Инфракрасные осветители

В ситуациях, когда требуется видеонаблюдение ночью, можно использовать черно‑белые телекамеры в комплексе с инфракрасными осветителями. Инфракрасный свет используется потому, что черно‑белые ПЗС‑камеры обладают очень высокой чувствительностью в инфракрасной и ближней инфракрасной области спектра. Это соответствует длинам волн больше 700 нм. Как уже упоминалось в начале книги, человеческий глаз может различать длины волн до 780 нм, причем чувствительность на длинах волн выше 700 нм очень слаба, поэтому мы говорим, что в среднем человеческий глаз видит до 700 нм.

Черно‑белые ПЗС‑матрицы в инфракрасной области спектра «видят» лучше, чем человеческий глаз.

Причина этого кроется в самой природе фотоэффекта (фотоны с большей длиной волны проникают глубже в структуру ПЗС‑матрицы). Чувствительность в инфракрасной области спектра особенно высока у черно‑белых ПЗС‑матриц без инфракрасного отсекающего фильтра.

В системах видеонаблюдения используется несколько длин волн для инфракрасного освещения. Когда и какую из них использовать – это зависит, во‑первых, от спектральной характеристики телекамеры (спектральная характеристика матриц различных производителей различна), и во‑вторых, от задач и целей видеосистемы.

В галогенных осветителях используются два типичных значения длины волны: одно – начиная от примерно 715 нм и другое – от примерно 830 нм.

Если вы хотите, чтобы инфракрасное освещение было видимым, то лучше выбрать длину волны 715 нм. Если же необходимо вести скрытое ночное наблюдение, то следует использовать длину волны 830 нм (что окажется невидимым для человеческого глаза). (Реально невидимым является источник инфракрасного излучения с длиной волны более 940 нм. С увеличением длины волны падает радиус действия системы телекамера – ИК‑осветитель. Прим. ред .)

Инфракрасные галогенные лампы бывают двух типов: 300 Вт и 500 Вт. Принцип их работы очень прост: галогенная лампа излучает свет (соответствующий по спектру характеристике абсолютно черного тела), который затем проходит через оптический пропускающий фильтр, блокирующий длины волн короче 725 нм (или 830 нм).

Именно поэтому мы говорим «начиная с 715 нм» или «начиная с 830 нм». Инфракрасное излучение не сконцентрировано на одной частоте, это участок непрерывного спектра, начинающийся с номинальной длины волны.

Энергия тех длин волн, которые не прошли фильтр, отражается обратно и аккумулируется внутри инфракрасного осветителя. На инфракрасном осветителе есть теплоприемник, обеспечивающий охлаждение прибора, тем не менее, основная причина короткого времени безотказной работы (1000–2000 часов) галогенной лампы – это избыточный нагрев внутри осветителя.

Рис. 12.18. Поперечное сечение инфракрасного осветителя

Рис. 12.19. Спектральная характеристика инфракрасного пропускающего фильтра

Рис. 12.20. Инфракрасные осветители обычно устанавливаются парами

Так же работают и 830 нм осветители, только в этом случае используются инфракрасные частоты, невидимые для человеческого глаза (как отмечалось ранее, излучение с длиной волны 715 нм видимо для человеческого глаза).

Инфракрасные осветители несут в себе определенную опасность, особенно для инсталляторов и обслуживающего персонала. Дело в том, что зрачок человеческого глаза в темноте остается раскрытым, что может привести к слепоте. Но это может случиться только ночью – когда зрачок раскрыт полностью и человек находится очень близко от осветителя.

ИК‑осветители включаются ночью с помощью фотоэлементов.

Лучший способ проверить, работает ли ИК‑осветитель, это поднести к нему руку – человеческая кожа очень чувствительна к теплу. Помните, тепло – это и есть инфракрасное излучение.

Инфракрасные осветители подключаются к сети, а фотоэлементы, когда уровень дневного света падает ниже определенного уровня, включают их.

Оба типа рассмотренных нами инфракрасных галогенных осветителей поставляются с различными типами дисперсионных линз, и желательно знать наилучший для заданных условий угол освещаемого сектора. Если инфракрасный пучок сконцентрирован в узком угле, телекамера сможет «видеть» дальше, если используются соответствующие объективы с узким углом обзора (или если вариообъектив установлен на «zoom in»).

Инфракрасный свет галогенных ламп дает наилучшее возможное освещение для черно‑белых ПЗС‑матриц, но короткий срок службы таких ламп способствовал развитию новых технологий, одна из которых – это твердотельные инфракрасные светодиоды, объединенные в матричную структуру. В этом случае инфракрасное излучение создается специальными инфракрасными светодиодами, которые обладают гораздо большей эффективностью, чем стандартные диоды, и излучают значительное количество света.

Такие инфракрасные осветители могут иметь различную мощность: 7 Вт, 15 Вт, 50 Вт. Они не такие мощные, как галогенные лампы, но их средняя наработка на отказ составляет более 100 000 часов (20–30 лет непрерывной работы в ночной период).

Насколько далеко можно видеть с такими ИК‑осветителями, опять же зависит от используемой телекамеры и ее спектральной характеристики. Чтобы лучше представить себе расстояния, рекомендуется провести испытания на месте в ночное время.

Угол освещаемого сектора ограничен углом излучения светодиодов, который обычно составляет 30–40°, если только перед светодиодной матрицей не установлено дополнительной оптики.

Рис. 12.21. Твердотельный инфракрасный излучатель

Инфракрасный лазерный диод – это еще один тип инфракрасного излучателя. Возможно, не такой мощный, как светодиодный, но зато при использовании лазерного источника получается когерентное излучение с точной длиной волны. Типичный лазерный диод излучает свет в очень узком угле, поэтому для рассеяния луча (обычно до 30°) используются небольшие линзы. Лазерные диоды потребляют очень мало энергии. Они концентрируют когерентное излучение в один луч, но срок безотказной работы у них ниже, чем у светодиодных приборов, и обычно составляет порядка 10000 часов (примерно 2–3 года непрерывной работы в ночной период). Главные преимущества лазерного инфракрасного прибора – малое энергопотребление и небольшие размеры.

Нет необходимости упоминать о том, что цветные телекамеры не могут воспринимать инфракрасный свет из‑за наличия в них инфракрасного отсекающего фильтра. Однако, некоторые производители телекамер предложили новые идеи: установка ПЗС‑матрицы для дневного видеонаблюдения и преобразование этой же матрицы в черно‑белую путем удаления инфракрасного отсекающего фильтра для ночного видеонаблюдения.

Другие используют более простые методы, например: можно поместить две матрицы (цветную и черно‑белую) в одну телекамеру и разделить свет полупрозрачным зеркалом.

Корректоры «земляной петли»

Довольно часто, даже если при инсталляции системы были предприняты все меры предосторожности, могут возникнуть проблемы особой природы: «земляные петли» (паразитное заземление).

«Земляная петля» – это нежелательное явление, вызванное разностью потенциалов между двумя удаленными точками системы. Обычно между телекамерой и видеомонитором, но может быть между телекамерой и видеокоммутатором или между двумя телекамерами, особенно если они подключены последовательно (с целью синхронизации) (Представляется, что причина образования «земляной петли» не столько в наличии внешнего электромагнитного излучения, сколько в том, что при питании телекамеры и видеомонитора от различных источников сетевого напряжения образуются выравнивающие токи от нулевых фаз. Эти токи протекают по экранирующей оплетке коаксиального кабеля, что наиболее заметно проявляется при питании приборов от разных фаз. Прим. ред .). На изображении появляются волнообразные искажения. Небольшие «земляные петли» могут быть вообще незаметными, но более существенные оказывают очень раздражающее воздействие на зрителя.

Если такое все же происходит, то единственный выход – это изолировать гальваническим образом оба конца. Обычно для этого используется изолирующий трансформатор, иногда называемый корректором «земляной петли» или устройством подавления шума.

Паразитные контуры можно исключить (или по крайней мере минимизировать), используя видеомониторы или оборудование обработки видеосигнала с восстановлением постоянной составляющей. При этом волнообразно искаженный видеосигнал привязывается к уровню синхроимпульсов с тем, чтобы затем регенерировать видеосигнал с неискаженным уровнем постоянной составляющей. Это на деле исключает низкочастотные наводки, которые являются наиболее распространенным искажением в случае образования «земляной петли». Еще лучшее решение, правда, более дорогое, – использование оптоволоконного кабеля вместо коаксиального, хотя бы между удаленно расположенной телекамерой и видеомонитором.

Рис. 12.22. Корректор «земляной петли»

Рис. 12.23. «Земляная петля»

Молниезащита

Молния – это природное явление, с которым ничего не поделаешь. Приемники сигналов телеуправления поворотными устройствами особенно уязвимы, так как именно в этой зоне сконцентрированы кабели передачи видеосигнала, питания и управления. Настоятельно рекомендуется хорошее и надежное заземление в районах с интенсивными грозами и, конечно же, разрядники для защиты от атмосферных перенапряжений (так называемые искровые или грозоразрядники) должны быть встроены во все каналы системы (управления, видео и др.). Большинство приемников сигналов телеуправления поворотным устройством снабжены искроразрядниками, встроенными в разъемы входа данных, и/или имеется гальваническая изоляция с помощью изолирующих трансформаторов.

Искровые разрядники – это специальные устройства, состоящие из двух электродов, включенных в разрыв кабеля, которые помещены в специальные газонаполненные трубки. Это обеспечивает разряд избыточного напряжения, наведенного молнией. Они помогают, но не дают 100‑процентной защиты.

Относительно молний важно знать одну вещь: она опасна не только тогда, когда попадает прямо в телекамеру или кабель, но даже если ударяет поблизости. Вероятность прямого попадания молнии близка к нулю. Более вероятно, что молния ударит где‑то рядом (в паре сотен метров от телекамеры). Индукция от такого разряда достаточна, чтобы вызвать необратимые разрушения. Сила молнии может превышать 10 000 000 В и 1 000 000 А – представьте себе, какова будет индукция. И опять, как и с «земляной петлей», лучшая защита от молний – это использование оптоволоконного кабеля, без металлических соединений не будет и наведенного напряжения.

Рис. 12.24. Устройства молниезащиты