Как выбрать ИК прожектор

ИК прожекторы. Картинка с сайта zapishemvse.ru

Многие системы видеонаблюдения используют прожекторы видимого света с различными типами ламп, такими как лампы накаливания, галогенные и газоразрядные лампы. Однако в последнее время всё больше применяются светодиодные прожекторы с инфракрасными светодиодами. Преимущества ИК-подсветки включают скрытность наблюдения, комфорт в жилых помещениях, вандалоустойчивость, долгий срок службы и низкое энергопотребление. Это повышает надёжность охранных систем и снижает затраты на установку и обслуживание.

Основные характеристики ИК прожекторов

Прожекторы характеризуются дальностью обнаружения, углом излучения, длиной волны излучения и областью обнаружения. Также важны напряжение питания, ток потребления и дополнительные функции, такие как фотореле, которое автоматически включает и выключает прожектор в зависимости от уровня освещённости, а также защита от скачков напряжения и перегрева.

Дальность обнаружения зависит от нескольких параметров источника излучения и видеокамеры. К ним относятся:

• длина волны;
• сила излучения;
• угол излучения;
• чувствительность ТВ камеры.

Рассмотрим подробнее влияние приведенных характеристик на дальность обнаружения в темное время суток.

Влияние длины волны

При производстве современных ИК осветителей используют светодиоды с длиной волны:

• 790-820 нм;
• 840-850 нм;
• 870-880 нм;
• 940-950 нм;
• более 950 нм.

Сначала может показаться, что использование инфракрасных прожекторов на основе светодиодов с длиной волны 790–820 нм, которая близка к максимальной чувствительности телевизионных камер и находится за пределами видимого спектра, является наиболее рациональным решением. Однако включённые прожекторы с такой длиной волны хорошо заметны невооружённым глазом практически с любого расстояния, на котором они используются. Причина заключается в том, что человеческий глаз нечувствителен к инфракрасному излучению, но хорошо воспринимает небольшую долю излучения, которое светодиоды 790–820 нм испускают в видимом спектре, особенно в красной области.

Излучение светодиодов с длиной волны 870–880 нм в видимой области ночью заметно в меньшей степени, и человеческий глаз способен различить слабое свечение прожектора только после привыкания к темноте.

Только излучение светодиодов с длиной волны 940–950 нм и больше остаётся полностью незаметным. Однако в этом диапазоне наблюдается значительное снижение чувствительности камеры.

Увеличение длины волны излучения прожектора снижает заметность подсветки. Однако снижение чувствительности камеры при увеличении длины волны уменьшает дальность обнаружения. Таким образом, оптимальная длина волны для скрытного наблюдения на больших расстояниях составляет 880 ± 10 нм.

Светодиоды с длиной волны 940–950 нм широко используются в прожекторах для коротких расстояний (до 5–10 метров), поскольку скрытность наблюдения на таких дистанциях часто является приоритетной задачей.

Сила излучения

Дальность обнаружения человека зависит от чувствительности и разрешающей способности системы наблюдения, а также от освещённости объектива камеры инфракрасным излучением, отражённым от наблюдаемого объекта. Эта освещённость определяется интенсивностью ИК-излучения объекта наблюдения, его отражательной способностью и расстоянием до объекта.

Повышение интенсивности излучения прожектора путём увеличения числа светодиодов или силы тока через них увеличивает дальность обнаружения только до определённого уровня (когда система «телекамера — прожектор» достигает области «насыщения»). После этого дальнейшее увеличение интенсивности излучения становится нецелесообразным с практической точки зрения, так как приводит к значительному росту стоимости осветителя без существенного увеличения дальности обнаружения.

Дальнейшее увеличение дальности обнаружения возможно либо через повышение чувствительности и разрешающей способности системы наблюдения, либо через фокусировку излучения прожектора на более узком угле обзора.

Угол излучения

Купол из прозрачного материала выполняет функцию оптической системы светодиода и обеспечивает концентрацию излучения полупроводникового кристалла в определённом направлении. Изменение формы купола позволяет уменьшить угол излучения и увеличить интенсивность излучения, что способствует повышению дальности обнаружения прожектора.

При углах менее 10 градусов способность концентрировать излучение у светодиодов с простым куполом снижается. Поэтому для прожекторов с меньшими углами используют светодиоды с параболическим куполом или светодиоды со сложным двухлинзовым куполом.

Чувствительность видеокамеры

Один из ключевых факторов, влияющих на дальность обнаружения, — чувствительность камеры. Хотя на рынке представлено множество камер с разной заявленной чувствительностью, на практике мы имеем дело с двумя категориями камер:

 стандартные камеры чувствительности (КСЧ) без матриц с системами ExView, ExWave и Sony;

 камеры высокой чувствительности (КВЧ) на базе матриц SONY с технологией ExView, ExWave.

Камеры с матрицами этого типа более эффективно регистрируют световой поток по сравнению с камерами со стандартными матрицами и обычно имеют заявленную чувствительность около 0,003 лк. Многочисленные практические тесты при сравнении камер из этих двух классов показывают, что дальность обнаружения инфракрасного прожектора с КВЧ примерно в два раза больше дальности обнаружения того же прожектора с КСЧ.

Помимо этого, на дальность обнаружения помимо чувствительности влияют остальные характеристики камеры, а также условия наблюдения.

1. Чем выше разрешение камеры, тем проще идентифицировать человеческую фигуру.

2. Чем больше отверстие объектива, тем больше света попадает на матрицу, увеличивая дальность обнаружения при использовании ИК-прожектора.

3. Чем выше разрешение монитора, тем проще идентифицировать фигуру человека.

4. Изображение на мониторе не должно быть слишком маленьким, чтобы фигура человека была сравнима с шириной строки экрана, но и не слишком большим, чтобы не снижать контрастность и дальность обнаружения.

5. Правильная настройка контрастности и яркости монитора также влияет на дальность обнаружения.

6. Чем контрастнее фон и одежда человека, тем больше дальность обнаружения.

7. Наличие ярко освещённых объектов на переднем плане: механизмы компенсации снижают чувствительность камеры и дальность обнаружения.

За счет чего повышают надежность прожекторов

В первую очередь, надёжность инфракрасных прожекторов зависит от качества используемых компонентов. Чтобы выявить скрытые дефекты светодиодов производители ИК прожекторов проводят несколько мероприятий:

1. Периодические термоэлектроциклические испытания светодиодов. Через них пропускают ток, который в 1,5–2,5 раза превышает номинальное значение, а тепловое сопротивление между светодиодом и радиатором искусственно увеличивают на 40 %.

2. Выборочное многократное термоциклирование светодиодов и готовых изделий в диапазоне температур от −60 до +50 °C. Результаты испытаний анализируют, чтобы обнаружить скрытые дефекты и улучшить технологию производства.

Вторым определяющим надежность фактором являются источники питания инфракрасных прожекторов.

Поток излучения прожектора зависит от силы тока, проходящего через светодиоды. Из-за нелинейной вольт-амперной характеристики светодиодов даже небольшое снижение напряжения питания вызывает значительное уменьшение интенсивности инфракрасного излучения.

Стабилизированные источники питания необходимы для поддержания постоянного напряжения на выходе при колебаниях сетевого напряжения. Тем не менее, стабилизированные блоки питания не способны компенсировать падение напряжения на соединительных проводах между блоком питания и прожектором. Важно учитывать, что такое падение напряжения может существенно снизить дальность обнаружения.

Третьим фактором повышения надежности является наличие защиты от перегрева. Летом, когда температура окружающей среды повышается, работающий прожектор может перегреться, что сокращает срок службы светодиодов. Чтобы предотвратить это, на прожекторы устанавливают радиаторы охлаждения с увеличенной площадью и электронную защиту от перегрева. Кроме того, функцию защиты от перегрева можно возложить на стабилизатор напряжения, который будет автоматически понижать ток через прожектор при перегреве. Можно встроить фотодатчик, который будет отключать питание прожектора в светлое время суток.

Четвертый важный момент – это применение защиты от сильных перепадов напряжения. Чтобы повысить надёжность и продлить срок службы прожекторов, желательно установить систему защиты от кратковременных перепадов напряжения.

Заключение

При выборе прожектора важно опираться на результаты испытаний, которые максимально учитывают реальные условия наблюдения на охраняемом объекте.

Необходимо чётко определить требования к качеству изображения объекта на мониторе: нужно ли просто обнаружить объект, требуется ли детальное изображение или нужно различать детали одежды и лица человека. В зависимости от поставленной задачи следует выбирать видеокамеры стандартного или высокого разрешения, а также камеры со средней или высокой чувствительностью.

Затем нужно оценить максимальное расстояние между прожектором и наблюдаемым объектом. Если нужно просто обнаружить объект, то расстояние от объекта до прожектора может соответствовать заявленной дальности обнаружения. Если же требуется распознавать детали, то расстояние нужно уменьшить в соответствии с требованиями к наблюдению.

Важно помнить, что заявленная дальность обнаружения прожектора достигается только при использовании камер с чувствительностью не ниже указанной в документации прожектора. При наблюдении на больших расстояниях рекомендуется использовать камеры с высокой чувствительностью вместе с прожектором.