В этом видеоуроке покажем, как изготовить простой и недорогой самодельный прибор ночного видения, справимся с этой задачей за 5 минут. Весь процесс его создания автор идеи продемонстрировал на видео.
В первую минуту ролика демонстрируется съемка в темноте с помощью обычной камеры с искусственным светом. Далее свет выключается и аппарат переводится в режим ночного видения. В этом состоянии без специальной инфракрасной подсветки ничего не видно. С о второй минуты она включается и видно, что прибор ночного видения хорошо функционирует.
Вебкамера – основа для видения в инфракрасном свете
Для того, чтобы сделать устройство для ночного видения нужна обычная вебкамера, которую требуется немного доработать, удалив из нее инфракрасную линзу. В результате камера начнет пропускать инфракрасное излучение. Для подсветки используем инфракрасный фонарик. В видео автор ролика упоминает мощность фонарика, но в комментарии он сообщает о своей ошибке, когда он называет его мощность. На самом деле мощность его 3 ватта. Инфракрасный фильтр прозрачный, он стоит на линзе камеры. После сборки вебкамеры без фильтра можно смотреть ночные виды, но только с использованием такого фонаря.
Если нужен заводской качественный прибор ночного видения, то приобрести его можно в китайском интернет-магазине. Там же вы сможете узнать разброс цен на товары, а также найдете и инфракрасный источник света (при необходимости). На сайте есть отзывы, почитайте, когда будете принимать решение о покупке.
Далее смотрите, как работает эта камера, которая сделана своими руками, с подсветкой с помощью телевизионного пульта. С пультом инфракрасное освещение работает только на близком расстоянии, но например, для лестничной площадки его будет достаточно.
Perl, Linux, программирование, настройка и что-нибудь ещё…
Реклама
Метки
Рубрикатор
Новости SEO
В качестве продолжения моей недавней заметки, посвященной созданию домашней системы видеонаблюдения под управлением Linux (при помощи программы Motion) я хочу рассказать о простейшем способе переделки обычной веб-камеры в так называемую камеру ночного видения — способную воспринимать инфракрасный диапазон спектра.
Что такое инфракрасная камера ночного видения
Фактически любая цифровая камера может выступать в качестве ЭОП (электронно-оптического преобразователя) для прибора ночного видения (ПНВ) нулевого поколения (в таких ПНВ используется активная ИК-подсветка местности), поскольку сами матрицы камер воспринимают не только видимый, но и ИК спектр. Отсекается «лишний» свет при помощи светофильтров (в данном случае — ИК фильтр) и делается это для того, чтобы выдаваемое камерой изображение соответствовало воспринимаемому человеческим глазом. К слову, в дешевых камерах ИК-фильтр слабый или может вовсе отсутствовать — для проверки можно посветить пультом ДУ например в камеру мобильного телефона. Следовательно, демонтировав ИК-фильтр можно из обычной веб-камеры сделать камеру ночного видения, заодно повысив общую чувствительность веб-камеры и избавившись от зашумлённости изображения в условиях недостаточного освещения
Демонтаж ИК-фильтра с веб-камеры
Рассмотрю процесс демонтажа ИК-фильтра на примере веб-камеры Logitech Webcam C120. В интернете есть неплохой сайт с описаниями (на англ.) способов удаления ИК-фильтров с веб-камер основных типоразмеров. Даже если конкретной модели камеры там нет (как нет моей например) — полезно найти ближайшую похожую и ознакомиться с её устройством, в дальнейшем это пригодится при разборке своей камеры. Внимание — не любую камеру можно безболезненно лишить фильтра — в комментариях отмечен случай порчи камеры с интегрированным в линзу фильтром.
- Первым делом необходимо разобрать корпус — сняв кожух с передней полусферы, вынув резиновую заглушку, закрывающую посадочное место крепежного винта и выкрутив сам винт. Для выполнения указанных операций потребуется как минимум тонкая крестовая отвертка (часовая подойдет лучше всего), заглушку удобно вынимать, подковырнув каким-нибудь острым предметом, хотя вполне реально обойтись ногтями.
- После развинчивания камера разбирается на две половинки-полусферы, для чего нужно потянуть их в разные стороны от центрального шва. При этом можно удалить штатную подставку, если она не понадобится в дальнейшем, а также вынуть светопроводник от индикаторного светодиода и снять кнопку, расположенную сзади камеры.
- Теперь необходимо вынуть из пазов плату с закрепленным на ней объективом. После чего с объектива снимается фокусировочное кольцо, а сам он откручивается от кожуха матрицы. Все снятое отложим в сторону и вплотную займемся главным — самой матрицей.
- Для снятия кожуха с матрицы нужно открутить два винта, расположенных на задней стороне платы. Кожух по периметру приклеен к плате, так что снимать его надо аккуратно, но с приложением некоторого усилия. После снятия кожу плату с матрицей лучше тоже отложить подальше, чтобы матрицу случайно не повредить.
- Переходим к главному шагу. ИК-фильтр приклеен к кожуху изнутри, лично у меня обратимо демонтировать его не получилось — пришлось просто выбить при помощи швейной иглы и вычистить остатки (делать это лучше в очках — ИК-фильтр стеклянный и мелкие кусочки стекла могут прилететь в глаз).
- Вот и всё, камера ночного видения готова! Осталось поставить на место кожух (при установке обращаем внимание на ключи, расположенные на кожухе и плате — выступы и дырочки соответственно, совмещением которых обеспечивается правильность расположения кожуха). Прикручиваем объектив в кожуху, подключаем камеру и проверяем ее работоспособность.
Теперь достаточно лишь заключить камеру в удобный корпус (можно использовать и штатные, если его размеры и форма вас устраивают) и разместить в нужном месте — например над входной дверью, подключив провод камеры к компьютеры. И наслаждаться самостоятельно собранной системой видеонаблюдения!
Зачем еще может пригодиться инфракрасная камера
Помимо того, что инфракрасная камера сама по себе менее чувствительна к плохой освещенности и потому лучше обычной подходит для использования в качестве охранной, у нее есть еще несколько интересных особенностей:
- Первая и основная, вытекающая из самой сути ИК-камеры — она воспринимает ИК-излучение, а значит с такой камерой будет отлично работать невидимая невооруженным глазом ИК-подсветка (тот самый принцип ПНВ нулевого поколения). Дядюшка Ляо предлагает огромный выбор модулей из ИК-светодиодов — от лампочек для стандартной сети 220 В до. тех, что монтируются на «взрослые» охранные камеры. Выполненных как в виде плат, так и в виде полуготовых и готовых устройств. Например, Для отдельных ИК-светодиодов полезно будет подобрать диффузор для рассеивания луча.
- А вторая особенность ИК-камеры заключается в проницаемости для ИК-излучения некоторых материалов (например — синтетики). Также в ИК-свете видны защитные приспособления денежных купюр. Довольно забавно выглядят вены на теле, снятые ИК-камерой.
Как видите, сделать инфракрасную ночную камеру из самой простой веб-камеры — совсем не сложно и не затратно как по усилиям, так и по времени. Зато возможности такая переделка открывает весьма интересные как с практической точки зрения, так и с точки зрения обыкновенного любопытства. Следующим шагом может стать создание модуля ИК-подсветки, который можно использовать для «ночного видения» совместно с обыкновенным сотовым, камера которого способна распознавать ИК-спектр — получится настоящий мобильный прибор ночного видения!
Существует достаточно большое количество вариантов видеть ночью. Это или взять прибор ночного видения, или тепловизор, или ночной прицел с подсветкой, или, может быть, камеру с электронным умножением на EMCCD. К сожалению, не всегда все камеры и приборы оказываются под рукой одновременно, и их обычно не удаётся сравнить между собой.
К счастью, нам повезло, и у нас появилась такая возможность. Более того, повезло, что погода позволила воссоздать эталонные условия для проведения сравнительных испытаний. Луна отсутствовала, небо было чистое, и нужно было только выехать за город, подальше от искусственного освещения.
Итак, что же у нас было с собой:
1.1 ЭОП – электронно-оптический преобразователь третьего поколения. Лучший из всех приборов типа ЭОП, с которыми приходилось сталкиваться. Очень сложно создать условия, при которых он ничего не видит. Разрешение ЭОП 68лин/мм. Максимум спектральной чувствительности должен быть в районе 800нм. ЭОП состыкован с камерой VC249 на базе малошумящего сенсора. Разрешение камеры значительно выше разрешение ЭОП, поэтому камера не влияет на результат.
1.2 VS320 – камера ближнего ИК-диапазона (SWIR) с чувствительностью в диапазоне спектра от 0.9 до 1.8 мкм. Спектральная чувствительность практически плоская. Разрешение 320х256, размер фоточувствительного элемента 25х25мкм.
1.3 VC400 – «обычная» камера видимого диапазона на базе кремневой структуры. «Обычная» в кавычках, потому что это камера для проведения астронометрических наблюдений с обратной засветкой. Разрешение 2000х2000, размер фоточувствительного элемента более 10мкм. Максимум спектральной характеристики в районе 550нм.
Все камеры разработаны и произведены в России, но это не должно никого смущать, так как элементная база (за исключением ЭОП) вполне себе импортная.
Условия съёмки:
1. Дата: ночь с 8 на 9 января 2018.
2. Широта около 58 градусов, долгота около 31 градуса.
3. Безлунная звездная ночь.
4. Проницаемость неба до 19зв.в. (косвенная оценка).
5. Освещенность на уровне земли (точнее снега): 2.5нВт/см^2 (или некоторые условные 4млк).
6. Время экспозиции всех приборов 40мс, что соответствует частоте кадров 25Гц.
Сразу предвосхищу вопросы по части освещенности на местности, мы уже намучились с фотометрическими величинами (люксы, канделы…), которые не позволяют сравнивать камеры между собой, и поэтому используем в большей части радиометрические или натуральные (вроде «звездная ночь», «полная луна»), в данном случае это звездная ночь без луны.
Сцена была сформирована классическим образом: «ночь, улица, фонарь. » и ваш покорный слуга с таблицей. Собственно, так как многие уже заждались картинок, то не считаю возможным задерживать.
По очереди: вот кадр с ЭОП:
Вот кадр с VS320 (SWIR):
А вот VC400 (видимый диапазон)
К сожалению, углы поля зрения разные, но подобрать все три светосильных объектива (около единицы), которые бы обеспечивали одинаковые поля зрения, возможности не было.
Многие зададутся вопросом, зачем в руках этот ужасный фонарь? На самом деле это не фонарь, это очень слабый светодиод, обёрнутый в ткань, для обеспечения свечения во все стороны, и он нужен, чтобы подтвердить короткое время экспозиции. Смаз фонаря на кадре соответствует времени экспозиции 40мс:
Отсутствие луны подтверждается отсутствием тени от объектов.
А так выглядят более крупные объекты (по порядку ЭОП, видимый, ИК)
Из особенностей, которые можно заметить: небо в ближнем ИК диапазоне (до 2мкм) действительно очень яркое…
Также некоторые могут подумать, что VS320 в ближнем ИК диапазоне не видит звезды, но они в этих кадрах не в фокусе, если навести фокус, то звезды вполне себе видны:
Во всём видео есть ещё один занимательный кадр:
У камеры VS320 в ближнем ИК светится окно, а в видимом диапазоне нет. Несмотря на то, что камера VS320 не тепловизор (в классическом понимании), её чувствительности достаточно, чтобы заметить освещение от остывающей печки в доме.
Для желающих посмотреть видео со всех каналов одновременно (в формате full hd), оно доступно по ссылке.
Для читателей, имеющих обыкновение рассматривать всё очень предметно, есть видео в формате 3000х1000 (нестандартный размер видео), видео не сжато и является объединением исходников без искажений (регистрации и смс): вот здесь.
Отдельно видео с камеры видимого диапазона VC400 на частоте 25Гц (экспозиция 40мс) — вот тут.
Небольшой бонус для читателей: тестовая таблица с разными камерами при освещении «звездное небо». Камера L3 производства e2v является эталоном в Европе по своей чувствительности. Сенсор камеры обладает прямоугольным пикселем большой площади (14х28мкм) и является сенсором EMCCD с электронным умножением, каждый зарегистрированный электрон в сенсоре усиливается в 1000 раз. К сожалению, в России эти камеры (L3) больше не доступны (картинка из архива):
Исходник картинки без сжатия по ссылке.
Может показаться, что во всех этих кадрах и съёмках нет ничего необычного, самые, что ни на есть, низкоуровневые камеры. Но вот для примера кадры, снятые на низкоуровневые камеры при том же освещении.
И ссылка на видео (для искушенных читателей).
Таким образом, нам удалось собрать в одном месте самые чувствительные, на текущий момент, приборы, которые могут достаточно качественно видеть ночью, и при этом приборы работают в хотя и близких, но разных спектральных диапазонах.
Ну и небольшие выводы, которые, наверное, нужно сделать. Не хотелось бы ничего навязывать читателям, так как в целом всё видно на представленных материалах.
- В ближнем ИК-диапазоне (1-2 микрона) небо явно светится, в разных статьях про это написано, но фактически видео в свободном доступе найти очень сложно. Мы явно наблюдали неоднородную, но устойчивую структуру свечения небосклона, похожего в чем-то на северное сияние. Благодаря этому свечению камера VS320 ближнего ИК-диапазона неплохо видит ночью. К сожалению, экземпляр камеры, который был у нас, обладал низким разрешением, но прибор показал себя достойно. Однозначно камеры ближнего ИК-диапазона могут применяться для улучшения видимости.
- ЭОП третьего поколения действительно отлично справляется со своей задачей и видит ночью. К сожалению, разрешение 68лин/мм не очень большое, но достаточное, чтобы ориентироваться и находить объекты.
- Открытием является возможность кремниевых КМОП приборов видимого диапазона, на базе которого изготовлена камера VC400, сравниться и даже по разрешению превзойти приборы ночного видения третьего поколения.
Ну и в заключение этой небольшой статьи, раз уж камера видимого диапазона оказалась астрономической, мы не могли отказать себе в удовольствии снять несколько красивых объектов (в «случайно» подвернувшийся телескоп Ньютон (D=200мм F=1000мм)):
и Галактика М81:
На просторах интернета очень мало сравнительных кадров и видео, в основном видео только какой-то одной камеры. На многих видео видны тени от Луны, что говорит о том, что ночь далеко не темная. Надеемся, что данная небольшая статья заполнит этот пробел, даст некоторую информацию о том, как видят те или иные приборы ночью.
Отдельное большое спасибо тем, кто предоставил оборудование и камеры, кто вывез нас на Ниве туда, где нет электричества и искусственного освещения, моему коллеге, с которым мы это всё собрали, сняли и обработали.
ps: при использовании данных материалов — ссылка на статью обязательна.