Тепловизоры: реальность и недооцененный потенциал

Сетевые тепловизионные и биспектральные камеры с аналитикой и набором классических термографических функций несколько лет развивались в тени своих "пандемийных" собратьев, измеряющих температуру тела, но ситуация меняется. К стойкости к любым помехам, высокой дальности обнаружения, радиометрическим функциям и другим преимуществам тепловизоров добавились технологические новации, открывающие новые сферы применения и точки роста в будущем.

В пандемию тема тепловизоров сводилась в основном к обсуждению приборов для бесконтактного измерения температуры тела. Сегодня для многих этот вопрос уже решен: для одних – в пользу видеокомплексов на базе тепловизора, для других – в пользу биометрических терминалов СКУД с контролем температуры. Так или иначе, на новом этапе рост интереса к традиционным тепловизионным камерам связан с желанием участников рынка безопасности получить реальные выгоды от применения этих устройств для целей охраны и контроля различных технологических процессов.

Современный тепловизор – какой он?

Вопрос не праздный: если пару лет назад специалисты прогнозировали стремительное развитие тепловизионной техники, появление перспективных моделей с волнующе высокими техническими показателями, которые вот-вот сойдут с конвейера, то теперь прогнозы сдержаннее. Всех интересует доступное здесь и сейчас оборудование и его реальные возможности. Об этом и поговорим.

В актуальных тепловизионных камерах стандартом является использование неохлаждаемого микроболометра в качестве сенсора, а также фиксированного объектива со средним и длинным фокусным расстоянием, то есть достаточно узкими углами обзора. Исходя из специфики такой техники действуют нормативные ограничения на разрешение видеопотока и частоту кадров.

Главная способность тепловизора – предоставлять достоверную картину происходящего, "глядя" на километры вперед в любых условиях, даже когда видимость плохая и помехи сбивают с толку. Это связано с известным свойством тепловизионных устройств преобразовывать в видимое изображение невидимое глазу тепловое излучение от поверхности удаленных объектов. Определяя значение температуры в каждой точке, тепловизор может автоматически выявлять аномальные участки во всем поле зрения.

Современный тепловизор как часть системы видеонаблюдения представляет собой устройство с широким функционалом, полностью аналогичное IP-видеокамерам, за исключением того, что его матрица улавливает лучи не оптического, а инфракрасного спектра. Это ONVIF-совместимое сетевое устройство, отправляющее видеопоток в привычных кодеках H.264 или H.265, а также метаданные аналитики и звук.

Еще одно исключение из аналогии – цена: стоимость тепловизора выше среднего и сопоставима с ценой нескольких обычных IP-видеокамер вместе взятых. Решение, построенное на тепловизионном оборудовании, дешевым не будет, но в конечном счете выгода от вложений в систему очевидна. Речь как минимум об экономической эффективности, ведь чтобы охватить наблюдением определенную территорию, потребуется в разы меньше тепловизионных, чем визуальных камер, а это ощутимая экономия на сетевой инфраструктуре, техобслуживании и др. К тому же срок наработки на отказ у некоторых изделий порядка девяти лет.

Совокупность технических параметров, заслуживающих особого внимания при подборе тепловизора:

• разрешение тепловизионной матрицы (большинство доступных моделей все еще с вариантами до VGA (640x480) включительно с возможностью интерполяции до 704x576 пк);
• температурная чувствительность NETD (отличный показатель <40 мК);
• фокусное расстояние используемого тепловизионного объектива, от которого зависят углы обзора и возможность видеть больше либо на более дальних расстояниях.

На выбор камеры и ее цену влияют:

• конструктивное исполнение;
• срок наработки на отказ;
• наличие расширяемой гарантии;
• особенности поддержки радиометрии;
• варианты совместной работы с платформами видеомониторинга;
• способность интеграции во внешние системы, например контроля доступа.

Как и обычные IP-видеокамеры, тепловизионные модели разных производителей стоит рассматривать не только по характеристикам самого устройства, но и в связке со всей системой видеонаблюдения, оценивая удобство отображения, возможности преобразования видеопотока для увеличения его информативности и др.

Классические и биспектральные тепловизоры

Несмотря на текущие ограничения, российским потребителям доступны тепловизионные камеры различных типов:

1. Охранные – традиционные тепловизоры для круглосуточной защиты периметра и территории объектов: "видят" далеко, как правило предусматривают выбор объектива из нескольких вариантов в одной линейке. На вторжения реагируют заранее заданными способами.
2. С радиометрическими функциями – разнородная группа, включающая устройства:
   – Для измерения температуры тела – антиковидные термографические видеокомплексы с АЧТ, выполняющие безостановочный дистанционный контроль температуры людей. При совместном использовании с системами распознавания лиц и управления доступом обеспечивают ограничение прохода заболевших (например, путем блокировки турникета). Описаны в разных источниках, будут на слуху еще какое-то время.
   – Для мониторинга температуры оборудования, производственных линий и решения многих других задач. Именно в этой подгруппе актуальные устройства и технологии создают значительный потенциал для новых применений.

В отдельную и, пожалуй, наиболее перспективную категорию выделяются биспектральные IP-камеры, совмещающие в одном устройстве тепловизор и камеру видимого диапазона с вариантами разрешения от Full HD (например, Smartec) до 4K UHD (Mobotix). Комбинация "тепловизор плюс видеокамера" дает самое информативное изображение не только для обнаружения событий, но и их верификации в реальном времени. О разработках в этой категории речь пойдет впереди.

Функционала биспектральной камеры достаточно для решения большинства охранных задач на объектах любой сложности. Как правило, такие изделия имеют уличное исполнение для эксплуатации при очень высоких и низких температурах, защиту от ударов и повреждений, могут размещаться стационарно или на поворотно-наклонной платформе. Некоторые модели оснащаются датчиком внешней температуры, антиобледенителем окна, стеклоочистителем с дистанционным управлением, "навесным" ИК-прожектором для работы оптического модуля в полной темноте, микрофоном и громкоговорителем.

У IP-камер с интерфейсами для подсоединения внешних охранных датчиков и исполнительных устройств есть дополнительные преимущества. Используя реле, сухие контакты и др. можно выполнить подключение к внешним системам (например, пожарной сигнализации).

Практичная реализация "биспектральности" – произвольно наполняемая модульная конструкция устройств отдельных производителей. В качестве примера – монокорпусные камеры Mobotix: поставляются с уже установленным на заводе тепловизионным модулем по выбору заказчика и с одним-двумя свободными слотами под модуль камеры видимого диапазона, которая может быть подобрана индивидуально и установлена по мере необходимости.

Еще интересная разработка того же вендора – биспектральная камера с выносным основным блоком, к которому трехметровыми кабелями подсоединяются до четырех сенсор-модулей, в том числе тепловизионные, в разных комбинациях. Сами сенсор-модули встраиваются в стеновые панели, турникеты и другие пространства, что обеспечивает, помимо прочего, быструю и несложную замену вышедшего из строя узла.

В нашей краткой и нестрогой классификации тепловизоров специализированную категорию отведем приборам во взрывозащищенном исполнении, предназначенным для работы на объектах ТЭК, нефтегазовой и других отраслей в потенциально опасных условиях с риском воспламенения паров, газов, пылевой взвеси или мелких волокон, находящихся в воздухе. Они имеют сертификаты ATEX, IECEx и др. для использования во взрывоопасных зонах и почти неуязвимы. "Готовых" моделей немного, подбор под проект индивидуален. Один из возможных вариантов реализации – "сборное" изделие, когда обычный тепловизор устанавливается в стороннюю взрывобезопасную оболочку с германиевым стеклом.

Что видно?

В целом принцип действия тепловизоров одинаков, но различия между конкретными моделями довольно существенные. За счет чего возникает разница? В совокупности факторов большое значение имеют технологии и функции, которые есть у того или иного бренда и которые могут повлиять на выбор оборудования под проект.

Общий интеллектуальный тренд не обошел стороной тепловизионные камеры видеонаблюдения, и производители начали внедрять и развивать в них бортовую видеоаналитику собственной разработки или совместно с партнерами. Уже не редкость встроенные алгоритмы обнаружения движения или пересечения виртуальной границы. Есть устройства с целым набором аналитики, например у Wisenet это определение направления движения, праздношатания, оставленных/похищенных предметов, входа/выхода из зоны, детектор внешнего воздействия, удара, детектор изменения температуры. И в дополнение аудиоаналитика с детекцией выстрелов, громких криков, разбития стекла, взрывов.

На тепловизорах могут работать все более сложные приложения видеоаналитики, к примеру распознавания лиц, номеров, падения человека, а также аналитика логистики, комплектации, дефектоскопии, выявления брака при производстве. Важно, что такую аналитику пишут и российские разработчики.

Другой наглядный пример – поддержка тепловизором радиометрических функций. Заявляют о них многие компании, но реализуют по-разному. Как правило, тепловизор выполняет мониторинг температуры объектов в отдельных точках кадра и автоматически уведомляет оператора видеосистемы о критичных изменениях значений в границах заранее заданной нормы.

Особенности проявляются не только в диапазоне различаемой температуры и методике замера, но и в погрешности измерения, вариантах цветовой палитры для визуализации тепловых данных, настройке и управлении термографическими функциями средствами ПО из комплекта и/или совместимых сторонних решений. Например, у биспектральных камер Smartec STX достаточно широкий диапазон различаемых температур от -40 до +150 °C с возможностью кастомизации до более высоких значений верхней границы, а у Mobotix M16 он еще шире, от -40 до +550 °C, причем температура замеряется в каждом пикселе кадра. Более того, на изображении можно выделить до 20 зон со своими порогами, и каждая из них будет независимым триггером тревоги при фиксации отклонений.

При выборе и использовании тепловизора необходимо учитывать корреляцию точности и верхнего предела измеряемой температуры. Эти показатели связаны обратной зависимостью: выше максимальная температура измерения – ниже точность. При несоответствии назначения тепловизора и случая его применения могут происходить такие нежелательные события, как выгорание сенсора с дальнейшим выходом из строя всего устройства в случае попадания в кадр сверхвысокотемпературных объектов для характеристики диапазона измерения или постоянное возникновение ложных тревог, делающее использование прибора бессмысленным для характеристики точности.
Повысить ситуационную осведомленность и эффективно предупреждать происшествия помогает взаимодействие тепловизионного и визуального модулей в едином устройстве или двух отдельных камер.

Обычно тепловизионный и визуальный видеопотоки отображаются по отдельности, но не всегда. Например, инновационные тепловизионные системы Mobotix с двумя объективами предоставляют возможность накладывать тепловое и оптическое изображения друг на друга, чтобы результирующая картинка стала максимально ясной и информативной для оператора. Тепловизоры Wisenet TNO задействуют функцию Handover, при активации которой событие, зафиксированное аналитикой при обработке тепловизионного потока, автоматически "направляет" PTZ-камеру в зону тревоги и инициирует ее переход к нужной предустановке для детального рассмотрения интересующей области кадра.

Новые технологии и функции расширяют спектр использования тепловизионных и биспектральных систем для охраны объектов промышленности и транспортного сообщения, мониторинга и обнаружения угроз, в частности раннего обнаружения очагов возгорания, предотвращения распространения пожаров и аварий, связанных с перегревом энергетического оборудования, для профилактического обслуживания техники и многих других применений.

Семь задач – одно решение

Повышенный спрос на устройства для медицинского измерения температуры тела человека, вызванный пандемией, может оказаться кратковременным, а ниша применения стандартных тепловизоров как существовала до этого, так и продолжает существовать и развиваться.

Тепловизионная техника востребована и может эксплуатироваться на самых разных объектах и в условиях любой сложности. лучший показатель эффективности тепловизоров – примеры некоторых реализованных проектов.

Охрана периметра

В одном из кейсов тепловизионные камеры в малом количестве устанавливались вдоль протяженного периметра охраняемого объекта на удалении большем, чем это возможно с камерами видимого диапазона, обнаруживали попытки проникновения на дальних подступах и работали в связке с PTZ-камерами. В другом – тепловизоры соединялись с периметральной системой освещения с IP-управлением: при обнаружении движения камера инициирует тревогу и самостоятельно передает команду на включение освещения.

Контроль технологической линии

На промышленном предприятии, где при помощи тепловизоров контролировалась конвейерная лента, удалось предотвратить чрезмерный нагрев подшипников из-за отсутствия смазки и, как следствие, остановку конвейера.

Мониторинг температуры оборудования

Из примечательных кейсов – круглосуточный контроль печатных машин на полиграфическом комбинате на предмет перегрева отдельных частей и блоков; контроль температуры в серверной для снижения риска выхода серверов из строя, связанного с неизбежной потерей данных, ограничением доступности клиентских сервисов, дорогостоящей и сложной заменой железа; контроль трансформаторных участков с разделением изображения на зоны (расширительный бак, расцепитель и др.), для каждой из которых задавались свои допуски по температуре и программировалась логика срабатывания (свое действие и сообщение для каждого блока).

Оснащение грузового автотранспорта

Проект, реализованный на российском горнообогатительном комбинате, позволил повысить безопасность людей и техники и снизить риски при вождении, особенно в ночное время, за счет установки тепловизоров на Белазы, которые круглые сутки в условиях крайне ограниченной видимости вывозят руду из карьеров.

Оценка заполняемости резервуаров топливом

Благодаря способности тепловизоров "видеть насквозь" биспектральные камеры во взрывозащищенном исполнении были использованы на топливно-наливной станции для определения уровня налива жидкости в резервуары, а также видеомониторинга въездов/выездов транспорта.

Применение в агропромышленном комплексе

Подобные кейсы связаны с дистанционным контролем состояния здоровья животных на МПЗ, температурных режимов в теплицах и амбарах, нагрева зерна в зернохранилищах и т.д.

Раннее обнаружение возгорания

Среди примеров из практики, касающихся наблюдения за объектами, для которых критична опасность перегрева, – оснащение мусорных полигонов, пунктов сортировки, складских комплексов.

Дальше – больше

В статье дан лишь беглый взгляд на возможности современных тепловизоров, их гораздо больше. У тепловизионной техники огромный потенциал, функциональный и интеграционный. Процесс расширения сфер использования будет продолжаться, причем за счет не только уникальных проектов, но и типовых реализаций. Сейчас как никогда важно поддержать наметившийся переход тепловизоров из узкоспециального в массовый сегмент. Впрочем, каждый проект по-своему уникален и решающее значение может иметь каждая деталь. Все нюансы заказчику самому учесть практически невозможно, поэтому подбор тепловизионного оборудования доверяйте специалистам.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" №3/2022

Все статьи журнала "Системы безопасности"
доступны для скачивания в iMag >>

Фото обработано нейросетью