Как сделать тепловизор из фотоаппарата: как переделать, видео

При упоминании тепловизора, сразу приходит на ум прибор, который используется военными для ночных операций. Но сфера использования этого устройства достаточно широкая и обширная.

Его применяют в энергетической промышленности, медицине, охранной деятельности. Пользуются им и охотники. В статье будет дано подробное описание — как можно сделать тепловизор в домашних условиях. Будут рассмотрены несколько вариантов самостоятельного изготовления этого устройства. Также будет дано описание принципа работы.

Принцип работы

Основным назначением тепловизора является определение температуры различных объектов на удалении. Контроль производится в инфракрасном спектре. Это устройство одинаково функционирует при дневном, искусственном или ночном освещении. На его работу не могут повлиять погодные условия, сильная влажность, температура окружающих объектов. Любые температурные отличия, даже в сотую долю градуса, учитываются и передаются на монитор в виде более ярко окрашенного участка. Военные и охотники используют устройство для определения живых объектов: людей, животных. В промышленности основным назначением этого устройства является контроль за изменением температуры работающих установок, механизмов и агрегатов.

Принцип работы тепловизора основан на определении инфракрасного излучения от объекта. Любой объект имеет собственное магнитное поле. Его частью является инфракрасное излучение, которое передается с определенной температурой. Именно это излучение пропускает через себя линза из германия. Линзы из обычного стекла не способны пропускать инфракрасное излучение, поэтому различная съемочная аппаратура и датчики оснащаются специальной чувствительной матрицей. Пропущенный поток попадает на чувствительную матрицу. Поверхность этого элемента оснащена высокочувствительными диодами. Инфракрасный спектр, попавший на них, изменяет электрическое сопротивление диодов. Данные об электрическом сопротивлении каждого элемента передаются на микропроцессор. После обработки процессор передает конечный результат на монитор. На экране появляется картинка, позволяющая визуально оценить температуру объекта. Дополнительно дается цифровое обозначение температуры каждого участка.

На дисплее тепловизора картинка представляет собой размытый силуэт, который показан в разных цветовых тонах. Чем температура выше, тем цвет ярче. Именно так воздействует инфракрасный поток на сопротивление диодов.

Тепловизоры могут быть переносными и стационарными.

1. Переносные используются, в основном, в виде дополнительного оборудования военных, охотников, выездных оперативных сотрудников предприятий. С их помощью определяют местонахождение живых или раненых людей, животных. Также определяется состояние отдельных приборов или аппаратуры.
2. Стационарные устройства более функциональные. Они могут являться частью охранных и пожарных систем, контролировать температуру различных устройств и механизмов. Часто имеют оснащение удаленным управлением и возможностью включения или отключения приборов, которые находятся в сфере их контроля.

Любой тепловизор является дорогостоящим профессиональным оборудованием. Очень часто приобрести его для повседневного использования очень сложно. Поэтому многие делают тепловизор своими руками. Далее будут приведены самые работоспособные варианты.

Сложность изготовления тепловизора

Данное устройство фиксирует инфракрасное излучение, испускаемое животными. Бывалые же охотники на практике используют прибор не для быстрого поиска добычи, а для нахождения подранков. Для других целей прибор мало подходит, поскольку дальность его действия ограничивается чувствительностью.

По конструкции тепловизор во многом похож на классическую цифровую камеру. В его конструкции используются следующие составляющие:

• светочувствительная матрица. Состоит из множества фотоэлементов, которые фиксируют разницу спектра картинки в области действия оптической системы;
• оптическая система. Нужна для фокусировки изображения, а также для его перенаправления на принимающее устройство;
• информационный блок обработки;
• дисплей для отображения графической информации.

Основная сложность самостоятельного создания тепловизора заключается в материалах, применяемых в процессе производства светочувствительной матрицы и оптической системы. Эти компоненты можно купить отдельно и провести самостоятельную адаптацию для совместной работы.

Самодельные устройства

Самодельный тепловизор может быть очень востребован у охотников. Прибор поможет определять местоположение животных в темноте. При этом на работу прибора не смогут повлиять погода, температура окружающего воздуха, различные посторонние объекты: нагретые камни, деревья и вода. Далее представим несколько вариантов, как сделать тепловизор для охоты своими руками.

Фотоаппарат

Изначально, все электронные фотоаппараты оборудованы чувствительной инфракрасной матрицей. Но для того, чтобы этот спектр не влиял на качество съемки, прибор оснащается тепловым фильтром, который поглощает излучение. Поэтому все, что необходимо, это просто удалить данный фильтр и немного модернизировать сам аппарат.

Для работы понадобится:

1. Полностью исправный фотоаппарат с ЖК-дисплеем.
2. 2 инфракрасных светодиода. Они должны иметь мощность не менее 5 ватт.
3. Охлаждающие радиаторы.
4. Микропереключатель.
5. Стабилизатор напряжения.

Чтобы сделать тепловизор своими руками из фотоаппарата, необходимо следовать следующей инструкции:

1. Открутить все крепежные винты от задней крышки устройства.
2. Демонтировать крышку.
3. Демонтировать дисплей.
4. Отсоединить все электропроводящие шлейфы.

5. Снять переднюю панель, микрофон.
6. В этой части прибора находится конденсатор, отвечающий за работу фотовспышки. Запрещается прикасаться к его контактам. Конденсатор нужно обесточить, предварительно закоротив ножки отверткой.
7. Далее нужно демонтировать объектив.
8. Отсоединить от матрицы фильтр ИК излучения.

9. Фильтр заменить простым тонким стеклом или прозрачной пленкой. Таким образом фотоаппарат сохранит функцию авто фокуса.

После, необходимо полностью собрать аппарат и проверить, работает ли он. Если все детали установлены правильно и прибор функционален, то его нужно снова разобрать. Далее требуется:

1. К пальчиковой батарее присоединить постоянный резистор для занижения выходящего напряжения. Заниженное напряжение поможет надолго продлить срок службы инфракрасных светодиодов и уменьшить потребление от батареи.

2. Подготовленные светодиоды промазать термопастой, установить или закрепить к радиаторам. Очень важно, чтобы термопаста и диод плотно соприкасались с радиатором охлаждения.
3. Проделать в передней крышке фотоаппарата 2 отверстия. Эти отверстия проделываются в верхней части, по разные стороны от объектива.
4. Светодиоды закрепляются с внешней стороны корпуса, их соединительные контакты выводятся внутрь.
5. Все элементы необходимо соединить параллельным подключением через микропереключатель.
6. Переключатель прикрепить к верхней части корпуса.

Теперь необходимо выключить свет в помещении и проверить работу устройства. С помощью данного прибора можно обнаружить тепловые скопления на незначительном удалении.

Веб-камера

Еще один достаточно интересный проект. Данная модель самодельного тепловизора относится к стационарным приборам. При помощи его можно осуществлять сканирование прилегающей территории, контролировать температуру различной техники и оборудования. Для того чтобы самостоятельно собрать этот прибор необходимы следующие детали:

1. Arduino. Этот микроконтроллер будет отвечать за передачу изображения. Важно чтобы это устройство было качественным. Дешевые подделки могут не принять установку программного обеспечения, будут часто сбивать внутренние настройки.

2. Сервопривод. Таких приводов необходимо 2. Для контроля горизонтального и вертикального положения будущего устройства.
3. Серводвигатель. С его помощью будет осуществляться удаленная регулировка положения камеры.
4. Температурный датчик. Можно использовать модель MLX90614-BCI. При покупке нужно обратить внимание на окончание маркировки радиодетали. «BCI» обозначает возможность определения температуры в узком диапазоне. Очень важная функция для будущей самоделки.

5. Веб-камера. Обязательно, чтобы она была в полном рабочем состоянии. Также важны габариты и разрешение. Маленькая камера с широким разрешением поможет проводить сканирование с высокими показателями, а общие габариты прибора на штативе будут меньше.
6. Лазерный указатель. Можно использовать самую дешевую школьную указку.
7. Штатив. Не самая важная деталь. Можно собрать все компоненты на столе или просто закрепив на прочную конструкцию.
8. Корпуса, в которые будут установлены сервоприводы.
9. Резистор с сопротивлением 4.7 кОм — 2 штуки.

Далее необходимо собрать все компоненты вместе.

1. Микроконтроллер Ардуино поместить в заранее приготовленный корпус. Важно, чтобы отсек имел запас внутреннего объема под элементы питания.
2. Привод отвечающий за горизонтальное расположение совместить с серводвигателем, и закрепить на штатив.
3. К приводу вертикального уровня необходимо прикрепить веб-камеру. Далее этот привод соединяется с серводвигателем, и совмещается с горизонтальным. К этому же приводу крепиться лазерный указатель.

После того как конструкция была собрана, требуется правильно соединить все электронные компоненты. Для начала требуется подключить микроконтроллер Arduino и температурный датчик. Делается это по следующей схеме:

1. Контакт GND с клеммой GND. Эти контакты могут иметь обозначение Ground.
2. Контакт Vin с Arduino с контактом 3.3v датчика.
3. Клемму SDA датчика температуры с контактом Pin 4 контроллера. Может иметь обозначение А4.
4. Контакт SCL датчика с клеммой Pin 5 контроллера. Может иметь обозначение А5.
5. Между контактами SDA и 3.3v датчика припаять ранее приготовленный резистор.
6. Такой же резистор запаять между контактами 3.3v и SCL.
7. Лазерный модуль подключается к контакту 3.3v датчика температуры, со своим аналогичным по обозначению контактом.
8. Также совмещаются контакты GND.
9. Заключительным этапом является совмещение всех компонентов в одной точке.

Питание всей системы осуществляется от батареи 9–12 вольт, зависит от выбранного микроконтроллера. Также стоит правильно подключить питание этого элемента, чтобы оно не образовало короткого замыкания при подключении веб-камеры к компьютеру. Схема подключения всей системы приводится ниже.

Все подключения выполняются при помощи проводов длиной не менее 30 сантиметров. Прямое соединение обоих компонентов запрещается. Магнитное поле и температурные изменения могут повлиять на правильные данные от датчика температуры.

На этом создание тепловизора можно считать завершенным. Для его функциональности необходимо закачать на микроконтроллер специальную программу, скетч которой расположен ниже. После установки в меню ПО необходимо нажать на «Serial Monitor» и подтвердить действие. Таким образом будет изменена внутренняя настройка «EEPROM». Если все было подключено правильно, то система оповестит пользователя, а на экране появиться клавиша «Finish». На заключительном этапе требуется отсоединить контроллер от персонального компьютера, выполнить перезагрузку системы и еще раз подключить устройство. Также потребуется скачать приложение на Java для компьютера, чтобы считывать информацию.

Скачать скетч: https://cloud.mail.ru/public/WL4k/rcrfjHgpH

Скачать приложение: https://cloud.mail.ru/public/LubL/eqSMG6pae

Преимущества и недостатки

К преимуществам самостоятельно изготовленного прибора можно отнести:

• простое изготовление;
• можно выполнить из дешевых подручных материалов, что экономически выгодно;
• не требуется использовать агрессивные вещества. В качестве измерения может применять жидкость из воды и спирта;
• легкое применение;
• длительный срок службы.

Но есть несколько недостатков:

• электронные варианты имеют сложную схему изготовления;
• для изделий с электронным или цифровым устройством требуется приобретать специальные платы, схемы;
• иногда изделия могут показывать неточные измерения.

Самодельные термометры являются прекрасным способом для того, чтобы сэкономить деньги на покупке нового прибора. Прибор, выполненный своими руками, прослужит намного дольше дешевых измерительных устройств.

Настройка

После установки на контроллер программного обеспечения, необходимо включить собранный прибор и выполнить настройку. На экране компьютера должно появиться 3 точки: одна точка должна быть по центру экрана, а одна в углу.

Дополнительная точка — это лазерный луч. Именно его нужно совместить с центральной точкой. Калибровка выполнена.

Этот прибор очень громоздкий по причине использования штатива. Но его легко можно установить на автомобиль или жесткую основу, например, на крышу дома. Шнур для соединения с компьютером можно удлинить или приобрести готовый. Главная особенность этого устройства в том, что существует большое поле для модернизации. Этот тепловизор можно легко использовать в качестве охранной или пожарной сигнализации. Единственный недостаток прибора кроется в замедлении передачи данных. Связано это с частотой взаимодействия контроллера и веб-камеры.

Особенности применения

Использование при ликвидации пожаров и проведении аварийно спасательных работ

Сравнение тепловизора и прибора ночного видения

Сравнение прибора ночного видения с тепловизором

Видим людей через дым

Тепловизор позволяет увидеть людей через дым

Остаток теплового следа

Поиск человека по тепловому следу оставленному по месту его касания на мебели, полу (в зависимости от условий следы сохраняются около 5 минут)

Применение тепловизора в промышленности

Использование тепловизора при поиске горючих, ядовитых жидкостей (сжиженных газов) в емкостях

Тепловизор не способен видеть через стекло автомобиля

Применение в энергетике проверка проводки под напряжением

Тепловизор способен видеть скрытую электропроводку под напряжением и различать неравномерность распределения температуры в электропроводах

Электронный градусник

Современные градусники измеряют температуру примерно по тому же принципу. Отличие состоит в нагреве самого инфракрасного луча. В результате на дисплее устройства появляется не температурное пятно разного цвета, а просто число, обозначающее температурную характеристику.

Для того, чтобы наделить подобный градусник дополнительным дисплеем и функцией тепловизора, к нему подключают контроллер Arduino. Теперь появляется возможность подключения дополнительного дисплея и возможность визуального контроля температурного следа. У такого прибора будет один существенный недостаток. Градусники не могут осуществлять измерение на большом расстоянии. Такой прибор может пригодится в быту, но не для охоты.

Необходимость на охоте

Тепловизор – прибор многофункциональный, но, помимо использования в качестве стационарного оборудования (для контроля различных промышленных техпроцессов), наиболее полезна его портативная и переносная версия. В полной мере относится сказанное и к применению прибора на охоте – причём желательным является конструкция аппарата в виде ударопрочного и лёгкого моноблока, обеспечивающая высокую дальность различимой видимости (на профессиональных моделях составляющая 1,5 км и имеющая уровень защиты свыше IP54). Если аппарат будет собран на цифровой, а не аналоговой оптике (с трудом позволяющей отличить горячий костёр от холодного снега на расстоянии уже 100 метров), охотник получит возможность найти зверя или птицу в самых неблагоприятных для обычного человеческого зрения условиях. К таковым можно отнести и тёмное время суток, и густой туман, и дождь, и даже заросли, маскирующие животных, застывших и не двигающихся с места.

Готовый тепловизор

Для тепловизора же излучение тела теплокровных млекопитающих или птиц на мониторе будет выглядеть ярким пятном, что просто не позволит добыче остаться незамеченной.

Смартфон

Для людей, которые не обладают знаниями в электротехнике, производители современных гаджетов предлагают простое устройство для подключения к смартфону. Прибор называется «Seek Thermal». Это устройство подключается к смартфону через USB порт. Работает через специальное программное обеспечение. Способно определять тепловой след на расстоянии до 600 метров. Такая дальность доступна только при отсутствии посторонних тепловых излучений, помех и колебаний в воздухе. Охотники могут использовать данный гаджет для поиска раненых зверей, лежек или гнезд крупных птиц. Основное назначение устройства — это контроль за температурными колебаниями бытовых приборов и устройств учета энергии.

Также многие смартфоны оснащаются встроенной возможностью замера температуры по типу тепловизора. Эта функция доступна за счет встроенной матрицы. Такие программы не позволяют сканировать местность на дальние расстояния.

Другие варианты

Вполне реальным (и наиболее комфортным для всех, кто не особо дружит с паяльниками, отвёртками и технической литературой) является и вариант с использованием самых обычных смартфонов, наделённых возможностями тепловизора Flir One.

Как работает ПНВ на телефоне

Тепловизор из смартфона

Для путешественников и охотников экран такого смартфона (при активации соответствующего режима) будет ничем не уступать по качеству картинки наиболее простым профессиональным тепловизорам. А также обладать возможностью работать под дождём и визуализировать любое ИК-излучение в пределах от 0 до 100°С. Хотя и не позволит, разумеется, что-либо различить на расстояниях около километра. Но — будучи при этом примерно в 10 раз дешевле! И ничего не стоя (в плане дополнительных затрат) тем, кто просто решит обновить мобильный телефон на такую модель.

Тепловизор из прибора GPS

Калибрование, поверка, неточность измерений

Тепловизорные аппараты по метрологическим стандартам обязаны проверяться не реже одного раза в год на работоспособность.

При поверке:

• Осматривают корпус на наличие повреждений и проверяют, как работает прибор в каждом режиме.
• Замеряют угловое разрешение.
• Проверяют диапазон рабочих температур.
• Измеряют максимальную температурную чувствительность, ее неравномерность по полю.
• Определяют сходность получаемых результатов.

Кроме того, такие аппараты необходимо периодически калибровать. В современных моделях есть специальные шторки, которые закрывают матрицы. Калибрование проводится по известным температурным показателям.

Современная матрица представляет собой терморезистор с высоким разрешением (до сотых градуса).

Погрешность, вероятность ошибки при измерении в обязательном порядке указывают в технических характеристиках тепловизорной аппаратуры. Этот показатель обычно составляет 2 % либо 2 градуса.

Что стоит учесть при выборе?

Выбирая такое устройство, стоит обращать внимание на следующее:

• на какой диапазон температуры рассчитана модель (например, в быту можно пользоваться вариантом с границами 0 °С и 350 °С);
• какая разрешающая способность у инфракрасного датчика (от этого зависит четкость и детализация картинки на экране);
• насколько модель термочувствительна (более точным является тепловизор с низким уровнем);
• насколько изделие защищено и в каких условиях может работать (для бытового использования подходящими считаются модели для применения в температурном диапазоне от -20 °С до 50 °С и условиях до 95 % влажности);
• каков дополнительный набор функций (подсвечивание экрана, наличие цифровой камеры, лазерного указателя цели, компаса и т. п.);
• идут ли в комплекте к модели дополнительные объективы (широкоугольный тип применим при исследовании длинных объектов, а телескопический позволяет получить отчетливые картинки с больших расстояний);
• насколько эргономичен дизайн и как хранятся данные (обычно выбирают модели, способные сохранять изображения в формате JPEG и отображать результат по температуре).

Не стоит забывать при выборе модели о способе отображения информации на экране. Возможны следующие режимы:

• полноэкранной ИК картинки (обозначается Full IR);
• одна картинка в другой (на английском – Picture-in-Picture), в этом случае фото окружено тепловой тенью;
• с наложенными слоями тепловой картинки и обыкновенного фото (Alpha Blending);
• изображения выглядят так же, как на снимках обычной фотоаппаратуры, но зоны с показателями температуры, превышающей исследуемые пределы, подсвечиваются соответственным цветом (IR/Visible Alarm);
• обычной фотографии (Full Visible Light).