Iluminación infrarroja para vigilancia televisiva.

Iluminación infrarroja para vigilancia televisiva.

Chura Nikolay Iosifovich

ILUMINACIÓN INFRARROJA PARA VIGILANCIA POR TV

Fuente: revista «Equipos especiales»

La vigilancia televisiva para garantizar la seguridad implica obtener una imagen satisfactoria del objeto en cualquier condición de iluminación.

Esto se aplica tanto a espacios cerrados con la iluminación apagada o en funcionamiento, como a objetos al aire libre, independientemente de la ubicación de la zona de observación, la hora del día y las condiciones climáticas.

Cuando se utiliza televisión estándar equipamiento, el uso de iluminación artificial.

Pero incluso en el caso de sistemas de visión nocturna altamente sensibles, especiales y relativamente caros, que permiten la vigilancia televisiva con una iluminación de aproximadamente 0,001 lux, incluso una iluminación ligera puede aumentar significativamente el contraste y la resolución de la imagen.

Casi todas las cámaras de televisión modernas están fabricadas sobre la base de matrices CCD fotosensibles. X

Las características de la sensibilidad espectral de la matriz, optimizadas según la curva de sensibilidad del ojo, se presentan en la Fig. 1, lo que permite reproducir con bastante exactitud el brillo relativo de los fragmentos de imágenes coloreadas. en blanco y negro.

La Figura 2 muestra una familia de características típicas de la sensibilidad espectral de algunas matrices CCD de SONY.

En muchos casos, lo óptimo es utilizar iluminación artificial convencional en el rango visible. Esto es preferible, aunque sólo sea porque permite que la cámara funcione a su máxima sensibilidad (555 nm).

Pero hay una serie de tareas de videovigilancia encubiertas y en este caso es natural utilizar una iluminación que es invisible al ojo.

Además, esto a menudo no está asociado con ninguna operación especial. Lo que pasa es que la luz de fondo oculta no llama la atención sobre la cámara de televisión oculta, lo que permite resistir con más éxito o, más bien, evitar ser notado por los «vándalos intelectuales» modernos.

Fig. 1. Características de la sensibilidad espectral de la matriz, optimizada según la curva de sensibilidad del ojo.

Fig. 2. Una familia de características típicas de la sensibilidad espectral de algunas matrices CCD de SONY.

Es necesario destacar dos casos de uso de iluminación infrarroja (IR).

En el primer caso se requiere como máximo la invisibilidad del flujo luminoso disperso o reflejado de forma difusa, pero es aceptable el brillo desenmascarante de las propias fuentes de radiación. En este caso, es posible utilizar emisores con longitudes de onda de 920, 880 e incluso 850 nm.

En el segundo — Se requiere una invisibilidad absoluta del emisor, incluso con observación visual directa a corta distancia.

Para ello se utilizan emisores con una longitud de onda de 940-950 nm

Debería Cabe señalar que, a pesar del límite de sensibilidad de los ojos de 700-750 nm, cualquier observador después de 5-10 minutos. en completa oscuridad, distingue claramente los emisores luminosos incluso con una longitud de onda de 920-940 nm, una potencia de 20-40 mW con dimensiones angulares de hasta 1,0 minutos de arco.

El mecanismo de este fenómeno no está del todo claro y, aparentemente, se debe a la increíblemente alta sensibilidad del ojo adaptado. Naturalmente, la visibilidad de los emisores depende de la densidad de potencia de la radiación que ingresa al ojo del observador.

Todas las fuentes de luz infrarroja para videovigilancia se pueden dividir en dos grupos, que difieren en su propósito y, en consecuencia, en características y diseño.

Entre las fuentes conocidas y extendidas desde hace mucho tiempo se incluyen varios focos, faros y linternas de infrarrojos diseñados para iluminar objetos de vigilancia, tanto en exteriores como en interiores.

El secreto de la retroiluminación está garantizado sólo en condiciones de oscuridad, e incluso entonces, para varios emisores — sólo a una distancia suficientemente larga, debido a un brillo significativo en la región roja del espectro. Además, su apariencia está claramente asociada a un elemento de iluminación. Como opción para una iluminación completamente oculta mediante iluminadores, es posible crear un flujo luminoso difuso desde el techo o pantallas especiales con reflexión difusa.

Para estos casos se utilizan iluminadores gran angular con ángulos de radiación de hasta 80-90° son los más efectivos. Los iluminadores se ubican detrás de cornisas, vigas y otros elementos que los ocultan a la vista del observador.

Los más famosos de estos dispositivos son los iluminadores con lámparas incandescentes. Su eficiencia es bastante alta debido al máximo espectral en la región de 1,0 micrones para un emisor de tungsteno con una temperatura de 2800-3000 ° C.

La Figura 3 muestra un gráfico típico de la densidad espectral de un tungsteno. lámpara incandescente. Utilizan principalmente lámparas halógenas para bicicletas que tienen un reflector incorporado o separado.

Los focos, por regla general, tienen una carcasa impermeable con aletas de refrigeración y soportes sencillos para montar y orientar en elevación. Están disponibles con una tensión de alimentación de 220, 110, 24 o 12 V.

Para resaltar la región IR y suprimir la parte visible del espectro de radiación, se utilizan filtros de dispersión basados ​​en gafas IR (gafas IR).

La Figura 4 muestra las características espectrales de una serie de gafas IR. En casos raros, es posible utilizar filtros de interferencia para resolver problemas especiales, pero el alto costo, la durabilidad limitada y la baja eficiencia en haces divergentes de fuentes térmicas incoherentes limitan significativamente su uso.

Fig. 3. Gráfico típico de la densidad espectral de una lámpara incandescente de tungsteno.

Fig. 4. Características espectrales de la serie ICS.

A modo de ejemplo, en la Tabla 1 se presentan las características técnicas de los proyectores de las series IR VEDEOSYS INTERNATIONAL y N5-1000 Hi-Harp

Tabla 1

Con la llegada de los LED potentes y eficientes, los iluminadores IR semiconductores se utilizan cada vez más.

Sus principales ventajas en comparación con las lámparas incandescentes incluyen un gran brillo espectral. en la longitud de onda operativa, una vida útil significativamente más larga, que alcanza las 100 mil horas, y un menor costo (teniendo en cuenta los costos operativos).

El principal problema técnico de los iluminadores IR semiconductores es garantizar una eliminación efectiva del calor de la almohadilla LED.

La corriente permitida y el flujo luminoso de un solo emisor y, en consecuencia, el número total requerido de LED y, en última instancia, , las dimensiones dependen de esto y del costo de todo el iluminador.

Por ejemplo, las Tablas 2, 3 y 4 presentan las características de algunos iluminadores IR de producción nacional y extranjera.

Para los productos rusos, los ángulos de radiación se determinan a un nivel de 0,5 de la densidad de potencia máxima.

El rango de retroiluminación se estima como el umbral para reconocer un campo blanco sobre negro para una cámara de televisión con una sensibilidad de 0,1 lux en el objeto.

Tabla 2

Tabla 3

Los focos de la serie Luna son interesantes por la presencia de un estabilizador de corriente incorporado, lo que garantiza una baja dependencia del flujo luminoso de la tensión de alimentación, la longitud de la línea (resistencia de accionamiento) y el número de emisores activos (en caso de fallo parcial).

Tabla 4

Los modelos IKP-40 e IKP-100 están equipados con un estabilizador de corriente y, por lo tanto, tienen un flujo luminoso fijo en el rango de voltajes y temperaturas de funcionamiento.

El rango de longitud de onda de 850-960 nm para los productos enumerados en la Tabla 4 significa que el fabricante utiliza LED para una de las longitudes de onda de este rango en muestras específicas.

Cuando se utilizan iluminadores IR semiconductores, es necesario tener en cuenta el valor real de la longitud de onda, es decir, el efecto del cambio en la sensibilidad de la cámara y el rango de iluminación resultante. La Figura 5 muestra las características espectrales de una matriz CCD típica y diodos IR.

Fig. 5. Características espectrales de una matriz CCD típica (I) y diodos IR (II, III).

Los fabricantes nacionales, por regla general, ofrecen una gama de rangos máximos. Por un lado, esto se debe a la incertidumbre de la metodología de estandarización, por otro lado, — dependencia significativa de la iluminación recibida de las características reflectantes del objeto de observación y del paisaje circundante en la longitud de onda operativa.

En cualquier caso, la iluminación con radiación IR tiene algunas características. Se trata de una imagen borrosa notable debido a un cambio en la distancia focal en el rango de infrarrojos cuando se usan lentes estándar y una disminución del contraste como resultado de nivelar los coeficientes de reflexión y absorción de varios materiales bajo iluminación monocromática de banda estrecha.

En los casos más simples, para eliminar el efecto de desenfoque con la iluminación IR, puede limitar el rango espectral de la cámara a la región IR instalando un filtro IR delante de la lente.

Sin embargo, para mantener el características requeridas durante el día, la cámara debe tener una reserva de sensibilidad casi diez veces mayor. Naturalmente, es más eficaz utilizar ópticas especiales de banda ancha.

Además de los focos basados ​​​​en elementos discretos, se han generalizado los emisores de pequeño tamaño basados ​​​​en matrices LED de seis elementos con una tensión de alimentación de 12 V. Los LED matriciales están soldados sobre una única base metálica, conectados en serie y equipados con un soporte incorporado. -en resistencia de balasto.

Se fabrican toda una gama de productos emisores en varios diseños y con ángulos de radiación de 160, 120, 40 y 20°.

Equipados con un radiador, los emisores se utilizan como focos en miniatura o se integran en elementos estructurales de edificios o equipos para iluminación oculta. Las características técnicas de los emisores se resumen en la Tabla 5, la apariencia de los productos se muestra en la Foto 1.

Tabla 5

Foto 1. Aspecto de los emisores basados ​​en matrices LED de seis elementos.

En los últimos años, en nuestro país se han utilizado cada vez más dispositivos de iluminación IR especializados con apariencia de camuflaje (patente RF nº 2134906).

La razón principal de esto es, en nuestra opinión, la lucha contra el vandalismo doméstico. y, ya y posteriormente, los requisitos para el secreto de la vigilancia en sí.

Estos dispositivos no han encontrado un uso generalizado en la práctica de los países desarrollados.

Aparentemente, esto se debe al carácter general respetuoso de la ley de los ciudadanos, y posiblemente también a deficiencias en la educación técnica.

¿De qué otra manera se puede explicar el nombre «iluminación IR oculta» para los LED IR que brillan claramente detrás de la pantalla? ventana de plástico transparente del videoportero.

Una de las opciones para un dispositivo de iluminación con retroiluminación oculta “a prueba de vandalismo” para una cámara de televisión es un panel plano en el que los emisores están ocultos detrás de un filtro de luz infrarroja que es opaco en la región visible. En este panel se coloca una inscripción, pictograma o número de apartamento u oficina.

Los elementos de inscripciones, pictogramas, números o señales están ubicados de tal manera que no bloqueen la radiación. El panel con filtro IR es negro, lo que limita un poco su uso. En superficies claras y blancas se puede utilizar una placa con un filtro de color lechoso, pero en este caso las pérdidas por radiación pueden alcanzar el 30-50%.

Otra opción para un dispositivo de iluminación de camuflaje tiene la forma de un perno y una varilla roscada, en cuyos extremos se instalan emisores.

La foto 2 muestra iluminadores IR en forma de un número de apartamento, un perno y un semental. En la foto 3 — su imagen de televisión está encendida.

Foto 2. Iluminadores IR en forma de número de apartamento, perno y montante.

Foto 3. Imagen de televisión de iluminadores IR en activado.

Las características técnicas de los emisores de camuflaje se resumen en la Tabla 6.

Tabla 6

En conclusión, podemos afirmar que la iluminación IR es un factor importante para aumentar la eficacia de la videovigilancia encubierta en condiciones de poca luz, así como un medio para combatir la luz de fondo.

Los iluminadores LED semiconductores se utilizan cada vez más como fuentes de radiación, especialmente para la iluminación oculta en la zona cercana.

En tales situaciones, sólo son aplicables fuentes camufladas especializadas que operan a una longitud de onda de no más de 940 — 950 nm.