A Techson TCI PT3 E105 IH ADM -3 /PA és PT3 C005 IH ADM -3/PA hőkamerái önállóan is megállják helyüket területmegfigyelési, valamint tűzmegelőzési helyzetekben. A további intelligens funkcióknak köszönhetően számos felhasználási lehetőséget biztosítanak. Egy valamiben azonban eltérőek. Te melyik formavilágot választod? (tovább…)
A Wisenet TNM-3620TDY egyszerre biztosítja a „Látható kép” és a „Hőkép” lehetőséget, lehetővé téve a felhasználók számára az objektumok hatékony megfigyelését intuitív felületen. A felhasználók a hőképhez a becsült testhőmérséklet (EBT) és a normál radiometrikus mód közül választhatnak. (tovább…)
Az Axis „Perimeter védelem” dolgozata szerint a globális fenyegetettségek folyamatos növekedésével új és változatos módszerekkel törik fel a szervezetek fizikai és virtuális akadályait. Ellenőrizhető, valós riasztásokra és pontos helyadatokra képes fejlett kerületvédelmi módszerek széleskörű alkalmazására van szükség. (tovább…)
A hőkamerák biztonságtechnikai alkalmazásait bemutató cikksorozatunk ötödik részében a hőkamerák gyakorlati alkalmazásairól szólunk. A hőkamerákat számos területen alkalmazhatnánk, azonban ennek határt szab a készülékek ára.
A biztonságtechnika alkalmazása során kevés az a szakember, aki hőkamerákkal kapcsolatos gyakorlati feladatottal – akár tervezés, kivitelezés, üzemeltetés során – találkozik. Ennek egyszerű oka van, ez pedig a hőkamerák ára. Szinte minden területen elképzelhető lenne a felhasználása, de a jelenlegi árak miatt az elterjedése még nem általános, bár előfordul hazánkban is. A kamerák képe nem arra készült, hogy a rendszert üzemeltető személyzet a képeket, hasonlóan a látható tartományban működő rendszerekkel, folyamatosan nézzék. Néhány kivételtől eltekintve a kameraképeket képelemző programok dolgozzák fel, és adnak jelzéseket az operátorok számára, vezérléseket indítanak a videoanalitikai programban beállított szabályoknak megfelelően.
Maga, a képelemzést végző program célszerűen a hőkamerás képek elemzésre készül, a szabályok funkcionális feladatokat támogatják.
Elemzési feladatok a biztonságtechnikában
Érzékelés–felismerés–azonosítás
Nem elhanyagolható a probléma, ha arról beszélünk, hogy a hőkamera mely módon használható. A katalógusok gyakran hatalmas érzékelési távolságokat jelölnek meg, de mindig tudnunk kell, a marketingadatok nem minden esetben igazodnak a gyakorlathoz, és ne vegyük félvállról az „up to” kifejezést (a gyakorlatban angolból az „akár” szóval fordíthatnánk).
A hőkamerák tekintetében az egyik legfontosabb műszaki paraméter a NETD, amelyet már korábban tisztáztunk. A másik fontos kamerajellemző, amely már nem csak a képfelvevő elemről, hanem az optikával összeépített kameráról ad információt, ez az a távolság, távolságok, ahol a kameráról felhasználható képet kapunk.
Hőkamerák tesztje
1. kamera: 640 × 480 pixel felbontású PTZ hőkamera
2. kamera: 320 × 240 pixel felbontású fix hőkamera
3. kamera: jó minőségű D&N kamera
4. kamera: speciális analóg, nem hőkamera
Érzékelés (detektálás) – Detection (D)
Azt a távolságot, nevezzük detektálási távolságnak, amelynél az adott kamera már érzékeli a környezetétől eltérő hősugárzást, általában néhány pixellel. A gyakorlatban ez legalább 2 pixel/méter, amennyiben a kamerát személyek megjelenése érzékelésére, mozgásuk ellenőrzésére telepítettük, ez azt jelenti: valami van ott.
Felismerés – Recognize (R)
Azt a távolságot nevezzük felismerési távolságnak, amelynél az adott kameraképet már felismerjük, azaz hogy nem állatokról, gépekről van szó, általában 6-8 pixel. A gyakorlatban ez legalább 8 pixel/méter, amennyiben a kamerát személyek megjelenése érzékelésére, mozgásuk ellenőrzésére telepítettük, ez azt jelenti: a képen emberek láthatók.
Azonosítás – Identification (I)
Azt a távolságot nevezzük azonosítási távolságnak, amelynél az adott kameraképet már azonosítani tudjuk, hogy például a képen feltehetően katona, fegyveres személy látható. A gyakorlatban ez legalább 16 pixel/méter, amennyiben a kamerát személyek megjelenése érzékelésére, mozgásuk ellenőrzésére telepítettük, ez azt jelenti: a képen feltehetőleg katona van.
Megfelelő távolságból, amikor a monitor képét már 30 százalékban kitölti a megfigyelt személy, akár a fel is ismerhetjük
Néhány hőkamera IDR paramétere
A képen jól látható, hogy például a Xenics belga gyártó egyik legnagyobb teljesítményű hőkamerája, típusnevén az MK-F-75-RA-re vonatkozó DRI adatok a következők:
Példa a DRI jelentésére
Összegzés
Elmondható, hogy nagyon kívánatos lenne a hőkamerák használata a biztonságtechnikában, a biztonsági kockázatokat egy jól megválasztott, tervezett és kivitelezett rendszer esetén jelentősen képesek lennének csökkenteni. Tekintettel arra, hogy az elektronika fejlődése rohamléptekkel folytatódik, az áramkörök árai hasonló módon csökkennek, így várható, hogy az infratartományban működő, ma még drága kamerák hamarosan megérkeznek a mindennapi élet szintjére.
 |
 |
 |
| Gépkocsi mozgása detektálása és követése | Személy detektálása és követése | Személy mozgásának követése |
Horváth Tamás, okleveles biztonságtechnikai mérnök, szakértő, Magyar Villamos Művek
Dr. Kovács Tibor, egyetemi docens, PhD/CSc
Előző részek:
Hőkamerák a biztonságtechnikában 1. – A történet
Hőkamerák a biztonságtechnikában 2. – Az érzékelő, a bolométer
Hőkamerák a biztonságtechnikában 3. – Detektorok
Hőkamerák a biztonságtechnikában 4. – Az optikák
Felhasznált irodalom
A hőkamerák biztonságtechnikai alkalmazásait bemutató cikksorozatunk negyedik részében az optikákat ismertetjük. A biztonságtechnikában alkalmazott hőkamerák optikái főként germániumból készülnek.
Alkalmazható optikák
Természetesen a hőkamerák sem készülhetnek optikák nélkül. A hősugárzást valamilyen formában el kell juttatni a bolométer háló felületére, ennek módja egy speciális optika beépítése. A hősugárzás nem hatol át az üvegen, így az optikák kialakítása más anyagok felé fordult. A legelterjedtebb alapanyag a germánium, természetesen más anyagok is használhatók, azonban a biztonságtechnikában alkalmazott kamerák esetében a germánium lencsék nagyon jól használhatók.
A germánium (Ge) hőáteresztő képessége
Alapanyagok
A különböző fémek alkalmazását minden esetben a tervezett felhasználás határozza meg. Az egyes fémek hőáteresztő képessége az infratartomány különböző hullámhosszúsága szerint változó. Amennyiben a felbontási igények nem magasak (például 320 × 160 pixel), akár amorf műanyag is használható.
Nem elhanyagolható tény a germánium optikák esetében, hogy maga a fém meglepően puha, ez azt jelenti, hogy akár körömmel is mély karcok vághatók a felületen. Az optika ezen fajta tulajdonsága több problémát is okozhat a napi gyakorlatban, ezért a fizikai védelme kiemelten fontos. Valamilyen módon óvni kell az lencsék felületét.
A problémát tovább nehezíti, hogy az egyes optikák nem cserélhetők a hőkamerákon, mivel minden egyes kamerát az adott optikával gyártják, így már a gyártó optimalizálja a kamerával előállítható képeket. Ez azt jelenti, hogy sérült optika esetén a kamerát is cserélni kell, amely ára a jelenleg az olcsóbb, alsó kategóriában is meghaladja a 2 millió forintot.
Bevonatok
A bevonatok mellett, főként a katonai alkalmazásokban kedvelt a mechanikai védelem, amely egészen egyszerűen távvezérelhető felnyitható optikatakarót jelent.
Gyártók
A hőkamerák esetében is vannak olyan gyártók, amelyek meghatározók a piacon, ezek közül néhány fontosabb
Horváth Tamás, okleveles biztonságtechnikai mérnök, szakértő, Magyar Villamos Művek
Dr. Kovács Tibor, egyetemi docens, PhD/CSc
Előző részek:
Hőkamerák a biztonságtechnikában 1. – A történet
Hőkamerák a biztonságtechnikában 2. – Az érzékelő, a bolométer
Hőkamerák a biztonságtechnikában 3. – Detektorok
A következő rész:
Hőkamerák a biztonságtechnikában 5. – Gyakorlati alkalmazások
Felhasznált irodalom
A hőkamerák biztonságtechnikai alkalmazásait bemutató cikksorozatunk harmadik részében a hűtött és a nem hűtött detektort mutatjuk be. A mikrobolométerek felhasználása nagyban függ az elérni kívánt céloktól.
Detektorfajták
A mikrobolométerek felhasználása nagyban függ az elérni kívánt céloktól, így azok különböző fajtái más és más kialakításban építik be a funkciómeghatározott célberendezésekbe. A bolométer fajták katonai környezetben történő alkalmazását elsősorban a hűtött detektorok felhasználása jellemzi. A már megismert módon kialakított mikrobolométert, a lényegesen jobb NETD-érték elérése érdekében hűtéssel látják el.
A hűtés hatására több olyan műszaki jellemző változik, amelyek előnyökkel kecsegtetnek katonai alkalmazások esetén.
Előnyök
Hátrányok
Ismertebb alkalmazások
IRIS-T levegő-levegő rakéta tartógerendán
Nem hűtött detektor
A nem hűtött detektorok elterjedését a mikro áramkörök, alkatrészek fejlődése is támogatta. A tömeges gyártásunkhoz jelentős katonai, majd gazdasági érdekek fűződtek, mivel a nagyarányú elterjedésük a hétköznapi életben történő felhasználásukat – például a tűzoltóság mentési munkái, a polgári repülés rossz látási viszonyok között –, is lehetővé tették.
 |
 |
Hőkamera teszt repülőn
Mindkét képen jól látható, hogy nagyságrendekkel képes emelni a polgári repülés biztonságát az EVS hőkamerás leszállító berendezések használata (Enhanced Vision System – a látást kiterjesztő rendszer a repülőgép vezető számára nyújt felbecsülhetetlen jelentőségű segítséget rossz látási viszonyok közötti leszállás esetén).
Előnyök
Hátrányok
Horváth Tamás, okleveles biztonságtechnikai mérnök, szakértő, Magyar Villamos Művek
Dr. Kovács Tibor, egyetemi docens, PhD/CSc
Előző részek:
Hőkamerák a biztonságtechnikában 1. – A történet
Hőkamerák a biztonságtechnikában 2. – Az érzékelő, a bolométer
Következő részek:
Hőkamerák a biztonságtechnikában 4. – Az optikák
Hőkamerák a biztonságtechnikában 5. – Gyakorlati alkalmazások
Felhasznált irodalom
A hőkamerák biztonságtechnikai alkalmazásait bemutató cikksorozatunk második részében az érzékelőről és annak matematikai hátteréről szólunk. A biztonságtechnikai kamerákban egy „mikrobolométer” elnevezésű hőérzékelő elemet használunk.
Az érzékelő
A biztonságtechnikai kamerákban egy „mikrobolométer” elnevezésű hőérzékelő elemet használunk, amely valójában speciálisan a hőkamerák számára kialakított bolométer. Az alapanyag a leggyakrabban a VO-háló (vanádium-oxid) vagy amorf szilikon. Az igényes biztonságtechnikai alkalmazások esetében a vanádium-oxid elektronikai szempontból igen kedvező, mivel a számunkra legtöbbet használt hullámhosszúságú tartományban a vanádium-oxid jól mérhetően változtatja az elektromos ellenállását. Ez az érték 100 kΩ nagyságú, amely jól kihasználható különböző mérőáramkörök készítésekor.
Az alapparaméter – NETD
Hőkamerák esetében sem egyszerű az egyes eszközök összehasonlítása. A videomegfigyelő-rendszerekkel foglalkozók tudják, hogy a látható tartományú kamerák összehasonlító vizsgálatakor szükséges egységes vizsgálati módszer miatt minden paramétert, műszaki jellemzőt pontosan meg kell határozni a mérések előtt. Természetesen ebben az esetben sem tehetünk másként, azonban van egy meghatározó paraméter, amely az eszközbe beépített mikrobolométertől függ alapvetően: NETD (Noise Equivalent Tempereature Difference – zajszinttől vagy más néven hőzajtól megkülönböztethető hőmérséklet-különbség). Ez a műszaki jellemző meghatározza a felhasználni kívánt kamera „érzékenységét”, megmutatja milyen hőmérséklet-különbséget lesz képes a kamera érzékelni. Ezt a paramétert egy adott F Stop szám megadása mellett szokás meghatározni. Például: 50 mK = 0,05 oC – F1.2
Napjainkban a legtöbbet eladott mikrobolométer hálót (elemi képalkotó elemek rendszere) tartalmazó kamerák felbontásai:
A legjobb felbontású háló (1024 × 768) 2008-óta van jelen a piacon, de természetesen még 1 MP feletti felbontású érzékelőket is gyártanak, de azok már kizárólag a katonai alkalmazások számára elérhetők.
A napjainkban olyan elterjedt „minél nagyobb felbontású kamerát használjuk” szakmailag helytelen elképzelés mellett azt azért érdemes megjegyezni, hogy ebben a technológiai környezetben akár a legkisebb felbontású érzékelőt tartalmazó kamera is – adott alkalmazásban és adott képelemző program támogatásával – kiváló eredményt érhet el. Ne feledjük, nem nézik az operátorok a hőkamerás rendszer képét, mivel az nem azért készül. A fő feladat a videoanalitikai szoftverek kiszolgálása, tehát jelzésadás, ha az ellenőrzött képtartományban az előre beállított szabályoknak megfelelő mozgás van.
A bolométeres infravörös-érzékelő fizikai működése
Az 1. ábrán a bolométeres infravörös-érzékelő fizikai kialakításán jól látható, hogy az érzékenység – korábban taglalt – NETD-értéke alacsony szinten tartásához az érzékelő elemet „távol” kell tartani az elektronikától, mert az általa termelt hő, mint hőzaj jelentősen ronthatja a szenzor érzékenységét.
A bolométer fizikai kialakítása (1. ábra)
(Forrás: Matyi Gábor: Nanoantenna-mom dióda szenzorok elektrodinamikája, doktori disszertáció, 2007.)
A hőáramlás differenciálegyenlete
Természetesen a hőáramlás, mint fizikai folyamat is pontosan meghatározható matematikai összefüggések felhasználásával. A nem igazán bonyolult differenciálegyenlet (2. ábra) megoldása írja le azt a hőmérséklet-különbséget, amelyet az érzékelő képes megkülönböztetni az összefüggésben meghatározott hullámhosszúságú tartományban.
A hőáramlás differenciálegyenlete (2. ábra)
A hőmérséklet-változás értéke (3. ábra)
Időállandó (4. ábra)
ahol
Rezisztív bolométer
Akkor beszélünk rezisztív bolométerről, amikor az érzékelő elem ellenállása jelentősen változik a bolométer hőmérséklete függvényében.
Az ellenállás változása az érzékelőn (5. ábra)
A bolométer ellenállásának hőmérséklet-együtthatója (6. ábra)
Hőmérséklet-együttható fémekre (7. ábra)
A fenti összefüggések alapján a bolométer kapcsain mérhető feszültség ib munkaponti áram hatására:
Mérhető kapocsfeszültség a bolométeren (8. ábra)
Kapocsfeszültség egy másik összefüggésben (9. ábra)
Az így meghatározható elektromos jellemző már a gyengeáramú szakmában jól ismert módszerekkel felhasználható, ebből a paraméterből, megfelelő felhasználást, átalakítást követően, végső soron videó képe állítható elő, amely ideális lehet a képelemző programok számára.
Más működési jellemzőkkel bíró bolométerek is léteznek. Például a ferroelektromos, piroelektromos, termoelektromos bolométerek. A biztonságtechnikai szakmában számunkra ezek a típusok kevésbé hatékonyan használhatók fel, így ezekről részletesebben nem érdemes szólni.
Horváth Tamás, okleveles biztonságtechnikai mérnök, szakértő, Magyar Villamos Művek
Dr. Kovács Tibor, egyetemi docens, PhD/CSc
Az előző rész:
Hőkamerák a biztonságtechnikában 1. – A történet
Következő részek:
Hőkamerák a biztonságtechnikában 3. – Detektorok
Hőkamerák a biztonságtechnikában 4. – Az optikák
Hőkamerák a biztonságtechnikában 5. – Gyakorlati alkalmazások
Felhasznált irodalom
A hőkamerák biztonságtechnikai alkalmazásait bemutató cikksorozatunk első részében a hőkamerák történetét mutatjuk be. A kezdeti fejlesztések igénye – mint sok más esetben –, itt is katonai oldalról merült föl.
Elődeink már évezredek óta alkalmazzák, akárcsak mi is napjainkban: hideg időben a tűz körül vagy a kandalló mellett ülve a tenyerünkkel próbáljuk felfogni a tűzből áradó meleget. Tenyerünkkel meg tudjuk találni azt a pontot, ahol a hőáramlás számunkra a legkedvezőbb. Mi is csinálunk valójában? Nem mást, mint tenyerünket szenzorként felhasználva a számunkra legkomfortosabb felületet keressük meg. Ezt a fizikai jelenséget felhasználva napjainkban a tudomány már egészen elképesztő eredményekkel képes szolgálni talán ma még nem a hétköznapi biztonságtechnika világában, de már kiemelkedő biztonsági kockázatú létesítmények biztonsági rendszerei kiépítésben.
Miért kell a hőkmera?
A kezdeti fejlesztések igénye – mint sok más esetben –, itt is katonai oldalról merült föl:
Maga a „bolométer elv” már sok-sok éve ismert:
E teória kidolgozásban Samuel Pierpont Langley (1878) járt az élen, majd százéves szünet következett, amíg az elektronika olyan szintre fejlődött, hogy a szenzorok által biztosított elektromos jeleket gyorsan fel tudjuk dolgozni.
A fejlesztés mérföldkövei
Miről is beszélünk?
Mielőtt részletesen beszélnénk a hőkamerák működésének fizikai alapjairól tudnunk kell, pontosan miről is beszélünk egyáltalán. Itt nem a vadászatokon oly divatos „éjjel látó” berendezés működését szeretném taglalni, amely a látható fénytartományhoz igen közel lévő, már az infra tartományba eső elektromágneses sugárzást használja fel a látás javítására, infrafényvető, -szűrő és -erősítő segítségével. Ugyanis ebben az esetben nem a „céltárgyak” hősugárzását érzékelik, hanem a róluk visszaverődő infra tartományú fényt.
A hőkamera számára fontos tartomány a 1 µm-es hullámhosszúságnál kezdődik és 1 mm hullámhossznál fejeződik be. A biztonságtechnikai alkalmazások esetében a leggyakoribb a 8-12 µm-es Long Wave Infrared (LWIR – hosszú hullámú infravörös sugárzás) tartományban működő kamerák használata. A katonai alkalmazások különlegesek, így a leghosszabb sávban is találunk kamerákat (ábra).
Elektromágneses sugárzás tartományai (ábra)
A hősugárzás tartományait különböző sávokba sorolhatjuk az alábbiak szerint:
(Megjegyzés: IR-sugárzás frekvenciája: f > 300 GHz »(1 mm) 300 GHz–(2,5µm) 120 THz)«
Horváth Tamás, okleveles biztonságtechnikai mérnök, szakértő, Magyar Villamos Művek
Dr. Kovács Tibor, egyetemi docens, PhD/CSc
Következő részek:
Hőkamerák a biztonságtechnikában 2. – Az érzékelő, a bolométer
Hőkamerák a biztonságtechnikában 3. – Detektorok
Hőkamerák a biztonságtechnikában 4. – Az optikák
Hőkamerák a biztonságtechnikában 5. – Gyakorlati alkalmazások
Felhasznált irodalom
