D. Karneev.
Cámara termográfica. La elección de un profesional (MiB nº 6/2007)
«Paz y seguridad» No. 6, 2007
¡No puedes ocultar tu calidez!
Si hay un intruso, ¡entonces está cálido!
Nosotros, los profesionales de la seguridad, contamos con una gran cantidad de equipos técnicos en nuestro haber: desde cámaras hasta tarjetas de identificación. Utilizamos diversos sistemas para controlar el acceso a la empresa que protegemos, sin permanecer al margen del progreso tecnológico y las nuevas novedades en nuestro campo. Entonces, escribo este artículo para contarles que tenemos un nuevo juego: ¡cámaras térmicas de seguridad! Primera parte. Hay un nuevo jugador en la ciudad
A diferencia del ojo humano, las cámaras termográficas no utilizan luz visible para formar imágenes; las cámaras termográficas utilizan calor. Esto les da una ventaja particular sobre las cámaras diurnas y de bajo nivel cuando la iluminación no es práctica, es costosa o se requiere un mayor alcance. Durante muchos años, las cámaras termográficas han sido muy caras y se ha intentado eliminar su necesidad creando dispositivos menos costosos y menos capaces: dispositivos de visión nocturna y cámaras con iluminadores infrarrojos. ¿Por qué? Con cámaras termográficas de alta calidad disponibles en el mercado y con un precio de 5.000 a 10.000 dólares, nos quedaremos cortos si no entendemos claramente esta tecnología, y quienes nos pagarán para garantizar su seguridad serán pocos.
¿Por qué me importa?
La respuesta simple a esta pregunta es… alcance. En este negocio, el alcance es el equivalente al tiempo: tiempo para reaccionar, tiempo para tomar una decisión, tiempo para responder. Las cámaras termográficas de seguridad detectan constantemente los más mínimos cambios en el calentamiento de todo lo que nos rodea. Esta energía térmica es mucho más fácil de detectar a largas distancias que la luz visible, lo que proporciona a las cámaras termográficas una ventaja directa. En la figura 1
la cámara termográfica muestra claramente que alguien quiere entrar por la puerta del coche. En la figura 2 se muestra un pequeño barco. Las imágenes correspondientes de una cámara de infrarrojos y un dispositivo de visión nocturna muestran sus capacidades desde una distancia de 150 m.
Pero las ventajas de las cámaras termográficas no terminan ahí. Las cámaras termográficas no sólo ven más lejos, sino que también son inmunes a la mayoría de las contramedidas disponibles para aquellas que contrarrestan las armas basadas en luz visible o reflejada: el camuflaje. ¿Por qué? La respuesta es simple: no puedes ocultar tu calor.
La cámara con el iluminador IR estaba a menos de 150 m de una persona vestida con ropa oscura en un cielo sin luna. noche. El resultado es decepcionante. Lo mismo ocurre con un dispositivo de visión nocturna: el resultado es cero. Pero la cámara termográfica detecta fácilmente al intruso.
Por supuesto, se puede decir que con una cámara con iluminación de infrarrojos se puede identificar mejor a un intruso que con una cámara termográfica. Esto es cierto, pero piénselo, si el intruso está tan cerca que puede identificarlo, entonces es posible que tenga que buscar un nuevo trabajo y es posible que el intruso ya esté comiendo en su cafetería. ¡Utilice una cámara termográfica e identifique al delincuente mientras está esposado!
Las cámaras termográficas de seguridad son muy útiles en los casos en que obligan a las cámaras de otras tecnologías a competir sólo por el segundo lugar. Las grandes empresas suelen tener zonas sin vallas y zonas sin iluminación por motivos económicos y de otro tipo. Las cámaras térmicas ven lo suficientemente lejos como para que esto sea una «obviedad» y hacen el trabajo por menos dinero que construir la infraestructura para cámaras de bajo nivel y cámaras con iluminación IR.
¿Cómo funciona?
Puede parecer increíble, pero esto no es nanotecnología ni industria espacial. Las cámaras termográficas funcionan con patrones naturales simples.
Vemos luz reflejada. Las cámaras con iluminadores de infrarrojos, los dispositivos de visión nocturna y el ojo humano funcionan según el mismo principio: la radiación luminosa incide en algo y se refleja. Luego, el detector recibe la onda reflejada y la convierte en una imagen. La capacidad de cualquier detector, ya sea un ojo o una cámara, para crear una imagen depende directamente de la cantidad de luz disponible.
Fig. 3. Por la noche no hay luz solar que se refleje en todos los objetos, por lo que estamos limitados a la luz de las estrellas, la luna y la iluminación artificial. Si no hay suficiente luz, es difícil ver. Las cámaras con iluminadores de infrarrojos compensan esto emitiendo energía que se refleja en todo lo que está en el campo de visión de la cámara y regresa para crear este patrón de imagen. Desafortunadamente, como resultado, tenemos serias limitaciones de alcance, ya que los iluminadores IR con energía resonante son débiles y su alcance, basado en el reflejo de la energía luminosa, está determinado por la potencia de la energía reflejada.
¿Por qué? Piénselo: la energía emitida por estos pequeños emisores debe alcanzar el objetivo y regresar antes de que la cámara tenga la oportunidad de detectarlo. Desafortunadamente, los fotones emitidos de mala calidad simplemente no tienen ninguna posibilidad de volar a más de 150 m. Cuando alcanzan su objetivo, ya han sufrido lo suficiente y simplemente desaparecen en el éter. (Por cierto, si instala iluminadores de infrarrojos lo suficientemente potentes como para actuar como cámaras termográficas, es posible que pueda convertir su negocio en un microondas).
Al igual que sus ojos, las cámaras con iluminadores de infrarrojos funcionan detectando la luz reflejada. Al igual que los ojos, las cámaras con iluminadores de infrarrojos obtendrán una mejor imagen si el sujeto contrasta con el fondo. Si un objeto no contrasta, no lo ves. ¿Conoces otra palabra para esto? Camuflaje. Por supuesto, el camuflaje reduce inherentemente el contraste aparente entre un objeto y el fondo que lo rodea.
Las cámaras termográficas no sufren ninguna de estas desventajas. En primer lugar, no tienen nada que ver con la luz reflejada: ven el calor de todo lo que tenemos en nuestro planeta (¡De verdad!). Todo lo que ves en tu vida diaria genera energía térmica, de día y de noche, con buen o mal tiempo. Piénsalo: estás sentado leyendo este artículo y, mientras tanto, estás creando una maravillosa imagen térmica de ti mismo.
Imágenes térmicas de personas, Los coches, edificios y otros objetos durante la noche tienen un contraste aún mayor que durante el día. Durante el día, las cámaras termográficas simplemente funcionan y realizan su servicio viendo las diferencias más pequeñas de temperatura en los objetos, y por la noche funcionan de manera excelente. ¡Ahora ya sabes que no todos los gatos tendrán canas por la noche!
Entonces, ¿qué aprendimos hoy? Aprendimos que los dispositivos de visión nocturna y las cámaras con iluminadores IR tienen serias limitaciones de alcance y esto se aplica a todos estos productos, ya que se basan en la percepción de la radiación luminosa reflejada. También nos dimos cuenta de que estas cámaras funcionan peor cuando realmente las necesitamos: ¡de noche! Por otro lado, las cámaras termográficas son independientes de la luz, funcionan para recibir radiación térmica y funcionan mejor cuando más las necesitamos.
Y finalmente, las más Más importante aún, aprendimos la palabra principal que describe un objeto sin cámaras termográficas protegiendo su perímetro: «objetivo».
Segunda parte. Hay discordia entre los jugadores.
Actualmente, las cámaras termográficas han ganado gran popularidad entre los profesionales de la videovigilancia, ya que, debido a la reducción sistemática de su coste, permiten resolver problemas complejos con una altísima eficiencia y una elevada relación coste/efectividad.
Sin embargo, una cámara termográfica no es lo mismo que una cámara termográfica y hay una serie de características importantes que se deben tener en cuenta al elegir el equipo, junto con los enfoques estándar utilizados al elegir el equipo de videovigilancia. Intentemos descubrir qué es qué analizando constantemente lo que ofrece el mercado ahora, tomando como base los principios fundamentales de la teoría de la termografía y el sentido común del comprador e integrador.
Las cámaras termográficas y los sistemas con cámaras termográficas existentes se pueden dividir en las siguientes clases:
• Cámaras termográficas estacionarias
• Cámaras termográficas giratorias
• Sistemas giratorios multicanal
Antes de considerar las clases designadas de dispositivos, describa algunos principios teóricos que ayudarán a evaluar la calidad del canal de imágenes térmicas como tal y luego, sobre esta base, evaluar la productos terminados.
La cámara termográfica, al igual que otros dispositivos óptico-electrónicos, consta de 3 bloques principales: lente, matriz y unidad electrónica. Las lentes de las cámaras termográficas están hechas de germanio, ya que este material transmite longitudes de onda infrarrojas de onda larga, se puede mecanizar y es lo suficientemente resistente como para funcionar en sistemas de seguridad.
¿Cuáles son los principales parámetros de una cámara termográfica a los que debería prestar atención? ¿La lente es atérmica y su relación de apertura? Si la lente es atérmica, cuando cambie la temperatura ambiente, la imagen permanecerá enfocada. Abertura. Es más difícil aquí. Una lente más rápida te permitirá tener una imagen de contraste con una matriz poco sensible, pero una lente más lenta proporcionará una mayor profundidad de campo. Matriz. Aquí es necesario observar la resolución, la sensibilidad, el material del detector, la presencia (es mejor no tener uno) de un refrigerador termoeléctrico y el rango de temperatura de funcionamiento. Actualmente, el estándar de facto para la resolución de las matrices de cámaras termográficas es 320×240 píxeles. Sin embargo, hay cámaras con una resolución de 160×120 o 640×480 y aún más, las matrices de 640×480 no son muy comunes debido al costo aún muy alto, y las matrices de 160×120 prácticamente ya no se usan (aunque se venden) ya que proporcionan imágenes de obviamente peor calidad que las matrices con una resolución de 320×240 a un costo comparable. Si una cámara termográfica de 160×120 es significativamente más barata que un dispositivo de 230×240 para proporcionar el rango requerido, entonces esta también es una opción adecuada. Tenga en cuenta que las entradas indicadas sobre resoluciones de matrices se aplican a matrices no refrigeradas (microbolómetros, ferroeléctricos). Matrices enfriadas y “reglas” — esta es una clase separada.
Cámaras termográficas estacionarias.
Criterios de selección: sensibilidad, resolución de matriz, elección de lentes, clase de rendimiento, interfaces de conexión y control, rangos de temperatura de funcionamiento y almacenamiento.
Describamos una cámara termográfica que se adaptaría idealmente a nuestras condiciones rusas. Sensibilidad: cuanto más sensible, mejor. Las mejores muestras del mercado proporcionan una sensibilidad de aproximadamente 0,035ºС. Resolución: al menos 320×240 píxeles. Falta de refrigerador termoeléctrico. Lente atérmica. El rango de temperatura de funcionamiento para la zona media es de -30…+50ºС, para el norte y el este del país – -50…+50ºС. Se debe prestar especial atención a la temperatura de almacenamiento, ya que los detectores de imágenes térmicas son sensibles a los efectos de las temperaturas negativas y se degradan cuando se almacenan en condiciones inferiores a sus especificaciones. Los dispositivos basados en matrices a base de óxido de vanadio – VOx (-50…+80ºС) tienen el rango de temperatura más amplio. El dispositivo debe entregarse en una carcasa, ya que las carcasas estándar para cámaras termográficas no son adecuadas debido a que el vidrio de una cámara termográfica es como un espejo para una cámara de vídeo. Las cámaras termográficas utilizan ventanas de entrada especiales que transmiten un rango de infrarrojos de onda larga. Si la cámara termográfica tiene capacidades de control, entonces se deben admitir interfaces y protocolos estándar, como RS422/485 y al menos Pelco-D, como uno de los protocolos más comunes. Los fabricantes más responsables ofrecen soluciones llave en mano, donde los instaladores solo conectan los conectores de la cámara termográfica, sin necesidad de que I+D busque carcasas especiales y convertidores de interfaz.
Cámaras termográficas giratorias.
Criterios de selección: Canal de imágenes térmicas: igual que para las cámaras termográficas estacionarias. Dispositivo giratorio: si se selecciona un sistema complejo de cámara termográfica y dispositivo giratorio, en lugar de simplemente una cámara termográfica estacionaria que el usuario instaló en un dispositivo giratorio familiar, lo más probable es que existan requisitos que sean difíciles de resolver utilizando dispositivos giratorios estándar. Estos pueden ser ángulos de rotación, velocidad de rotación, precisión de posicionamiento, incremento mínimo de rotación. Todo el sistema suele tener requisitos de transmisión y gestión de vídeo. Es mejor dar preferencia a los sistemas que implementan protocolos de control estándar para dispositivos PTZ, y el dispositivo giratorio tiene anillos colectores, lo que le permite crear sistemas sin un haz de cables que van desde la parte inferior del dispositivo giratorio hasta la cámara termográfica. Los sistemas integrados de cámara termográfica, cámara de vídeo y PTZ son cada vez más populares. Aquí, a los requisitos enumerados, es necesario agregar la capacidad de hacer zoom en la cámara de video, ya que esto aumenta las capacidades tácticas del sistema. Por ejemplo, una cámara termográfica puede detectar algo a gran distancia y la lente de zoom de una cámara de video puede acercar este objeto para detallar la imagen. En realidad, una cámara de vídeo sin lente de zoom en un dispositivo giratorio plantea serias dudas sobre su eficacia en toda el área operativa del sistema.
Sistemas giratorios multicanal.
Los sistemas giratorios multicanal son sistemas con dos o más canales ópticos en un dispositivo giratorio. Como regla general, se trata de una cámara termográfica y una cámara de video con lente de zoom, a la que se puede agregar: un telémetro láser, un canal de bajo nivel, un canal de pulso activo. En la mayoría de los casos, estos sistemas están equipados con cámaras termográficas refrigeradas instaladas en plataformas giratorias especializadas, que combinan alta velocidad de rotación con baja velocidad, alta precisión de posicionamiento con alta capacidad de carga, y los sistemas más avanzados incluyen un servidor de control y digitalización/compresión de vídeo. . Esta es una clase de dispositivos extremadamente interesante y los veremos con más detalle en la próxima publicación.
En conclusión, me gustaría decir que las cámaras termográficas Ya han entrado en el círculo de dispositivos técnicos que han comenzado a utilizarse activamente para organizar la videovigilancia y la protección perimetral de objetos. Y esto es sólo el comienzo. ¡La bola de nieve acaba de empezar a rodar montaña abajo y pronto estará aquí!
Dmitry Vladimirovich Karneev
Jefe del departamento de sistemas de seguridad
Pergam-Engineering OJSC »