Kamery termowizyjne w monitoringu

Od odkrycia zjawiska termowizji przez Wiliama Herschela minęło już 200 lat. Pierwszy obraz termograficzny powstał w roku 1840, ale praktyczne zastosowanie tego zjawiska miało miejsce dopiero w czasach II Wojny Światowej. Opracowano wówczas czynne i bierne systemy umożliwiające wykrywanie ludzi, statków i samolotów. Duże możliwości takich systemów były powodem ich utajnienia - światło dzienne ujrzały dopiero pod koniec lat 50-tych XX wieku. Od tego momentu następuje systematyczny rozwój i upowszechnianie techniki termowizyjnej. Osiągnięcia w budowie kamer, umożliwiają zmniejszenie ich wagi, rozmiaru oraz dają możliwości komercyjnego zastosowania. Takim ostatnim przełomem w ich konstrukcji było zastosowanie znacznie tańszych przetworników bolometrycznych, które do generowania sygnału wykorzystują zmiany oporu elektrycznego czujnika zachodzące pod wpływem padającego promieniowania. Od tego momentu kamery przestały być dostępne jedynie dla armii i naukowców. Dostępne są tanie, przenośne kamery, na które stać szerokie grono ludzi.

Zastosowanie kamer termowizyjnych do monitoringu nie ogranicza się już do obiektów o znaczeniu krytycznym dla obronności danego kraju, czy nauki. Kamery tego typu wykorzystywane są do monitorowania terenów nieoświetlonych, z gęstą roślinnością, różnych procesów w fabrykach, energetyce, gazownictwie, na lotniskach itp. Najlepsze rezultaty osiągnąć można poprzez stworzenie systemu złożonego z kamer „zwykłych” oraz termowizyjnych. Wynika to z odmiennej zasady działania i innego rodzaju generowanego obrazu. Ważny jest też odpowiednio dobrany do potrzeb system analizy obrazu. Kamery termowizyjne stosowane w monitoringu posiadają podstawowe narzędzia analizy obrazu, takie jak detekcja ruchu oraz zmiany, bądź przekroczenia określonej temperatury.

Kamery „zwykłe” oraz termowizyjne działają w oparciu o odmienne zasady. „Zwykła” kamera rejestruje promieniowanie będące odbiciem promieniowania źródła. Kamery takie rejestrują promieniowanie widzialne oraz bliską podczerwień (typowo fale elektromagnetyczne długości 300-950 nm). Kamery termowizyjne rejestrują promieniowanie podczerwone generowane przez każde ciało bazując na falach o długości od kilku do kilkunastu µm, wykorzystuje fakt, że każde ciało o temperaturze wyższej od zera bezwzględnego jest źródłem promieniowania, które zależy od temperatury oraz cech powierzchni.

Dzięki istniejącej zależności pomiędzy temperaturą, a intensywnością promieniowania oraz znajomością cech powierzchni, kamera termowizyjna odbierając fale podczerwieni może dokonać obliczeń wartości temperatury na podstawie długości fali. Za pomocą kamery termowizyjnej można więc zobaczyć rozkład temperatur na powierzchni badanego ciała oraz dokonać punktowego pomiaru wartości temperatury. Kamera termowizyjna do poprawnej pracy nie wymaga oświetlenia oraz nie generuje żadnego promieniowania, co sprawia, że jest niewidoczna w nocy (co znacznie utrudnia jej identyfikację).

Kamery termowizyjne nie wymagają oświetlenia, przez co najlepiej sprawdzają się w monitorowaniu obszarów, w których ono nie występuje takich jak lasy, porty, nieoświetlone parkingi, itp.
Zdolności identyfikacyjne kamer są ograniczane przez zjawiska pogodowe. Mgła, śnieg i deszcz tłumią fale podczerwone, co zmniejsza zasięg ich skutecznej pracy. Dodatkowo powodują wyrównanie temperatury obiektu z temperaturą otoczenia, co prowadzi do utraty zdolności rozdzielczej kamery. Jednak skuteczność kamer termowizyjnych w tych warunkach jest ciągle o wiele lepsza niż zwykłych kamer.

Częstym zastosowaniem kamery termowizyjnej jest mierzenie temperatury obiektów i informowanie o przekroczeniu ustalonego progu. Zagadnienie pomiaru temperatury nie jest proste i jest zależne od wielu czynników. Jeśli bardzo dokładny pomiar temperatury nie jest wymagany, wówczas możliwe jest ograniczenie ustawień do dwóch parametrów, konfigurowalnych w każdym modelu kamery. Są to emisyjność i temperatura otoczenia.
Emisyjność jest cechą materiału z jakiego wykonany jest dany przedmiot. Może wynosić od 0 do 1. Mówi ona o tym jak bardzo promieniowanie podczerwone generowane przez przedmiot różni się od przypadku idealnego (im wyższa wartość tym wymagana mniejsza korekta, przedmiot generuje więcej energii). Zależy od materiału oraz porowatości powierzchni. Przykładowo powierzchnia aluminium polerowanego ma emisyjność ok. 0.05, a papier 0.9.
Temperatura otoczenia jest wymagana do kompensacji promieniowania odbitego od przedmiotu. Jeżeli emisyjność obiektu jest niska, to właściwe ustawienie temperatury otoczenia ma kluczowe znaczenie.
Nie zawsze jednak wymagane jest poprawne ustawienie tych wartości. Kiedy kamera służy do diagnostyki / rejestracji zmian, wystarczające jest wskazanie części urządzenia, gdzie temperatura jest wyższa. Wtedy nawet bez korekcji ww. parametrów możliwe jest zauważenie różnicy temperatur.

Dość wysoka cena kamer termowizyjnych podyktowana jest koniecznością stosowania w nich obiektywów o specjalnej konstrukcji. Muszą być one wykonane z materiału, który przepuszcza promieniowanie podczerwone (zwykłe szkło bardzo mocno je tłumi) oraz być wyposażone w specjalne filtry, które mają za zadanie wyeliminowanie szumów (czyli fal o długości innej niż rejestrowane przez przetwornik).
Ogniskowa obiektywu powinna zostać dostosowana do wymaganej szerokości pola widzenia kamery oraz jej rozdzielczości. Podobnie jak w zwykłych kamerach, należy dostosować się do norm określających zdolności detekcji (ważny jest parametr ppm, czyli ilość pikseli na szerokość lub wysokość obrazu).

Firma Sunell od wielu lat zajmuje się produkcją kamer do systemów monitoringu. Produkuje również różnego typu kamery termowizyjne wyposażone w interfejs sieciowy. Kamery są zgodne ze specyfikacją Onvif 2.4, co sprawia, że mogą zostać zintegrowane z systemem monitoringu IP różnych producentów. W kamerach termowizyjnych zastosowano wysokiej klasy detektor podczerwieni oraz opracowano własny algorytm przetwarzania obrazu. Obiektyw nowej generacji o wysokiej przepuszczalności termicznej podczerwieni sprawia, że kamery doskonale radzą sobie w trudnych warunkach pogodowych (detekcja możliwa nawet podczas wystąpienia dymu, mgły, deszczu, itp.). Kamery, oprócz podstawowych opcji i funkcji jakie występują w kamerach IP (np. detekcja ruchu), posiadają dodatkowe menu związane z termowizją. W oknie głównym pola widzenia kamery za pomocą wskaźnika pokazywana jest aktualna wartość temperatury najcieplejszego obiektu. Dodatkowo za pomocą kursora myszki możliwe jest odczytanie wartości temperatury w określonym punkcie. W kamerach można ustawić do 5 różnych obszarów detekcji z różnymi typami alarmów temperaturowych. Kamery obsługują trzy typy alarmów, w których możliwe jest zdefiniowanie osobnych progów dla ostrzeżenia oraz wywołania alarmu:

Kamera termowizyjna SN-TPC4200KT/F K1606 jest urządzeniem stacjonarnym dedykowanym do pracy w sieci IP. Może zostać podłączona do systemu opartego o rejestrator IP lub bezpośrednio do sieci zewnętrznej. Dzięki integracji w jednym systemie monitoringu kamer mogących rejestrować obraz w zakresie widzialnym i niewidzialnym, skuteczność całego systemu zostaje znacznie podniesiona. Bezpośredni dostęp do podglądu na żywo z kamery lub archiwum nagrań w przypadku integracji z rejestratorem IP, możliwy jest z dowolnego miejsca, poprzez sieć internetową, po odpowiednim skonfigurowaniu urządzeń.