Инфракрасное освещение для камер видеонаблюдения

Сфера применения

Сегодня ИК-светодиод можно встретить почти всюду.

В бытовой технике. Пульты для дистанционного  управления (ПДУ), лазерные принтеры, компьютерные «мыши», CD проигрыватели и т. д.

В системах охраны. Организация невидимого тревожного заграждения, невидимая подсветка объектов для камер ночного видеонаблюдения.

Организация светодиодного заграждения (направление невидимого ИК излучения показано условно)

В военной сфере. Невидимые невооруженным глазом лазерные ИК-прицелы, системы наведения управляемых ракет, дальномеры, прожекторы для приборов ночного видения.

В медицине. Пульсометры, тонометры, термометры, приборы для лечения и профилактики кожных и простудных заболеваний, сканеры, приборы лазерной хирургии и многое другое.

В промышленном оборудовании. Датчики движения и подсчета, дефектоскопы, дальномеры, ИК-уровни и отвесы, устройства передачи информации по оптическим линиям связи, источники для накачки мощных твердотельных лазеров.

Разновидности и особенности ИК подсветки

Человеческий глаз воспринимает световые волны длиной от 400 до 700 нм, тогда как камера видеонаблюдения из средней или нижней ценовой категории, лучше всего «чувствует» свет в диапазоне от 650 до 750 нм. Устройства подсветки излучают волны длиной 730-950 нм, то есть выходящие за пределы чувствительности глаза и достаточные для камер видеонаблюдения.

Подсветка в нижнем диапазоне минимально ощущается человеком (видно тусклое свечение) и позволяет осветить большое пространство для камер. Волны большой длины не влияют на глаз, но способствуют освещению значительно меньшей площади.

Существуют два типа ИК подсветки: диодные и ламповые.

Светодиодные ИК прожекторы – конструкция устройств достаточно проста и напоминает ламповые прожекторы. Преимуществами диодов является меньшее энергопотребление (не более 36 Вт/ч), продолжительный срок службы, меньшая стоимость и полная безопасность для человека.

Более дешевыми, но менее экономичными являются ламповые устройства, также разделяющиеся на виды, в их числе:

• инфракрасные излучатели – источники света (лампа накаливания), покрытые специальным фильтрационным составом, пропускающим волны длиной от 730 до 800 нм. При работе ламп виден источник излучения, они потребляют значительное количество энергии и служат в среднем полгода;
• прожекторы с инфракрасным светофильтром – лампа накаливания помещается внутри устройства, имеющего единственную поверхность пропускающую свет. Прожектор оборудован светофильтром, препятствующим прохождению волн короче заданной длины (как правило, 950 нм). Такие устройства имеют стандартные недостатки ламповой подсветки, потребляют около 300-500 Вт/ч и освещают пространство малой площади.

Преимущества инфракрасной подсветки очевидны и неоспоримы. Они заключаются в обеспечении достаточного уровня освещенности для нормальной работы камер в темное время суток, без ущерба для комфорта и здоровья человека

При выборе камер с ИК подсветкой или отдельно устанавливаемых прожекторов, важно ознакомиться с их характеристиками и сопоставить их с потребностями

Виды инфракрасных обогревателей

Существует большое количество видов инфракрасных нагревателей. По сути, поверхность, нагретая свыше 60°С – уже интенсивно излучает ИК волны. При этом длина волны обратно пропорциональна температуре поверхности. Инфракрасным называют излучение с длинной волны от 0,74 микрометров до 1 миллиметра. Этот диапазон находится между окончанием красного цвета видимого спектра и невидимой частью микроволнового излучения.

ИК приборы можно классифицировать по нескольким признакам. По используемому источнику энергии:

• электрические (для создания ИК лучей, нагревательный элемент может раскаляться до 900 градусов, как правило, рассчитаны на площадь до 25 квадратных метров);
• газовые (эффективны для обогрева помещений большой площади – ангаров, спортзалов, теплиц).

По типу  нагревательного элемента:

1. Ламповые (получили своё название из-за яркого золотистого свечения при работе. Нагревательный элемент представляет собой нить из хромоникелевого сплава или вольфрама, помещённую в кварцевую трубку из которой откачан воздух. Из-за высокой температуры излучает коротковолновое излучение способное нанести вред здоровью человека, не рекомендуются для жилых помещений).
2. Карбоновые (похожи по конструкции на ламповые устройства, отличие лишь в материале нагревательного элемента – в них применяется карбоновая или углеродная спираль, обладающие меньшей температурой нагрева, в результате чего, данные нагреватели излучают более длинные волны безопасные для человека, обогрев становится мягче и комфортнее).
3. Керамические (в качестве излучающего, инфракрасные волны, элемента выступает керамическая панель большой площади. Нагрев панели до температуры порядка 60°C, осуществляется вмонтированной металлической спиралью. Излучаемый ИК спектр мягкий, безопасный и комфортный для человека, а высокие эксплуатационные свойства керамики, позволяют использовать данные устройства в учебных заведениях и влажных средах).
4. Микатермические (похожи по устройству и спектру излучения на керамические. Излучающим элементом является пластина, покрытая окислами металлов и оболочкой из слюды, нагрев обеспечивает нить из хромоникелевого сплава. Основным отличием от керамических нагревателей является более низкая теплоёмкость нагревательного элемента и как следствие более высокий инфракрасный эффект).
5. Плёночные (наиболее современные источники длинноволнового инфракрасного излучения. Представляют собой плёнку толщиной не более одного миллиметра. Плёночные нагреватели можно размещать под элементами внутренней отделки на стенах, полу или потолке. Являются прекрасным источником распределённого мягкого инфракрасного излучения).

Подразделяются обогреватели и по длине волны:

• коротковолновые (предназначены для обогрева нежилых помещений, ИК излучением с длинной волны 0,74…1,5 мкм, характерным для излучающих элементов с температурой от 600 до 1000)°C;
• длинноволновые (обеспечивают более мягкий нагрев, предназначенный для жилых помещений, свойственный излучающим элементам с температурой до 120°C).

Наибольшее распространение на данный момент получили электрические инфракрасные нагреватели на основе микатермических панелей, ламповых и карбоновых излучающих элементов.

Использование ИК-фонарей в видеонаблюдении

Надо понимать, что электронно-оптический преобразователь (ЭОП) фотокамеры устроен куда проще нашего зрения. Он реагирует только на силу отражённого света от объекта. Если нет света, то нет и изображения. Для получения изображения необходим определённый уровень освещённости наблюдаемого объекта. Современные ЭОП начинают видеть при освещённости от 0,0005 люкса. На рис. 2 изображены снимки с инфракрасной подсветкой и без неё (для сравнения).

В дневное время источником света является солнце, свет которого содержит весь известный спектр частот. В тёмное время для видеонаблюдения требуется освещение видимым или невидимым светом. С видимой подсветкой всё понятно, для скрытной применяются инфракрасные фонари. ИК-подсветка используется в основном совместно с приборами ночного видения. К ним относятся:

• монокуляр,
• очки ночного видения (НВ),
• бинокль НВ,
• прицелы НВ,
• двухканальный монокуляр,
• комбинированные и специальные приборы.

На рис. 3 изображён монокуляр ночного видения в разрезе с указанием составляющих деталей.

Есть ли вред для здоровья?

Поскольку излучение с длиной волны меньше видимого спектра опасно для человека (относится к проникающему), можно предположить, что и волны, лежащие ниже видимого спектра, тоже опасны. Это совершенно неверно. Коротковолновое излучение, начиная с ультрафиолета и выше, опасно тем, что оно не только проникает глубоко в ткани, обжигая их, но и обладает ионизирующим свойством, разрушающим клетки организма.

Длинноволновое же не имеет таких свойств. Под ним даже «обгореть» нельзя, как под тем же ультрафиолетом. Оно не влияет на кожу и глаза, не проникает в ткани и совершенно безвредно. Таким образом, пользоваться инфракрасным прожектором абсолютно безопасно.

Виды инфракрасных пленок и технические характеристики

Данный материал от разных изготовителей отличается внешними показателями и техническими особенностями.  Инфракрасные пленки можно разделить на две группы:

• высокотемпературные – разогреваются до 55 градусов, устанавливаются под плитку и керамзитовое покрытие;
• низкотемпературные пленки (Heat-Plus, Rexva Xica и пр.) – разогреваются не более, чем на 27 градусов, подходит для ламината и паркета.

Кроме того, основными различиями считаются:

• показатель мощности;
• максимальный температурный режим нагрева;
• параметры толщины и ширины;
• способ нанесения излучающих элементов – сплошным слоем или полосками;
• сфера применения.

Что представляют собой инфракрасные системы отопления

Работа современных отопительных систем основана на инфракрасном излучении, которое в природе исходит от Солнца. Это невидимый волновой спектр, способный быстро нагревать практически любые объекты. При разработке отопительного оборудования применяется принцип создания волны с длиной от 8 до 14 (иногда до 20) мкм, поскольку этот диапазон наиболее безопасен и близок к тепловому излучению, исходящему от человеческого тела.

Инфракрасные установки способны обеспечивать бесперебойную работу в быту от сети с напряжением 220 В. Основу системы составляет трубчатый электронагреватель (ТЭН) —металлическая трубка, заполненная теплопроводящим электрическим изолятором. Устройство дополняется рефлектором, за счет которого излучение в процессе работы оборудования может исходить в определенных направлениях. Энерговолны отталкиваются от стен и различных объектов в помещении, аккумулируя в нем тепло.

Инфракрасные системы отопления обладают рядом неоспоримых преимуществ:

• широкая область применения: данные приборы могут использоваться при обогреве помещений любого типа.
• высокая скорость нагрева и минимальные тепловые потери после выключения устройства;
• бесшумная и безопасная работа: в процессе нагрева отсутствуют любые вибрации, а также не выделяются продукты горения;
• высокий комфорт для людей и домашних животных: инфракрасное тепло, выделяемое приборами, фактически не отличается от солнечного.

Стоит отметить тот факт, что инфракрасные обогреватели не подвержены воздействию влаги и перепадов температур, за счет чего могут быть установлены и на открытом воздухе, например, на верандах и в беседках. Тем не менее, недостатки у них тоже имеются и включают в себя:

• точечное воздействие инфракрасных лучей: тепло ощущается исключительно в том помещении, где установлен обогреватель;
• сложности с размещением некоторых моделей обогревателей в интерьере помещения;
• высокая стоимость оборудования.

В настоящее время в продаже представлены инфракрасные системы отопления двух видов: пленочные и панельные. Различия между ними заключаются лишь в конструктивных особенностях. Кроме того, имеет значение область применения приборов: для потолочного отопления подходят как пленочные, так и панельные излучатели, а подогрев пола может осуществляться только с использованием оборудования пленочного типа.

Сложные условия освещения

Пожалуй, главная причина использования инфракрасной подсветки — это обеспечение возможности видеонаблюдения в темное время суток. Количество и
качество света определяют качество получаемого изображения. Под качеством света в данном случае подразумевается то, насколько равномерно он распределён в поле
кадра. Если объект плохо освещён — света недостаточно либо он распределён неравномерно, то не стоит ожидать хороших записей от камер видеонаблюдения, даже
если используется отличное оборудование. Часто такие записи просто бесполезны. Несколько примеров позволяют наглядно проиллюстрировать качественное улучшение,
достигаемое посредством инфракрасной подсветки (рис.2).

Рис.2 Качественное улучшение, достигаемое посредством инфракрасной подсветки.
Верхний ряд - подсветка выключена. нижний ряд - подсветка включена

Общее заблуждение касательно инфракрасной подсветки заключает в том, что она не дает никаких преимуществ, когда объект наблюдения освещён (рис.2). Хотя, это
утверждение и верно в целом, истина более сложна и, как обычно, во многом зависит от конкретного приложения и характеристик наблюдаемого объекта. Существуют также
такие специальные приложения, когда применение инфракрасной подсветки оправдано скорее днем, нежели ночью. Но это тема отдельного разговора. Что же касается ночного
видеонаблюдения, то и на искусственно освещённых площадках инфракрасная подсветка позволяет добиться лучшего результата. Инфракрасные прожекторы, как
правило, размещают рядом с камерой и направляют непосредственно на объект наблюдения. Это позволяет выровнять экспозицию кадра и подсветить тени,
создаваемые другими источниками света. Как результат, изображение лучше «читается»: значимые детали лучше различимы.

Основа любой камеры — КМОП или
ПЗС матрица. Именно матрица является светочувствительным элементом. Если есть свет, есть и изображение. Если нет, необходима подсветка. Иначе, матрица не
работает. А что, если свет есть, но его совсем мало или наоборот слишком много? Насколько важным для камеры является количество света?

Большинство современных камер, как было уже сказано, имеют отличные характеристики светочувствительности. В спецификациях указывают 0.1 Люкс и
менее. В то время как производитель камер настаивает на том, что его камера может работать в условиях плохой освещенности, изображение от такой камеры может
оказаться практически бесполезным.

Рассмотрим спектр тонального перехода от белого к черному. В идеале, камера должна передавать все возможные градации яркости сцены наблюдения (рис.3): от полной
темноты глубокой осенней ночи до ослепительного солнца летнего дня. В реальности же, любая камера имеет ограниченный динамический диапазон. И хотя на рынке
существуют камеры с расширенным динамическим диапазоном, такого расширенного динамического диапазона зачастую все же не хватает, чтобы одновременно корректно
передать детали изображения, как в глубокой тени, так и на ярком свету. Попытаемся, например, рассмотреть высококонтрастную сцену, где присутствует и яркий источник
света (точка А) и детали на темном фоне (B).

Рис.3 Спектр тонального перехода от белого к черному

Как правило, камера со стандартными установками покажет только средний тоновый диапазон. Если поколдовать с настройками, можно настроить камеру так, чтобы
сместить этот диапазон в правую сторону тонового спектра, и рассмотреть плохо освещенные детали в тени. Но тогда светлые участки сольются в одно сплошное белое
пятно. Или наоборот, «сдвинуть» диапазон в сторону света, потеряв при этом всю информацию в тенях. Рассмотреть и то, и другое одновременно не получится.
Динамического диапазона не хватает.

Решением проблемы является дополнительная подсветка. Добавляя света, мы подсвечиваем тени, исключаем наиболее темные места объекта наблюдения, обрезаем
тоновую диаграмму справа и, как бы, подстраиваем наше изображение под динамический диапазон камеры. Такая технология помогает как днем, так и особенно
в темное время суток. Однако необходимо отметить, что к подбору источника дополнительного освещения в этом случае необходимо подойти особенно тщательно.
Чем больше диапазон яркости надо компенсировать, тем более мощную, и, главное, тем более равномерную подсветку необходимо обеспечить. Равномерный, заливающий
свет является ключевым условием, так как направленный мощный луч может не улучшить, а даже усугубить ситуацию, увеличивая диапазон изменения яркости,
вместо того, чтобы его уменьшить. Современные высококачественные светодиодные прожекторы позволяют добиться равномерной подсветки, не превышая при этом
разумных значений потребляемой энергии.

Правила эксплуатации и выбор подходящей ИК-лампы

Обогрев поросят

Покупая ИЛ, обратите внимание на несколько характеристик. Цоколь

Для бытового использования удобен стандартный е27. Он чаще всего и встречается

Цоколь. Для бытового использования удобен стандартный е27. Он чаще всего и встречается.

Длина излучаемых волн. Короткие волны проникают дальше и глубже. Длинные  считаются более мягкими по воздействию.

Напряжение. Чаще всего инфракрасные светильники работают от сети 220 В.

Мощность выбирается в зависимости от размеров помещения. 1 кВт рекомендуется для обогрева 10 м2. Если помещение продувается, имеет холодный пол или плохие окна, то показатель мощности на м2 можно увеличить.

Габаритные размеры, наличие зеркального рефлектора, внешний вид.

Для животноводства и растениеводства важна влагостойкость: при поливе рассады и выращивании молодняка вероятны брызги воды, которые могут попадать на нагретую колбу.

Если ИЛ используется в медицинских целях, то стоит соблюдать определенные требования эксплуатации для безопасности человека:

• Перед началом ИК-прогреваний заводят будильник или таймер: расслабившийся человек может заснуть. Время процедур назначается врачом! Обычно сеанс длится 5-10 минут. (Для головы – 5 минут).
• Лампа располагается на расстоянии не менее 30-50 см от кожи.
• Необходимо изменять положение ИЛ относительно тела во избежание ожогов. Если возникает легкое покраснение кожи и жжение, то светильник нужно перемещать или выключать.
• Запрещается смотреть на лампу.
• Перед сеансом не стоит смазывать кожу кремами, маслами.

Для использования в животноводстве важно обеспечить безопасность животных и электрических приборов. Проводку стоит монтировать снаружи клеток, сами колбы должны быть защищены решетками (так животные спасутся от ожогов, а колбы – от повреждений)

Светильник в клетках нужно часто протирать от загрязнений: так он будет служить дольше.Но протирать нужно только остывшие лампы.

Для животных и растений важно, на какой высоте висит лампа. Иначе высока вероятность перегрева

Стоит предусмотреть возможность изменения высоты ИЛ по мере роста молодняка и рассады.

О системе воздушного отопления

Отопление воздушного типа отличается высоким качеством и надежностью. Конструкция включает следующие элементы:

1. Генератор теплового вида (работает на воде, необходим для нагревания воздушных масс в помещении)
2. Оборудование, которое напоминает стандартный вентилятор (главная функция — передача тепла в нужный участок комнаты)
3. Воздуховоды — специально разветвленные каналы (направляют нагретый воздух в нужное помещение).

Многие люди знают, что такое деревенская печка. Для обогрева помещения необходимо подготовить дрова и затопить печь. Подобным образом работает воздушная система отопления. Нагретый воздух разносится по всему помещению и греет всю комнату.

Также бывает принудительная циркуляция теплого воздуха. Для этого используются специальные вентиляторы. Данный способ требует наличия электрической энергии.

Методы проведения циркуляции:

1. Подача свежего воздуха извне.
2. Циркуляция прямоточного вида (затратный метод, не рекомендуется для жилых помещений).
3. Закрытый цикл.

В СВО отсутствуют радиаторы. Принцип действия: тепловой генератор греет воздух, а не жидкость.

Виды СВО представлены в таблице.

Воздуховоды изготавливаются из листовой оцинковки и специального гофра. В качестве утеплителя используется теплоизолятор (самоклеящийся материал). Между собой детали соединяются хомутами или скотчем.

Виды воздуховодов:

1. Гибкие.
2. Жесткие.
3. Круглые (имеют минимальное значение аэродинамического сопротивления)
4. Квадратные (изготавливаются в виде коробов).

КПД принудительного отопления равен 90-99%. Многие современные котлы имеют КПД, находящийся в диапазоне от 85 до 95%.

Воздушное отопление обладает естественной циркуляцией (теплый воздух поднимается вверх, а холодный остается снизу). Подтвердить это можно следующим образом: при открытии входной двери в зимнее время года холодный воздух проходит по полу, а теплый выходит сверху.

Проблемы, которые могут возникнуть при неправильном расчете системы отопления:

1. Наличие шума или стука во время работы.
2. Появление в комнатах сквозняка.
3. Перегревание теплоносителя.

Воздуховоды могут изготавливаться из пластика. Главное условие — расположение от пожароопасных мест. Места расположения воздуховодов: под потолком, внутри стен

Важно монтировать специальные решетки для вентиляции в потолке

Что лучше настенные или потолочные панели

В продаже можно встретить различные типы и размеры таких изделий, а на тематических форумах про инфракрасные панели отопления отзывы часто попадаются противоречивые. Одни покупатели отмечают эффективность и простоту устройства, а другие говорят о том, что они дают мало тепла. На чём лучше остановить свой выбор?

Инфракрасные панели обогрева потолочные предназначены для помещений высотой минимум 2,5-3 м – в любом случае желательно, чтобы между ними и головой человека среднего роста оставалось не менее 50 сантиметров. В очень маленькой комнате они могут быть не слишком удобными, зато это хороший вариант для больших помещений, в которых требуется только зональный обогрев.

Потолочные панели излучают тепло, которое не нагревает воздух, а передается предметам, и ощущаться тепло будет по-разному. В верхней части помещения будет жарче, в нижней – холоднее.

Настенные панели будут хорошим дополнением в большой комнате, которой не хватает тепла от обычных обогревателей. Их можно расположить в нескольких зонах помещения для постоянного равномерного обогрева, а можно повесить только в одной зоне, где нужно больше всего тепла.

К примеру, если вам нужен дополнительный обогрев спальни, вы сможете расположить такую панель неподалеку от кровати. Это даст возможность наслаждаться теплом и комфортом в течение уютного вечера, при этом расходы на дополнительный обогрев будут небольшими.

В любом случае и тот, и другой вариант окажется более эффективным, чем привычное конвективное отопление. Если в комнате поставить обычные батареи, воздух постоянно будет циркулировать по комнате: он прогревается от радиатора, поднимается, остывает, опускается.

Из-за этого нагретый воздух всегда наверху, а пол будет холодным. Установка инфракрасных панелей позволит забыть об этом недостатке, так как прогреваются в первую очередь сами поверхности, а потом они отдают тепло домашней атмосфере.

На какое расстояние освещает ИК-подсветка

Потребителю проще подобрать модель, ориентируясь на указанный в характеристиках радиус действия аппарата. Различают 3 группы:

• Прожектор короткого действия – радиус ограничен 10 м. Устройства монтируют в видеоглазках, в домофонах, на лестничных площадках, в квартирах, в системах дежурной подсветки.
• Прибор средней дальности – на 20–60 м. Применяется для освещения территории возле дома, залов кинотеатра.
• Дальнего действия – радиус достигает 350 м. Прожекторы устанавливают на стадионах, охраняемых складах, площадях, территории коттеджных поселков закрытого типа.

Чем больше радиус действия прибора, тем меньше угол обзора.

Что такое инфракрасный обогрев?

ИК-лампы испускают тепловые лучи. Предметы, которые находятся в пределах действия таких приборов, поглощают эти волны, а затем передают полученное тепло окружающему воздуху. Природа инфракрасных лучей сравнима с характеристиками обычного видимого света, постольку они точно так же подчиняются законам оптики.

Хотя ИК-волны и обладают прозрачностью, коэффициентами преломления и отражения, как и видимые световые волны, конкретные их свойства обладают несколько иными характеристиками. Например, такое излучение с трудом преодолевает слой воды всего в несколько сантиметров толщиной, но его легко пропускают кремниевые пластины.

Алюминий отражает ИК-лучи гораздо лучше, чем волны видимого света, коэффициент отражения может достигать 98%. Воздухом такое излучение практически не поглощается, это и обеспечивает высокий уровень КПД у обогревателей этого типа. Но вот водяные пары, озон, углекислый газ и прочие “наполнители” могут заметно испортить дело.

Инфракрасные волны проходят через воздушное пространство практически без потерь тепловой энергии, которая поглощается окружающими объектами и распространяется снизу вверх

В отличие от конвекционного нагрева, ИК-волны греют не воздух вокруг прибора, а поверхности объектов, на которые они направлены. Воздух греется уже от этих предметов. Понимание этого принципа поможет правильно использовать инфракрасные нагревательные приборы.

Конструкция

В зависимости от типа камеры она может иметь корпус различной формы и определенный вариант крепежа.

Основное конструктивное отличие камер с ИК подсветкой от моделей без светодиодной подсветки заключается в необходимости охлаждения излучателей, для чего используется теплоотводящий радиатор. Чаще всего его функцию выполняет металлическая поверхность прожектора.

Инфракрасная подсветка может располагаться как снаружи камеры в виде отдельного блока, так и быть встроенной в корпус.

Отдельный блок позволяет исключить возможность засветки, в то время как встроенная подсветка выглядит эстетичней и упрощает монтаж системы видеонаблюдения.