Imager fai da te. Termocamera dalla fotocamera. Il principio di funzionamento del riproduttore d'immagini

A proposito di un dispositivo come una termocamera, oggi probabilmente tutti hanno sentito parlare. L'eccezione, forse, sarà solo i bambini piccoli. Un'altra cosa è che coloro che hanno visto questo dispositivo "vivi" non sono così tanti, quelli che lo hanno tenuto tra le loro mani - e ancor più. Ma ci sono quelli che non solo hanno tenuto, ma hanno creato la loro versione "domestica" della termocamera. Tuttavia, qualunque sia la categoria che consideri, il nostro articolo sarà comunque interessante per te. I non iniziati saranno in grado di comprendere il principio di funzionamento dell'imager, e gli esperti e gli assi scopriranno nuove opportunità per se stessi. Ma prendiamo tutto in ordine.

La termocamera del dispositivo, essendo un dispositivo per misurare la temperatura delle superfici con un metodo senza contatto, può significativamente rendere la vita più facile per i rappresentanti di molte professioni. Originariamente inventato per scopi militari, questo dispositivo piuttosto complesso e costoso è ora utilizzato con successo nella maggior parte dei casi campi di attività persona. Ad esempio, nell'industria - per controllare i cambiamenti termici durante i processi tecnologici; in medicina - per la diagnosi di malattie; quando si caccia per uccelli e animali; nella costruzione - per identificare le aree di dispersione di calore o, al contrario, i posti per la posa dei tubi. E questo non è un record completo di questo dispositivo.

Tipi di dispositivi

Termocamera - così richiesto e dispositivo multifunzionale che ha due opzioni di design tecnologico:

• Stazionario. I dispositivi di questa categoria sono progettati per l'uso in impianti industriali allo scopo di monitorare i processi tecnologici. Il sistema di raffreddamento dell'azoto è un apparecchio abbastanza frequente con cui è equipaggiata una termocamera analoga. Le caratteristiche delle sue temperature di lavoro sono piuttosto impressionanti: da -40 a +2000 ° C. Le basi di questi sistemi sono, di regola, dispositivi assemblati su matrici di fotorivelatori a semiconduttore.

• Portatile (portatile). Gli sviluppi innovativi hanno permesso di allontanarsi dall'uso di apparecchiature di raffreddamento ingombranti, passando alla produzione di termocamere basate su microbolometri di silicio non raffreddati. Tali dispositivi sono inerenti a tutti i vantaggi dei loro predecessori, che includono, ad esempio, una piccola fase di temperatura nella misura (0,1 ° C). È anche possibile utilizzare una termocamera di questa classe per lavori di valutazione complessi, che richiedono sia la facilità d'uso che la portabilità del dispositivo. Molte termocamere portatili hanno la possibilità di connettersi a un PC per il rapido trattamento dei dati da loro.

L'uso di una termocamera in una particolare area impone determinate stampe sulle caratteristiche prestazionali desiderate di questo dispositivo. Pertanto, prima di acquistare questo dispositivo, è necessario valutare le sue condizioni di utilizzo. Aiuterà in questa istruzione. Termocamera Acquisito senza una adeguata familiarizzazione con le regole di funzionamento, potrebbe non adattarsi alle tue esigenze. Ad esempio, le termocamere utilizzate nella caccia dovrebbero avere un corpo in lega leggera antiurto con un grado di protezione non inferiore a IP54.

È auspicabile che questo fosse un design monoblocco con display sul mirino e sullo schermo LCD. E la gamma visibile di cacciatori di imager termici dovrebbe raggiungere i 1500 m, mentre nel settore edile tali requisiti non sono imposti alle termocamere.

Il principio di funzionamento del riproduttore d'immagini

Il funzionamento della termocamera si basa sulla capacità di qualsiasi oggetto di generare radiazione termica (radiazione infrarossa), la cui intensità dipende direttamente dalla temperatura dell'oggetto. L'imager cattura i raggi infrarossi a grandi distanze, trasformandoli in una forma leggibile dall'uomo. La differenza nella radiazione termica di vari oggetti e consente di vedere i rilievi al buio, così come i flussi freddi o caldi. In questo caso, il colore rosso indica le aree con la temperatura più alta, il nero o il blu - le aree a bassa temperatura.

La differenza fondamentale tra dispositivi come una termocamera e un dispositivo per la visione notturna deve essere compresa. La differenza è la loro capacità di vedere al buio. L'imager trasmette la propria radiazione infrarossa di oggetti, mentre il dispositivo di visione notturna riflette e amplifica la radiazione di altri oggetti. Cioè, è possibile eseguire le funzioni di un dispositivo di visione notturna con una termocamera, ma non costruire una mappa di calore utilizzando un dispositivo per la visione notturna.

L'algoritmo di funzionamento dell'imager è costituito da tre fasi:

1. Fissazione della radiazione infrarossa.
2. Convertirlo in valori di temperatura.
3. Formazione del termogramma - immagine termica dell'oggetto, visualizzazione della distribuzione della temperatura sulle superfici degli oggetti.

Inoltre, queste azioni avvengono all'istante.

Nonostante il principio piuttosto complicato del funzionamento della termocamera, lo schema di un dispositivo portatile non è troppo macchinoso.

Tuttavia, si ricorda che per una sufficiente chiarezza dell'immagine sullo schermo è necessaria la presenza di ottiche speciali, con una miscela di germanio. Questo è ciò che determina l'alto costo dei dispositivi professionali. Il loro costo è calcolato in migliaia e talvolta in decine di migliaia di dollari. D'accordo, piuttosto grande quantità.

Le immense possibilità delle termocamere hanno ispirato a lungo molti giovani l'idea di assemblare questo dispositivo con le proprie mani. E, per fortuna, ci sono modi per fare una termocamera con le proprie mani ed evitare spese così impressionanti. Naturalmente, se non si intende utilizzare il dispositivo per scopi professionali.

Tre opzioni per l'implementazione del riproduttore d'immagini a casa, le diamo qui sotto: scegli quale ti piace di più. E i sensori per termocamere e altri elementi del dispositivo possono essere acquistati immediatamente.

Opzione numero 1. Termocamera fai da te dalla fotocamera

Questo metodo si basa sul fatto che inizialmente le matrici di tutte le telecamere sono perfettamente fisse radiazione infrarossa che, infatti, è necessario per il funzionamento della termocamera. Un'altra cosa è che i produttori di apparecchiature fotografiche fanno in modo che i dispositivi vedano la stessa cosa dell'occhio umano. Per fare ciò, un filtro speciale è posto davanti alla matrice, che assorbe o riflette praticamente tutta la radiazione IR - lo "specchio termico" o lo specchio caldo. Grazie a questo filtro, la curva di sensibilità della matrice diventa simile alla curva di sensibilità dell'occhio umano. Pertanto, è facile creare una termocamera con le proprie mani da una fotocamera, è sufficiente eseguire due azioni: rimuovere i filtri di calore dalla fotocamera e installare invece un filtro dello spettro visibile. Tuttavia, come dimostra la pratica, quest'ultima non è sempre necessaria.

Portata della termocamera auto-costruita

È possibile utilizzare una termocamera realizzata in questo modo per esigenze domestiche? E '. Tale termocamera sarà adatta per la costruzione o, ad esempio, durante la caccia? È probabile In ogni caso, gli amanti delle attività ricreative all'aperto apprezzeranno sicuramente questo dispositivo. Con esso, sarai in grado di controllare l'avvicinamento degli animali al tuo campo di notte, così come in nebbia o nuvole di polvere per cercare i membri del gruppo vaganti.

Se hai una reflex non necessaria a tua disposizione, circa $ 40 per un filtro IR, il desiderio e la capacità di smontare la fotocamera, allora dovresti provare questa opzione.

Opzione numero 2. Termocamera fai-da-te con termometro a infrarossi e schede Arduino

L'idea di questo metodo è molto semplice. Per creare una termocamera con le proprie mani, è necessario un termometro a infrarossi economico - questo è un dispositivo che può misurare la temperatura di un punto specifico nello spazio a breve distanza, e una scheda Arduino, attraverso la quale la colleghiamo a LED RGB da una lampada.

La scheda Arduino è uno strumento software e hardware progettato per utenti non professionisti per la realizzazione di sistemi semplici nel campo dell'automazione e della robotica.

Programmiamo il sistema in modo che la luce della lampada sia dipinta in diversi colori a seconda delle letture del termometro. Facciamo tradizionalmente che il calore corrisponda al colore rosso e basso al blu. Quindi, dirigendo la torcia con un termometro integrato su qualsiasi oggetto, automaticamente evidenziamo questo oggetto con il colore appropriato, a seconda della sua temperatura. Se aggiungi una fotocamera a questo set, non solo sarai in grado di vedere la temperatura delle superfici degli oggetti intorno a te a colori, ma anche di ottenere immagini che non sono peggiori di quelle che anche le termocamere più costose ti permettono di vedere.

Dove posso usare una termocamera?

Ovviamente, tali dispositivi non sono gli stessi delle termocamere per la caccia. È difficile creare un dispositivo potente con le tue mani. Ma l'opzione presentata può essere abbastanza utile per le esigenze domestiche, soprattutto perché il costo di questo progetto autoprodotto non supera i $ 50.

Opzione numero 3. Impresa termica termica fatta in casa per scattare oggetti statici

Il suo sviluppo è venuto da due studenti tedeschi, Max Ritter e Mark Cole. Questi giovani abitanti della città di Mindelheim hanno inventato un dispositivo che è stato abbastanza semplice da produrre e ha ricevuto un premio per questo nel 2010 in un forum scientifico e tecnico.

Il dispositivo è costituito da due servoazionamenti (per il movimento orizzontale e verticale), un controller Arduino (responsabile dell'elaborazione dei segnali e del trasferimento dei dati su un PC), un modulo sensore di prossimità temperature (ad esempio MLX90614-BCI), un modulo laser o un puntatore laser (indicherà l'area di scansione), il contenitore e la webcam. Avrete anche bisogno di due resistori da 4,7 kΩ e un treppiede.

La fotocamera svolge il ruolo di un mirino particolare dell'area di scansione, così come la fonte dell'immagine originale, qualsiasi webcam economica può gestire questo ruolo (minore è, meglio è).

I dati generati dal sensore possono essere letti utilizzando i bus SMBus e PWM. Il nostro caso consente anche l'uso di un sensore con indici BCI. Alimentazione 3V. L'indice BCI indica il tipo di fattore di forma con un ugello che fornisce un angolo di campo stretto di 5 °.

montaggio

• Inseriamo la scheda Arduino nel case con il vano batteria.
• Fissiamo il servomotore usando supercolla o resina epossidica nello spazio vuoto anteriore della scheda.
• Posizioniamo il secondo servomotore in un dispositivo rotante e fissiamo l'intera struttura.
• Collegare un termometro a infrarossi ad Arduino, collegando questo Ground a GND, da SDA a PIN4 VIN a 3.3V e SCL a PIN5. Installare anche un resistore da 4,7 kΩ collegando SDA a 3,3 V e SCL a 3,3 V.
• Effettuiamo il collegamento della Laser Card o del puntatore laser. Questo è per tenere traccia di dove è attualmente in corso la scansione.
• Installa la webcam in modo che la sua direzione coincida esattamente con la direzione del sensore IR e del laser.

E questo è tutto. Hai realizzato una termocamera con le tue mani!

Per quello che si adatta

Il processo di scansione di un oggetto e l'emissione di una mappa di calore impiega circa un minuto, poiché il sensore esegue la scansione dell'immagine futura punto per punto. Questo, ovviamente, è assolutamente inutile per il processo di caccia. Tuttavia, questa termocamera fatta in casa per la costruzione e altre riparazioni sarà di grande aiuto. Ad esempio, può essere utilizzato come metodo di prova per il riscaldamento di collegamenti elettrici o gruppi di alimentazione. Il dispositivo consente non solo di vedere il termogramma, ma anche i valori quantitativi delle temperature.

Oltre al funzionamento lento del riproduttore d'immagini ha un altro svantaggio - un pegging duro al PC, che lo rende debolmente mobile. Ma in alcuni casi, le capacità del dispositivo e il suo costo sono completamente giustificate - per tutti i componenti non dovrai pagare più di 200 y. e.

risultati

Dalle varianti di assemblaggio di imager termici improvvisati da noi descritti, si suggeriscono due conclusioni:

1. È abbastanza possibile creare una termocamera da solo.
2. La termocamera auto-prodotta ha uno scopo molto ristretto.

Pertanto, se hai bisogno di una termocamera per scopi globali, vale la pena di posticipare gli esperimenti e investire in attrezzature di alta qualità. Chiunque ami semplicemente progettare e chi è completamente soddisfatto delle possibilità dei prodotti fatti in casa, puoi dare consigli - raccogliere, sperimentare, e potrebbe anche essere che tu possa superare i risultati delle opzioni autodefinite da noi descritte e creare molto più avanzate termocamere per la caccia con le tue mani. Go for it!

Coloro che non sono particolarmente amichevoli con un saldatore e un cacciavite, ma amano trascorrere del tempo in natura, così come coloro che, per scopi professionali, possono utilizzare la visualizzazione delle proprietà di temperatura degli oggetti nell'intervallo da 0 a 100 ° C, si raccomanda di prestare attenzione alle attrezzature semi-professionali finite. Ad esempio, sugli smartphone con una termocamera Flir One.

Questi dispositivi possono servire al servizio di cacciatori e viaggiatori estremi, in quanto sono comodi, mobili, in grado di lavorare a temperature da 0 a 45 ° C e alta umidità atmosferica. E mentre il costo di un tale dispositivo non è molto diverso dal costo di tutti i tipi di fatti in casa.