CHURA Nikolay Iosifovich.
ALGUNOS ASPECTOS DEL USO DE ILUMINACIÓN IR EN VIDEOVIGILANCIA
La videovigilancia oculta en condiciones de poca luz es Actualmente ya no es imaginable sin el uso de iluminación IR.
Los iluminadores IR que utilizan emisores LED se utilizan cada vez más.
En los últimos años, la eficiencia y potencia unitaria de estos emisores ha aumentado significativamente, lo que les permite competir con éxito con los iluminadores basados en lámparas incandescentes de ciclo halógeno.
Los iluminadores IR modernos utilizan LED con líneas de generación 870 — 880 y 940 — 950 nm. Teniendo en cuenta las características de la sensibilidad espectral de las matrices CCD típicas, presentadas en la Fig. 1, lo más eficaz es utilizar emisores con una longitud de onda mínima. En este caso, la disminución de la sensibilidad equivalente de la cámara de televisión es mínima y esto permite aumentar el rango de iluminación.
Además, el efecto de desenfoque de la imagen como resultado de un cambio en el índice de refracción de la óptica y, con ello, un desplazamiento en el plano focal de la lente, también es mínimo.
Sin embargo, hay un brillo distintivo en las áreas emisoras de luz. Los LED rojos pueden anular todas las medidas para ocultar la vigilancia.
Un desplazamiento de la línea de generación a la región de 940 – 950 nm conduce a una disminución en la intensidad del brillo visible de las áreas emisoras con un cambio simultáneo en el color del brillo a cereza oscuro.
Aparentemente, la menor visibilidad del resplandor se debe principalmente a que el componente visible se acerca al límite de sensibilidad del ojo (750 nm).
Esto también lo confirma el color del resplandor, mediante el cual se puede evaluar el componente visible como cercano a 600 nm y 700 nm, respectivamente, para emisores con longitud de onda de 870 – 880 nm y 940 – 950 nm.
Durante mucho tiempo, muchos expertos intentaron explicar el fenómeno del brillo visible de los diodos IR por el hecho de que la parte de alta frecuencia del espectro de radiación principal cae en el área sensible del ojo.
Según el principio de funcionamiento, un LED es una fuente bastante monocromática, cuyo ancho de espectro en el nivel 0,5 no supera los 30 – 40 nm. En este caso, no es necesario contar con “colas” extendidas del espectro que podrían caer en el área de sensibilidad del ojo.
Además, la percepción del color de cualquier observador cualificado contradecía estas suposiciones.
Al mismo tiempo, los espectrogramas suministrados por los fabricantes no contenían líneas de emisión extrañas.
Fig. 1.
Las mediciones especiales del espectro de emisores basadas en la matriz LED IR-6 con una longitud de onda de generación de 880 nm, realizadas en un espectrómetro modernizado, registraron sin ambigüedades el segundo máximo en la región de 600 nm, que es aproximadamente 0,0074 de la intensidad máxima. de la radiación principal a una longitud de onda de 870 — 880 nm.
La radiación con esta longitud de onda tiene un color rojo brillante. Al parecer, el mecanismo de aparición del segundo máximo para los emisores de 940 y 950 nm es similar. Esto se confirma indirectamente por el cambio del componente visible del brillo al color cereza.
En la figura. La Figura 1 muestra la posición relativa de las características espectrales de la matriz CCD (I), los espectros principales de los emisores IR con una longitud de onda de 880 nm (II) y 950 nm (III) y los espectros del componente visible parásito (II'). ) y (III') para cada emisor.
Cuando se utilizan iluminadores IR, es bastante difícil determinar la potencia de iluminación requerida para crear la iluminación requerida en el objeto de observación.
El fabricante normalmente normaliza el consumo de energía, el rango de retroiluminación y el patrón de radiación del iluminador IR.
En este caso, el ángulo de apertura del patrón de radiación suele normalizarse al nivel de la mitad de la potencia máxima. El rango de iluminación dado supone una indicación simultánea de la sensibilidad de la cámara, la resolución y la relación señal-ruido de la imagen resultante.
El criterio para la calidad mínima de la imagen es la distinción clara del límite estacionario de los campos blanco y negro en el nivel de ruido
.Las dificultades para estandarizar la iluminación IR, la insuficiencia de las características especificadas, así como los frecuentes casos de discrepancia entre las características reales y las declaradas, llevaron a una amplia difusión del método experimental de selección de iluminadores IR en condiciones reales directamente en el lugar de instalación.
La falta de información sobre la potencia de radiación no permite determinar la densidad de potencia en el objeto.
La medición directa de la potencia IR es difícil debido a la baja disponibilidad de medidores de potencia óptica. Pero incluso si estuvieran disponibles, las mediciones directas son problemáticas debido a la inconsistencia entre las grandes aperturas de los haces de luz de los iluminadores y las ventanas de entrada de los fotodetectores de medición. Con suficiente precisión para la práctica, es posible estimar la potencia emitida a partir del consumo de energía del iluminador, teniendo en cuenta h (eficiencia) de los LED modernos, que no supera el 20 — 25%.
El patrón de radiación de los iluminadores LED IR, salvo raras excepciones, está formado por los focos integrados de los propios LED y tiene forma de cono. El valor del ángulo de apertura de la característica se normaliza, por regla general, a un nivel de 1/2 con respecto al máximo ubicado a lo largo del eje del haz de luz. En la figura se muestran ejemplos de características direccionales típicas con ángulos de 40 y 80 grados angulares. 2 y 3. Dentro de los límites del nivel 1/2, se emite prácticamente del 65 al 80% de la potencia total, dependiendo del diseño del foco, la presencia de un reflector adicional y el ángulo de apertura de la característica.
Fig. 2.
La sensibilidad de las cámaras de televisión, al igual que otros dispositivos óptico-electrónicos que operan en la región de la luz visible, está normalizada por la iluminación (lx) o el flujo luminoso (lm), valores fotométricos que caracterizan el efecto de la luz visible en el ojo humano. El flujo luminoso es la potencia de la radiación luminosa, estimada por su efecto en el ojo.
En el caso general, el flujo luminoso de una fuente de luz con densidad espectral uniforme en el rango l 1 — l 2 es igual a:
donde: k = 683; Рl – potencia de radiación en la longitud de onda l; y es una función de la visibilidad del ojo.
Para radiación monocromática con la máxima sensibilidad del ojo (l = 555 nm) para una potencia de radiación de 1 W, el flujo luminoso será 683 lm.
La iluminación de una superficie (E) es la relación entre el flujo luminoso (F) que incide sobre ella y su área (S). Para una fuente suficientemente distante, la onda de luz puede considerarse plana. En este caso, cuando la luz incide sobre la superficie en un ángulo j, la expresión para el valor de iluminación promedio tiene la forma:
Teniendo en cuenta la relación anterior para la radiación monocromática con máxima sensibilidad, anotamos la expresión para la iluminación mediante el poder de la radiación luminosa:
Cuando se utiliza iluminación IR para videovigilancia, se puede considerar que la fuente de infrarrojos es de banda bastante estrecha y monocromática. Es decir, con suficiente precisión para la práctica, podemos considerar toda la potencia del emisor concentrada en el máximo de sus características espectrales. Por analogía con la interpretación de la interacción de la luz blanca y monocromática con el ojo humano, evaluaremos la creación de una iluminación equivalente mediante iluminación IR para la matriz CCD de una cámara de televisión, teniendo en cuenta su sensibilidad en la región espectral de la iluminación. . La característica espectral típica promedio de la sensibilidad de la matriz CCD (I) se muestra en la Fig. 1.
El gráfico muestra que la sensibilidad de las cámaras de televisión para líneas de generación de emisores IR LED comunes con una longitud de onda de 880 nm (II) y 950 nm (III) es de aproximadamente 14 y 5% del máximo, respectivamente.
El área del punto de luz sobre un objeto se calcula de forma simplificada utilizando la expresión conocida para el área de la base del cono, en este caso la de luz, teniendo en cuenta el rango de iluminación L y el ángulo de apertura plano de el patrón de radiación a.
Para simplificar, supongamos que la ubicación del eje del haz de luz y el plano del objeto iluminado son ortogonales. La iluminación equivalente promedio en el punto de luz de la radiación IR dentro de la densidad de potencia de 0,5 del máximo para diferentes longitudes de onda se puede estimar a partir de la siguiente expresión:
dónde:
Рpotr – consumo de energía del iluminador de infrarrojos, W;
h – eficiencia del iluminador (» 0,2);
Kl – para 880 nm» 0,14; para 950 nm » 0,05;
Ka – de 0,65 a 0,8;
L – rango, m;
a – ángulo de apertura plano del patrón de radiación, ang. grados
Por supuesto, la estimación resultante será muy aproximada, sin embargo, incluso revelará inconsistencias obvias con los parámetros declarados, que a menudo se encuentran en el mercado de iluminadores IR.
En En conclusión, se puede afirmar que los dispositivos de iluminación IR son un medio eficaz para proporcionar videovigilancia encubierta en condiciones de poca luz utilizando cámaras de televisión estándar. Los fabricantes nacionales de estos productos, si no en términos de volumen de producción, sí en términos de soluciones de diseño, parámetros técnicos alcanzados y, por supuesto, precios, ahora pueden competir seriamente con las mayores empresas extranjeras.