения в дневное время, но значительно ограничивает способность камеры видеть в темноте. Открутите объектив и удалите ИК-фильтр при помощи пинцета, затем соберите камеру обратно.

Примечание: в некоторых камерах нет возможности снять ИК-фильтр; в этом случае вы можете заменить объектив камеры на тот, в котором нет фильтра.

Шаг 6: Заключение

После удаления инфракрасного фильтра из камеры, видимость прибора значительно увеличится (до 10 раз). Прибор расходует немного электроэнергии, так что один комплект батарей прослужит долго.

Вы можете усовершенствовать свой прибор ночного видения: например, сделать его для одного глаза и установить, на шлем для страйкбола. Существует одна проблема с обнаружением вашего прибора: любое устройство, чувствительное к ИК-спектру, может видеть ваш ИК-фонарь. Однако невооруженным глазом в темноте вас обнаружить будет не так-то просто.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

20 вопросов о приборах ночного видения, которые стоят того, чтобы их задать

Приборы, с помощью которых можно усиливать видимость в темное время суток, делать объекты четкими и пригодными для изучения и наблюдения, – требуют знаний несколько больших, чем просто «включи и смотри». Первоначально приборы ночного видения (ПНВ) разрабатывались для оборонных целей. Это вполне объяснимо, ведь во время проведения военных операций умение действовать ночью не хуже, чем днем может спасти много жизней, и такие приборы давно взяты на вооружение армиями большинства стран мира.

ПНВ в том виде, какими мы их знаем сейчас, стали использоваться американскими солдатами во время операций на Ближнем Востоке, хотя самые первые подобные разработки относятся ко временам Второй мировой Войны. Сейчас с помощью ПНВ по ночам летают спасательные вертолеты и военные истребители, а современные беспилотники оснащаются тепловизорами. Благодаря удешевлению и развитию технологий охотники, натуралисты и стражи порядка имеют возможность пользоваться ПНВ там, где им это необходимо.

Приборы для ночных наблюдений становятся доступнее, но многие по-прежнему не знают, каким образом они работают, что необходимо учесть при выборе, как именно пользоваться ПНВ. Эксперты в области приборов ночного видения, кто занимается производством такой аппаратуры, помогли сформулировать несколько основных вопросов, которые чаще всего интересуют пользователей и ответили на них. Эта информация будет полезна при покупке ПНВ и поможет узнать немного больше, приоткрыть завесу тайны.

1. Как правильно называть ПНВ

Терминология ‒ одна из самых запутанных тем в изучении ПНВ. Существуют два основных их типа: ЭОП (преобразователи электронно-оптического типа) и тепловые приборы (их еще называют тепловизорами). Считать, что к ПНВ относится только первая категория не совсем верно.

2. В чем разница

Классические ЭОП-системы собирают тот слабый свет, которого недостаточно для человеческого глаза и многократно его усиливают. Это может быть лунное, звездное освещение, едва различимые огни и так далее. Тепловые разновидности могут работать при отсутствии света как такового, измеряя разницу в температурах объектов и воспроизводя изображение в цветах теплового спектра.

3. Что помогает ЭОП улучшать изображение

Увеличение получаемых фотонов света. Они попадают на внутренние фотокатодные пластины, увеличиваются, усиливаются с помощью электродной системы и через вакуумную трубку подаются на люминесцентный экран. Он воспроизводит усиленное изображение с различным разрешением (исчисляется в видимых штрихах на миллиметр).

4. Как устроены тепловые разновидности

Портативные инфракрасные системы ночного видения используют тепловые датчики, считывающие разницу между границами объектов и их окружением, на основании чего создается образ объекта, который отправляется на дисплей.

5. Прибором какого поколения стоит пользоваться

Поколения 0 и 1 ‒ уже история, хоть приборы 1 поколения и стали довольно доступными. Начинать «серьезный разговор» стоит с оптики Gen 2 или 2+, с многократно усиленной чувствительностью и хорошим разрешением (отличные приборы этого класса, кстати, производятся в России и Беларуси). Поколение 3, 3+ и 3 Pinnacle из-за чувствительности к боковой засветке чаще используется спасателями и военными. Это приборы, вобравшие в себя все достижения современной технической мысли.

6. Что такое Auto Gating

Это технология, нейтрализующая яркий свет от точечных объектов, предназначенная не допустить «слепоты» наблюдателя и сделать изображение более равномерным.

7. Чем подобные приборы могут помочь в обычной жизни

Они широко используются правоохранительными органами в розыскных или спасательных операциях, нужны для наблюдения и патрулирования ночью. С помощью тепловых систем можно найти доказательства (брошенные предметы некоторое время хранят тепло рук), но они дают лишь очертания объектов ‒ четко идентифицировать людей с помощью тепловизора практически невозможно.

8. Каков ценовой диапазон ЭОП

Все зависит от качества и уровня оптики. Самые распространенные монокуляры 2+, например, в США стоят около 2000 долларов, а 3+ ‒ начиная от 4000. Дополнительные опции и аксессуары также могут существенно увеличить цену.

9. Сколько стоит тепловизор?

В Штатах пару лет назад современный и мощный тепловизор мог стоить 10000 долларов, но с ростом производства карманных тепловизионных камер их цена снизилась до уровня 4000 долларов.

10. Как оценивать качество изображения

Это легче сделать для тепловизора ‒ там оно измеряется в стандартных единицах разрешения экрана (640х480, 240х180 и так далее). Чем лучше разрешение, тем дороже прибор. В оценке качества ЭОП очень важно понимать, что сопутствующая оптика должна быть не хуже, чем сам прибор ‒ иначе можно выкинуть деньги на 3+, установив его на откровенно низкосортную оптику. В целом, золотой стандарт ЭОП ‒ это разрешение с 64 до 72 штр/мм, но многие эксперты считают, что вполне достаточно и 45.

11. Можно ли проверить прибор перед покупкой

Если продавец серьезно относится к работе, он даст возможность испытать прибор, но это обычно обсуждается в частном порядке. Большинство устройств проходят всестороннюю проверку, и их результаты есть в открытом доступе, так что о приборе можно получить нужную информацию и без предварительного тестирования.

12. Какие службы используют ПНВ, кто может себе это позволить

Кроме частных агентств, выделяющих бюджет на закупку оборудования, есть госструктуры, получающие гранты или конфискующие приборы из незаконного оборота. Также возможна поддержка специальных частных фондов (в основном, в США).

13. Есть ли недорогие приборы ночного видения

Их много, и они заслуживают изучения. Если вы не находитесь на поле боя и многократная интенсификация картинки вам не нужна, то можно приобрести цифровые ПЗС-камеры (CCD, с зарядовой связью) или систему CMOS (комплиментарные транзисторные металло-оксидные полупроводники). Они существенно повысят качество ориентирования в темноте. В городских условиях контрастной освещенности (яркие фонари, витрины и глубокие тени рядом с ними) они могут даже стать полезнее классических ПНВ.

14. Как ухаживать за приборами

В ПНВ не так много элементов, которые можно легко повредить. Прибор нежелательно ронять, хранить долго, не вынув батареи. Всегда следует использовать защиту для линз, а лучше ‒ поставить хороший стеклянный фильтр.

15. Нужно ли специально учиться пользоваться ПНВ

Специальные навыки для использования ПНВ желательны. Иначе вы рискуете потратить деньги, но по-прежнему плохо видеть в темноте. Внимательно читайте справочные материалы, поговорите с продавцом, попробуйте найти тренера.

16. Какой срок службы у приборов ночного видения

При надлежащем уходе тепловые камеры прослужат вам многие десятилетия ‒ они твердотельные. Срок использования ЭОП ограничен из-за изнашиваемости линз: хорошая модель 2+ прослужит около 5000 часов, а 3 или 3+ ‒ до 15000. Чтобы увеличить срок службы, приборы следует всегда отключать, когда они не используются.

17. Почему у ЭОП-систем зеленое изображение

В принципе, изображение, хоть и монохромно, но может быть окрашено в различные оттенки. Иногда используется черно-белая классика, которая чуть меньше утомляет глаза, но сочетание зеленого и черного цветов дает самую четкую и легковоспринимаемую глазом «картинку».

18. Как можно повысить собственные способности видеть в темноте

Можно поступить как средневековые пираты, которые на одном глазу носили повязку. С ее помощью закрытый глаз адаптировался к темноте. Современные военные пользуются монокулярами, чтобы сохранить природные способности глаз.

19. А есть ли приборы с комбинированной технологией

Некоторые компании делают гибриды, например, Gen3+ и тепловизор (ITT Exelis с их разработкой Dual Sensor Night Vision Goggle). Они позволяют комбинировать тепловую и визуальную информацию на одном дисплее. Есть, правда несколько но: приборы стоят больше 10000 долларов и почти все уходят к военным.

20. Каково будущее ПНВ

В ближайшие годы мы, скорее всего, услышим много нового о коротковолновых приборах SWIR. Инфракрасные системы понемногу достигают такого уровня четкости и разрешения, что в будущем тепловые изображения приблизятся по информативности к ЭОП.