Зачем нужен и как выбрать ИК-прожектор для видеокамер

Устройство и особенности ИК-светодиодов

Теоретически мы разобрались, чем отличаются инфракрасные светодиоды от обычных светоизлучающих. Но как это достигается на практике? Разберемся в принципе работы и тех, и других.

Некогерентные светодиоды

Конструктивно прибор представляет собой «слоеный пирог», состоящий из двух типов полупроводников: n и p. При прохождении тока через этот pn-переход отрицательный заряд электронов (n) соединяется с ионами положительно заряженных дырок (p). В этот момент выделяется энергия, и мы видим излучение света.

Но, как мы знаем, светодиоды могут светиться разным цветом, т. е. излучать волны разной длины – от ультрафиолета до инфракрасного спектра. Почему? На спектр излучения кристалла влияет тип материала, из которого он изготовлен. К примеру, светодиоды на основе нитрида алюминия работают в ультрафиолетовом спектре, фосфид галлия даст красный цвет, а приборы на основе арсенида галлия излучают в инфракрасном спектре.

Осталось разобраться, почему они называются некогерентными. Любой светодиод излучает волну не строго определенной частоты, а захватывает небольшой участок спектра. Участок этот не особенно велик и лежит в одном цветовом диапазоне, но он есть.

То есть если полупроводник светится, скажем, синим, то этот цвет не чисто синий с определенной, строго заданной длиной волны, а просто спектр излучения прибора лежит в синем диапазоне. К примеру, устройства на основе селенида цинка излучают волны длиной от 450 до 500 нм, но мы все равно видим синий цвет. Это хорошо видно по нижеприведенной таблице спектров.

То же касается светодиодов и другого цвета свечения, включая инфракрасные. Для того чтобы получить излучение строго заданной частоты, используется совершенно иной принцип, а сами приборы, которые так работают, получили название полупроводниковых лазеров.

Лазеры – когерентные светодиоды

Полупроводниковый лазер представляет собой все тот же «слоеный пирог», только размеры этого «пирога» имеет строго заданные параметры, совпадающие с длиной волны определенного спектра или кратные ей. При этом торцы кристалла отполированы до зеркального блеска, а нижняя и верхняя его части непрозрачны.

При подаче на кристалл напряжения происходит то же, что и в обычном светодиоде: он начинает излучать спектр волн, лежащих в некотором диапазоне. Излучение же, направленное внутрь, начинает отражаться от полированных стенок кристалла. Причем длина волны, на которую настроен кристалл, будет отражаться многократно, остальные частоты начнут затухать, накладываясь друг на друга в разных фазах.

Проходя вдоль кристалла, являющегося, по сути, резонатором, излучение определенной длины будет вызывать вынужденную рекомбинацию, создавая новые и новые фотоны с теми же параметрами, и излучение будет усиливаться (механизм вынужденного излучения). Эта фаза называется процессом накачки лазера. Как только усиление превысит потери, начнётся лазерная генерация.

Как сделать своими руками

При желании можно самостоятельно сделать ИК-подсветку своими руками, да и всю систему видеоконтроля. Для этого надо знать основы электротехники, принцип работы электронной аппаратуры и навыки в практической работе. Самый простой способ — переделать готовый светодиодный фонарик, излучающий видимый свет, и заменить излучатель инфракрасным светодиодом или лазерным диодом. При этом помнить, что лазерный диод лучше использовать для открытых мест (при необходимости осветить дальнее расстояние), а обычный светодиод — в замкнутых пространствах. На рис. 6 показан комплект видеонаблюдения для дачи или офиса.

Для построения системы видеоконтроля определите, какой участок нужно контролировать, где расположить видеокамеры и при необходимости внешнюю ИК-подсветку (составить примерный план). Например: видеокамеры — количество, тип. Видеорегистратор — 1 шт. Блок питания, подсветка — количество, модель. Нужный комплект подобрать в магазине. Затем смонтировать комплект на объекте.

Не рекомендуется направлять ИК-свет в глаза — может обжечь роговицу глаза. Если освещённости не хватает, можно добавить несколько инфракрасных диодов.

Для снижения нагрева излучателя и потребляемой мощности используется импульсное напряжение с регулируемой скважностью, то есть диоды моргают. Соотношение времени включенного и выключенного состояния светодиодов происходит на высокой частоте и незаметно для глаз

На рис. 7 показаны формы импульсного регулируемого напряжения для светодиодов.

Рис. 7. Эпюры регулируемого напряжения от 10 % до 90 %

В таком блоке питания применяется, как один из вариантов, схема на интегральном таймере ne555 с силовым транзистором.

На рис. 8 изображена принципиальная схема питания импульсным напряжением для подсветки.

Схему можно собрать на макетной плате. Её можно купить вместе с необходимыми радиодеталями в любом радиомагазине.

Интегральная микросхема NE555 — это управляемый генератор импульсов. Для её функционирования необходимо с помощью внешних деталей установить режим работы. Показанная схема рассчитана на работу от источника +12 вольт. Элементы С1, R1, R2 задают частотный режим подсветки. С выхода 3 напряжение подаётся через ограничительный R3 на силовой ключ T1 (полевой транзистор). Он снимает нагрузку с вывода 3. По мощности подсветки выбирают тип VT1. Мощность резисторов 0,125 ватта. Переменный R1 изменяет частоту выходного импульсного напряжения. При импульсном питании диоды отдают большую световую мощность, чем при питании постоянным напряжением. Свечение диодов можно проверить камерой сотового телефона или фотоаппарата. На экране будет светлое пятно.

Важно. При выборе надо учитывать, что ик-подсветка и ПНВ должны работать в одном частотном диапазоне

Какой мониторинг выбрать для просмотра дома?

В настоящее время на рынке существует 3 типа систем мониторинга: аналоговые, гибридные и цифровые. Аналоговый мониторинг позволяет просматривать в локальной сети, построенной на кабелях, соединяющих камеры с рекордером. Гибридный мониторинг основан на гибридном сервере или IP-рекордере и позволяет подключать цифровые устройства к аналоговым камерам. Цифровой предварительный просмотр IP — это самая современная форма видеонаблюдения, позволяющая создавать большие, открытые и сложные системы с использованием локальной сети.

Основной принцип мониторинга — сохранение изображений с камер на диск, архивирование и возможность предварительного просмотра в реальном времени. Самая современная система мониторинга, которая хорошо работает в частных домах, — это системы мониторинга HD-TVI и HD-CVI. Отличаются высоким качеством изображения HD и Full HD., отсутствие задержек при передаче изображения или большой дальности передачи видео. Они устойчивы к помехам, просты в установке и настройке.

Принцип работы датчиков

В продаже можно встретить сенсоры движения для освещения с таким принципом работы:

Инфракрасный. Сенсоры с таким принципом работы реагируют на изменение инфракрасного излучения в поле «зрения» датчика. В частности, когда подходит человек, его температура ИК-излучения выше, чем окружающей среды, поэтому датчик срабатывает, зажигая лампу. Главный плюс в дешевизне и простоте работы устройства. В то же время иногда датчик может не сработать, если температура тела человека незначительно отличается от «фоновой» — например, если на улице +40° С.
Микроволновой. Работает такое устройство по принципу радара: оно анализирует сигнал посылаемый и отраженный от объектов, которые находятся в контролируемой зоне. В отличие от ИК-приборов, микроволновые могут видеть на 360° вокруг себя. Такие датчики могут даже обнаруживать движение объектов за стеклом, поэтому их чаще всего используют в качестве охранных сенсоров, хотя также они встречаются и в осветительных приборах. Из хороших осветительных микроволновых можем посоветовать TDM ДДМ-02 с углом охвата 180°.

Комбинированный. Это устройства, которые одновременно имеют инфракрасный и микроволновой модули. Благодаря этому повышается надежность срабатывания, а также появляется возможность использовать одно устройство для двух целей: для освещения и охраны. Такие приборы довольно редко встречаются в продаже и стоят они недешево.

Когда стоит использовать ИК подсветку

ИК-подсвета чаще всего применяется в следующих случаях видеосъемки:

Формирование благоприятных условий для освещения. Стандартные светильники не справляются с задачей равномерности распространения светового потока на всей наблюдаемой площади. ИК-прибор вкупе с ним позволяет подсветить тени, выровнять экспозицию и детализировать кадры.
Создание скрытой системы подсветки. Многие системы безопасности проявляют эффективность, когда действуют незаметно для злоумышленника. Объект в полной темноте на самом деле может хорошо освещаться в инфракрасном диапазоне излучения и все события на нем детально фиксироваться на камеру.
Улучшение функций видеоаналитики. ИК подсветка дает возможность максимально точно считывать и обрабатывать информацию системам слежения даже в полной темноте.
Повышение пропускной способности передачи данных. Инфракрасное освещение позволяет улучшить качество изображения ночью и поспособствовать уменьшению объема записанных данных, и повысить скорость их обработки и передачи.
Улучшение изображения мегапиксельных камер.

При выборе видеокамеры для совокупной работы с ИК-подсветкой предпочтение нужно отдавать моделям, чувствительным к излучению в этом диапазоне. Хорошим примером является камера SONYExView HAD с ПЗС-матрицей.

Типовые модели и основные производители

Бастион SL-220VAC-10W-MS исп.5. Недорогая модель отечественного производителя. Работает от сети 220 В, мощность потребления 10 Вт, световой поток 700 лм.
Beward LIR6. Мощный ИК-излучатель от российского завода, работающего с 2004 года. Дальность действия от 20 до 120 метров. Угол обзора от 15 до 75 градусов, соответственно. Мощность потребления 10 Вт, питается от сети 12 вольт. Автовключение при освещенности менее трех люкс.
Brickcom IR040. Уличный ИК-излучатель на расстояние до 40 метров. Модель известного производителя из Тайваня, работающего с 2009 года. В приборе четыре светодиода, излучающих на частоте 850 нм с углом в сорок пять градусов.
Germikom XR-30 (25W). Уличный прожектор с длиной волны 880 нм и дальностью действия до 210 метров и углом 30 градусов. Дорогая и очень мощная модель ИК-излучателя от отечественного производителя. Работает от 12 В, потребляет 25 Вт.
Axis T90D35 W-LED. Очень дорогая модель уличного ИК-излучателя от шведского производителя, известного с 1984 года. Комплект заменяемых линз позволяет настраивать угол обзора от 10 до 80 градусов. Пучок освещения достигает до 180 метров.
Altcam IR-80. Средне-ценовой ИК-излучатель отечественного производства для установки на улице. Дальнобойность – 80 метров. Содержит 114 светодиодов. Предназначен для скрытой подсветки в ночное время.

Модельный ряд

На базе унифицированных комплектующих выпускается модельный ряд с различными характеристиками. В зависимости от характеристик камер видеонаблюдения можно выбрать с длиной волны 850нм или 950нм.

Угол излучения и дальность могут быть:

6°, дальность до 575м.;
10°, до 365м.;
15°, до 195м.;
35°, до 145м.;
52°, до 105м.;
90°, до 60м;
120°, до 40м;
дальность может быть увеличена на 50% при использовании сдвоенных ИК прожекторов.

Питание может быть 3 видов, указывается при заказе:

постоянное от 10 до 30V;
переменное от 10 до 24V;
от комплектного драйвера на 220В.

Низковольтное исполнение предназначено для работы в системе охраны и видеонаблюдения. В случае проблем с энергоснабжением, его обеспечат источники бесперебойного питания.

КАМЕРА НОЧНОГО ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ С ДАТЧИКОМ ДВИЖЕНИЯ

В случае необходимости совместного использования в камере видеонаблюдения ИК подсветки и датчика движения возникают несколько вопросов связанных с тем, что оба эти прибора работают в одном инфракрасном диапазоне.

Не будет ли мешать излучение ИК-прожектора датчику движения, установленному на камере в случае как аппаратного, так и программного исполнения.

Если ИК-прожектор имеет высокую интенсивность излучения, влияющую на детектор движения, его рекомендуется устанавливать позади камеры или под углом к устройству. В этом случае излучение не будет воздействовать непосредственно на чувствительный сенсор детектора или на светочувствительную матрицу, вызывая засветку.

В случае если используется дополнительный аппаратный датчик движения, не будет ли его излучение вызывать срабатывание программного датчика движения в самой камере.

Как правило, ИК излучение детектора движения слишком слабо, чтобы восприниматься матрицей видеокамеры, которая является основным чувствительным элементом программной детекции движения.

Если необходимо установить дополнительный ИК-прожектор на камеру, имеющую собственную интегрированную ИК-подсветку и аппаратный детектор движения, не случится ли зацикливания при их срабатывании.

К примеру, вечером, после наступления сумерек, автоматически включается ИК-прожектор. Детектор движения реагирует и активизирует камеру с собственной ИК-подсветкой. Становиться «светлее» и ИК прожектор выключается, после чего выключается и детектор движения. И так по циклу.

Такое зацикливание невозможно, так как фоточувствительный сенсор, активирующий ИК-прожектор настраивается на видимый спектр диапазона излучения и на него не сможет оказать ключевое влияние только ИК излучение.

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ИК КАМЕР

Высокая светочувствительность матрицы приводит к тому, что при наличии в воздухе мелких частиц, ИК свет, отражающийся от них приведет к полной непригодности получаемого изображения. Данный эффект аналогичен фотографированию снегопада ночью со вспышкой.

На фотографии будут видны только пролетающие вблизи снежинки. Видеокамеры имеют большую чувствительность и будут реагировать на снег, дождь или пыль.

Альтернативой является камер, действующих по принципу прибора ночного видения. Они имеют высокую стоимость и узкий сектор специфических задач.

Средний срок службы качественных светодиодов составляет 25-50 тыс. часов. При эксплуатации 10-12 часов в сутки составляет 5-7 лет. После этого они начинают выгорать, в зависимости от конструкции подсветки либо снижается дальность обнаружения, либо подсветка полностью выходит из строя.

Это особенно важно для камер с интегрированной подсветкой. Таким образом, чтобы камера ночного видеонаблюдения дальше выполняла свои функции необходимо будет обеспечить ее внешним ИК-прожектором.. Организация масштабной системы ночного видеонаблюдения имеет достаточно много нюансов, поэтому она требует не только профессиональных исполнителей, но и значительного опыта

Организация масштабной системы ночного видеонаблюдения имеет достаточно много нюансов, поэтому она требует не только профессиональных исполнителей, но и значительного опыта.

Вместе с тем рынок систем безопасности предлагает довольно много бюджетных вариантов для контроля небольших объектов, таких как гараж, автомобиль возле дома, офисное помещение, квартира и т.п. Эффективность ночной съемки такого оборудования достаточна для решения поставленных задач, а установку вполне может осуществить сам владелец.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Сфера применения

Самые популярные сегодня уличные прожекторы с детекторами движения – диодные. Они самые экономные и долговечные. Используются они для освещения территории возле частных домов для оформления садово-паркового ландшафта. Светодиоды тут смотрятся лучше всего. Кроме того, используются для освещения:

Пограничных территорий – как один из вариантов сигнализации.
Промышленных объектов.
Складов.
Автостоянок.
Других коммерческих объектов.

Важно! Подобные LED-фонари функциональны, их размеры небольшие, а процесс установки и эксплуатации предельно простой. Часто их устанавливают для входной группы

Столь широкое распространение можно пояснить многочисленными преимуществами прибора, среди них:

Долговечность, в особенности у моделей с диодами.
Простота монтажа.
Не требуют специального обслуживания.
Экономичность. Она достигается за счет включения только по необходимости, за что отвечает датчик движения и использования самого экономного на данный момент элемента освещения.
Устойчивость к негативным воздействиям внешней среды: шумы, вибрация, перепады температур, атмосферные осадки.
Возможность настройки под требуемые параметры.
Установка в любом месте, где есть прочное основание.

Недостатки и преимущества

Как и любое технологическое устройство, ИК-прожектор имеет свои плюсы и минусы в применении. Вот что необходимо знать о преимуществах данного устройства:

незначительное энергопотребление;
высокая износостойкость;
безопасность;
оптимальный уровень дальности действия.

Инфракрасное освещение также имеет и свои недостатки. Затрагивая этот вопрос, стоит сказать о том, что данный тип освещения несовместим с цветными камерами видеонаблюдения. Также работа уличной камеры непосредственно зависит от погодных условий и зачастую требует регулярной чистки стекла от различных загрязнений, вызванных внешними факторами окружающей среды.

Стоит также подчеркнуть, что в темноте камера может быть заметна из-за того, что светодиоды имеют красный оттенок в ночное время суток. Производители инфракрасных прожекторов не раз указывали на то, что в процессе работы камер прожекторы могут нагреваться, данный показатель является вполне нормальным. Перед использованием владельцу рекомендуется настроить яркость и установить необходимый контраст.

Принцип работы датчика движения

Уличный прожектор на базе светодиодов, оснащенный автоматическим блоком управления (датчиком движения), позволяет значительно экономить электроэнергию, так как освещение включается лишь при появлении в зоне радиуса действия прибора любого движущегося объекта. Устройство этого типа отслеживает изменение уровня инфракрасного излучения.

Механизм устроен таким образом, что ИК-излучение посредством встроенных линз и отражателей перенаправляется на специальный сенсор, который, в свою очередь, выдает реакцию на изменение уровня ИК-излучения. Затем с помощью реле происходит подключение нагрузки к питающей сети.

Уличный прожектор, оснащенный датчиком движения, имеет немало достоинств:

Длительность функционирования, так как диодные лампы могут служить на протяжении десятков лет без необходимости замены.
Простота подключения.
Не требует регулярного обслуживания, в том числе и частой замены лампочек.
Экономичность, что достигается не только за счет использования энергоэффективных светодиодов, но еще и благодаря автоматическому блоку управления, который включает и отключает прожектор по мере необходимости в освещенности участка, в частности, при появлении в радиусе действия прибора движущегося объекта.
Полная безопасность при эксплуатации, так как механизмом не предусмотрено использование вредных для организма человека веществ.
Повышенная стойкость к вибрациям, звуковым волнам и механическим повреждениям.
Быстрая реакция при включении и отключении прибора.
Установка на любой поверхности: горизонтальной, вертикальной. Это может быть столб, стены, перекрытие.
Устойчивость к перепадам температур, в том числе и к воздействию пограничных значений данного параметра.

Основная характеристика

ИК-прожектор представляет собой специальное устройство, которое работает исключительно в инфракрасном спектре благодаря наличию 1 и более ламп. Данное преимущество делает все темные объекты видимыми для камеры наружного видеонаблюдения. Подсветка является очень важным составляющим, так как видеокамеры наружного наблюдения могут нормально фиксировать изображения только при наличии эффективной работы световых лучей, которые отбиваются от различных предметов, тем самым делая картинку более четкой. Без необходимого освещения предметы на картинке будут размытыми и серыми.

ИК-подсветка состоит из следующих частей:

Панель, которая имеет в своей структуре светоизлучающие диоды. Данный элемент необходим для обеспечения нормальной работы устройства даже при минимальном освещении или его отсутствии.
Светофильтр. Специальный фильтр необходим, чтобы демаскировать устройство. Функция светофильтра заключается в полном поглощении видимой составляющей инфракрасного излучения.
Герметичный корпус. Обычно камеры наружного наблюдения устанавливают вне помещения, вся электронная схема требует защиты от неблагоприятной погоды. Для этого устройство помещают в герметический корпус.
Драйвер питания. Данное приспособление необходимо для того, чтобы камеру можно было подключить к сети 220 В, так как сам светоизлучающий диод питается малым количеством энергии.

Виды светодиодов, классификация

По предназначению выделяют индикаторные и осветительные светодиоды. Первые используются для стилизации, декоративной подсветки – например, украшение зданий, рекламные баннеры, гирлянды. Осветительные приборы используются для создания яркого освещения в помещении.

По типу исполнения выделяют:

Dip светодиоды. Они представляют собой кристаллы, заключенные в цилиндрическую линзу. Относятся к индикаторным светодиодам. Существуют монохромные и многоцветные устройства. Используются редко из-за своих недостатков: большой размер, малый угол свечения (до 120 градусов), падение яркости излучения при долгом функционировании на 70%, слабый поток света.
Spider led. Такие светодиоды похожи на предыдущие, но имеют 4 выхода. В таких диодах оптимизирован теплоотвод, повышается надежность компонентов. Активно используются в автомобильной технике.

Smd – светодиоды для поверхностного монтажа. Могут относиться как к индикаторным, так и к осветительным светодиодам.

Cob (Chip-On-Board) – кристалл установлен непосредственно на плате. К преимуществам такого решения относятся защита от окисления, малые габариты, эффективный отвод тепла и равномерное освещение по всей площади. Светодиоды такой марки являются самыми инновационными. Используются для освещения. На одной подложке может быть установлено более 9 светодиодов. Сверху светодиодная матрица покрывается люминофором. Активно используются в автомобильной индустрии для создания фар и поворотников, при разработке телевизоров и экранов компьютеров.

Волоконные – разработка 2015 года. Могут использоваться в производстве одежды.

Filament также является инновационным продуктом. Отличаются высокой энергоэффективностью. Используются для создания осветительных ламп

Важное преимущество – возможность осуществления монтажа напрямую на подложку из стекла. Благодаря такому нанесению есть возможность распространения света на 360 градусов. Конструкция состоит из сапфирового стекла с диаметром до 1,5 мм и специально выращенных кристаллов, которые соединены последовательно

Число кристаллов обычно ограничивается 28 штуками. Светодиоды помещаются в колбу, которая покрыта люминофором. Иногда филаментные светодиоды могут относить к классу COB изделий.

Oled. Органические тонкопленочные светодиоды. Используются для построения органических дисплеев. Состоят из анода, подложки из фольги или стекла, катода, полимерной прослойки, токопроводящего слоя из органических материалов. К преимуществам относятся малые габариты, равномерное освещение по всей площади, широкий угол свечения, низкая стоимость, длительный срок службы, низкое потребление электроэнергии.

В отдельную группу выделяются светодиоды, излучающие в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах. Они могут быть с выводами, так и в виде smd исполнения. Используются в пультах дистанционного управления, бактерицидных и кварцевых лампах, стерилизаторах для аквариумов.

Светодиоды могут быть:

мигающими – используются для привлечения внимания;
многоцветными мигающими;
трехцветными – в одном корпусе есть несколько несвязанных между собой кристаллов, которые работают как по отдельности, так и все вместе;
RGB;
монохромными.

Светодиоды классифицируются по цветовой гамме. Для максимально точной идентификации цвета в документации прибора указывается его длина волны излучения.

Белые светодиоды классифицируются по цветовой температуре. Они бывают теплых оттенков (2700 К), нейтральных (4200 К) и холодных (6000 К).

По мощности выделяют светодиоды, потребляющие единицы мВт до десятков Вт. Напрямую от мощности зависит сила света.

Источник: ledsshop.ru