Тепловизор BOLID TCI-111 - флагман видеоохраны линейных объектов

Тепловизор, согласно ГОСТ Р 8.619–2006 "Приборы тепловизионные измерительные. Методика поверки", – оптико-электронный прибор, предназначенный для дистанционного наблюдения радиационной температуры объектов, находящихся в поле зрения прибора, путем определения температуры поверхности объекта по известным коэффициентам излучения и параметрам съемки (температура окружающей среды, пропускание атмосферы, дистанция наблюдения и т.д.). В данной статье разберем основные паттерны использования тепловизоров, сферы их применения, а также особенности тепловизора BOLID TCI-111

Физические принципы работы тепловизора

Из книги “Основы тепловидения” (Санкт-Петербург, 2012) авторов В.В. Коротаева, Г.С. Мельникова, С.В. Михеева: “В последние годы развитие тепловизионной техники идет в основном по пути применения неохлаждаемых многоэлементных приемников излучения (МПИ), физические характеристики которых весьма высоки и практически не уступают охлаждающим системам. Современные тепловизионные системы (ТПС) имеют малые массо-габаритные характеристики и энергопотребление, обеспечивают бесшумную работу и высокое качество тепловизионного изображения, широкий динамический диапазон при работе в режиме вещательного телевизионного стандарта, цифровую обработку в реальном масштабе времени, связь с ЭВМ и т.п. и делятся на два основных класса:

• наблюдательные (показывающие);
• измерительные, или радиометрические (термографы).

В сфере охранного наблюдения тепловизоры с функцией температурной индикации практически не применяются - в этом нет большого смысла: стоят существенно дороже, а информация о конкретной температуре объекта для средств охраны явно избыточна. Задача тепловизора - обнаружить цель (человек, техника) на фоне местности. Более редкая задача - обнаружение возгораний на открытой местности либо использование как дополнительного канала обнаружение возгораний в помещениях (ангаров, складов и т.п.).

Поэтому далее под тепловизором будем понимать неохлаждаемый наблюдательный МПИ по классификации ГОСТ Р 8.619-2006.

Таблица 1 - Диапазоны ИК излучения

Тепловизоры, как правило, работают среднем и длинноволновом поддиапазоне. Известный факт - тело человека сильнее всего “излучает” на длине волны 10 мкм - а это наиболее интересная для охраны цель наблюдения. Основным элементом тепловизора является детектор теплового излучения – болометр (аналог матрицы в камере видеонаблюдения) - именно он регистрирует излучаемое объектами и фоном тепло.

Особенности применения тепловизора

Тепловизионное наблюдение имеет свои особенности и сферу применения, отнюдь не являясь заменой традиционного видеонаблюдения. Напротив, тепловизор и видеокамера прекрасно дополняют друг друга. Важно понимать сферу применения тепловизионного наблюдения, возможности и ограничения, которые ему присущи.

В отличии от камер видеонаблюдения, работающих с отраженным от объектов светом в видимом и (в некоторых моделях) ближнем ИК диапазонах, тепловизор фиксирует излучаемое предметами тепло и не нуждается в источниках света. С другой стороны, эффективность обнаружения целей тепловизором (как при “ручной” работе оператора так и автоматически с помощью программного обеспечения) полностью зависит от разницы температур объекта и фона.

Из этого можно сделать ряд практических выводов:
1. Тепловизор эффективней для задач обнаружения движения на дальних расстояниях при отсутствии достаточного освещения охраняемой территории в ночное время.
2. Эффективность тепловизора в существенно меньшей степени, чем для стандартной камеры видеонаблюдения, зависит от плохих погодных условиях: дождя, тумана, снега, града и т.п.
3. Тепловизор, в отличии от стандартной камеры видеонаблюдения, не боится “засветки” объектива контровым светом, что позволяет использовать его даже при сложных сценах съемки с широким динамическим диапазоном яркостей. Его нельзя ослепить подручными средствами (например фонариком) потенциальному злоумышленнику.

Но нужно помнить и об ограничениях. Тепловизионное наблюдение - вовсе не “волшебная таблетка”, его применение ограничено определенными рамками. Далеко не во всех случаях тепловизор эффективен для решения охранных задач:
1. Из-за особенностей тепловизионного наблюдения тепловизор не решит задачу идентификации и лишь отчасти может решить задачу различения (в терминах 78.36.008 - 99 Проектирование и монтаж систем охранного телевидения и домофонов: Рекомендации).
2. Эффективность тепловизора снижается при температурах фона, близких к температуре целей наблюдения. Цель как бы “растворяется” в фоне, поэтому тепловизионное наблюдение не очень эффективно в летний солнечный день.
3. Тепловизор менее эффективен для обнаружения подготовленного нарушителя, пытающегося использовать маскировку (движение ползком в высокой траве, движение за преградой, использование теплоизолирующих материалов). Тем не менее тепловизор позволяет обнаружить в том числе и подготовленного нарушителя, но на меньших расстояниях.

Где применять?

Тепловизор в системах охраны практически не применяется внутри зданий - это неэффективно и слишком дорого. Основное назначение тепловизора без температурной индикации - охрана периметра протяженных объектов, территорий прилегающих к охраняемому объекту, контроль нахождения посторонних на линейных объектах транспортной инфраструктуры: трубопроводах, мостах, тоннелях, железнодорожном полотне.

Одним из серьезных преимуществ, делающих тепловизионное наблюдение незаменимым - является более эффективное обнаружение проникновения в запретную зону или прилегающую территорию на расстояниях в несколько сотен метров. На рисунке 1 представлены скриншоты с камеры видеонаблюдения с ИК подсветкой (слева) и тепловизора (справа):

Рисунок 1 - Эффективность обнаружения цели на дальних расстояниях в условиях малой освещенности. Слева – камера с ИК-подсветкой, справа – тепловизор.

Увеличим фрагмент скриншота с рисунка 1. На рисунке 2 хорошо видно силуэт человека на тепловизоре (справа). На скриншоте с камеры человек почти сливается с фоном из-за недостатка освещенности.

Рисунок 2 - Увеличенный фрагмент скриншота с камеры (справа) и тепловизора (слева)

Для линейных объектов - длина которых измеряется десятками километров - тепловизоры являются экономически более эффективными, нежели классические системы видеонаблюдения. Стоимость тепловизора компенсируется увеличением шага установки тепловизоров за счет большей эффективности обнаружения целей на дальних расстояниях. При этом помимо уменьшения количества самих используемых приборов - существенно снижаются затраты на систему передачи данных. Требуется меньше термошкафов, блоков питания, устройств защиты от перенапряжения, промышленных коммутаторов, оптических кроссов и муфт и т.п.

Акватории и береговая линия также достаточно часто охраняются с использованием тепловизионного оборудования для обнаружения плавсредств на дальних подступах от береговой линии. Тепловизоры могут применяться в сочетании с радиолокационными станциями и высокоскоростными поворотными камерами видеонаблюдения.

Наиболее эффективный алгоритм охраны протяженных периметров промышленных предприятий, объектов энергетики и транспорта, государственной границы - сочетание периметральных охранных систем, тепловизионного наблюдения, охранного видеонаблюдения с высокоскоростными поворотными камерами (например, BOLID VCI-529).

Как проектировать?

Для того, чтобы эффективно применять тепловизионное наблюдение в технических системах охраны периметра при принятии основных технических решений и проектировании необходимо учитывать те нюансы использования, которые были указаны выше.

Целевые задачи тепловизионного наблюдения

Задачи в тепловизионном наблюдении безусловно не идентичны задачам систем видеонаблюдения (согласно Р 78.36.008-99). Ни о какой идентификации - как о отождествлении изображения человека с конкретным лицом не может быть и речи - но такую задачу перед тепловизором и не следует ставить. Поэтому нужно уточнить, что понимается под классическими типами решаемых в видеонаблюдении задач применительно к тепловизионному изображению:

1. Обнаружение - выделение размытого пятна на фоне помех (сам факт появление объекта в кадре)
2. Различение - объект выделяется с достаточной ясностью и дифференцируется по принадлежности к классу (человек, животное, автомобиль)
3. Идентификация (опознавание) - объект дифференцируется по принадлежности к типу внутри класса (пол человека, тип автомобиля). Основная задача - определить цель по критерию свой / чужой.

Процесс наблюдения и принятия решения зависит от ряда случайных факторов и является вероятностным. Для определения критериев успешного выполнения задачи наблюдения для целевых задач обнаружения, различения и идентификации, как правило, используются критерии Джонсона.

Расстояние, на которых с заданной вероятностью решаются целевые задачи тепловизионного наблюдения, зависит от следующих факторов:
1. Тип цели
2. Тип целевой задачи (обнаружение, различение или идентификация)
3. Требуемая вероятность решения задачи
4. Погодные условия наблюдения (наличие осадков, тумана, дыма и т.п.)

При проектировании также необходимо учитывать “мертвую зону” под тепловизором в зависимости от выбранного фокусного расстояния.

BOLID TCI-111 – новое эффективное решение для видеонаблюдения

В обновленном модельном ряду системы видеонаблюдения марки Болид появилась новинка: тепловизор BOLID TCI-111 — уличная цилиндрическая (bullet) тепловизионная видеокамера с неохлаждаемым микроболометром (аналог матрицы для тепловизионной камеры) с тепловой чувствительностью (NETD) менее 40 мК, диапазоном рабочих температур -40 °C до +60 °C, степенью пыле-влагозащиты IP67, металлическим корпусом, объективом с фиксированным фокусным расстоянием (9 мм, 13 мм, 19 мм, 25 мм, 35 мм), количеством эффективных пикселей 640(ширина)x512(высота).

Для тепловизора BOLID TCI-111 спектральный диапазон составляет 7-14 мкм, что соответствует окну прозрачности атмосферы - т.е. участку спектра, на длинах волн которого тепловое излучение поглощается умеренно. Тепловая чувствительность (NETD) - т.е. способность различать разницу температуры объекта и фона - у тепловизора BOLID TCI-111 составляет <40 мК. Если перевести данную величину из Кельвинов в более привычные градусы Цельсия - получим впечатляющие 0,04°C. Такая чувствительность более чем достаточно как для задач выявления движения нарушителей в охранном наблюдении, так и для задач раннего обнаружения возгораний в задачах обеспечения пожарной безопасности.

Предельные расстояния для BOLID TCI-111 представлены в таблице 2:

Данные приведены для идеальных погодных условий и вероятности решения целевой задачи 0,5. При проектировании можно использовать поправочные коэффициенты, учитывающие погодные условия.

Два типа сигнала: IP и аналог

Уникальность BOLID TCI-111 заключается в универсальных интерфейсах подключения к существующей на объекте кабельной инфраструктуре: наличию как стандартного сетевого интерфейса 10/100Base-T, так и поддержка аналогового стандарта высокого разрешения – HD-СVI. Универсальным является и возможность электропитания устройства - AC 24V/DC 12V/PoE – что позволяет использовать BOLID TCI-111 на действующих системах видеонаблюдения – как сетевых, так и аналоговых.

Встроенные видеоаналитические модули

Встроенные в прошивку видеоаналитические модули:
• пересечения линии;
• вторжение в зону;
• выявление пропавших / оставленных предметов;
• обнаружение возгораний

Данные видеоаналитические модули позволяют эффективно решать основные задачи контроля протяженных периметров – обнаружение человека (до 1,3 км при фокусном расстоянии 35 мм и габаритах человека 1,8 x 0,5 метра) и обнаружения транспортных средств (до 4 км при фокусном расстоянии 35 мм и габаритах авто 2,3 x 2,3 метра).

Работа в составе ИСО "Орион"

BOLID TCI-111 может полноценно использоваться в Видеосистеме Орион Про как напрямую при подключении к серверу по IP, так и через сетевые и гибридные видеорегистраторы Болид. При прямом подключении к серверу лицензия на канал для BOLID TCI-111 бесплатна.

Выводы

Тепловидение с удешевлением элементной базы все сильнее проникает на рынок систем охранного видеонаблюдения. Не являясь панацеей и заменой традиционных систем видеонаблюдения тепловизор отлично их дополняет, повышая эффективность охраны периметров и объектов ещё на дальних подступах нарушителей. При проектировании тепловизионного наблюдения необходимо учитывать особенности тепловизоров и присущие ему ограничения грамотно выбирая фокусное расстояние объектива и места расположения тепловизора, а также применяемую тактику охраны и взаимодействие с другими подсистемами объекта защиты (периметральной сигнализацией, системой охранного видеонаблюдения).

Тепловизор BOLID TCI-111 имеет два видеовыходы (HD-CVI и IP), встроенные видеоаналитические модули и интеграцию в Видеосистему Орион Про, что позволяет применить его как на новых, так и на существующих объектах без необходимости существенных вложений в инфраструктуру систем видеонаблюдения.