Как собрать тепловизор, пример успеха

[Artlav]

Добрый день.

Стукнула мне тут после нового года мысль - хочу добыть тепловую фотокамеру.
После просмотра цен мысль видоизменилась - хочу собрать тепловую фотокамеру.

С тех пор прошло два месяца, и в конце концов некий результат достигнут был.
А раз есть результат, то надо о нём рассказывать
Что и привело меня сюда.

Интересно было бы услышать идеи - как это можно улучшить, что ещё из этого можно сделать, делал ли кто когда что-либо подобное?
И ещё хотелось бы узнать, где в районе Москвы можно добыть линзы из германия?
А то пластиковые прозрачны по остаточному принципу.

Сама идея довольно проста - берём коробку, ставим в неё координатный станок, на него ставим датчик, и на крышку ставим оптику.
Оптика дырочная или однолинзовая, датчики - фотодиод, коробка из фанеры.
Что датчик видит, то и снимаем - хоть видимый, хоть ИК.
Хроники проекта тут:
http://lavart.livejournal.com/860.html

Подробности и галерея здесь:
http://orbides.1gb.ru/photobot.php?lng=rus

Примеры снимков.
Светящийся в тепловом ИК паяльник:


То же, в раскраске и чётче:


Вид из окна на 3.5 микрометровых волнах:
http://orbides.1gb.ru/cam/120427-inas-window-2-5.jpg

Натюрморт на балконе в 1 мкм:
http://orbides.1gb.ru/cam/120421-balcon_12.jpg

И комбинация из 900-1100нм (красный канал) и 400-700нм (синий и зелёный каналы), демонстрирующая спектральную разницу между разными типами лампочек:
http://orbides.1gb.ru/cam/120418-room2-ds_sml.jpg

Ну и сам агрегат снаружи:


И внутри:
http://orbides.1gb.ru/cam/mk/camera_insides.jpg




Нарушение правил форума п. 2.6
http://www.radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=19&t=6538

aen

[pashka000]

А пиродатчики из сигнализаций на какой диапазон реагируют? Еще наверное было бы непложо охлаждать сенсор пельтьешкой, но надо как-то бороться с выпадением росы
Вместо линзы можно попробовать расчитать и сделать зонную пластинку Френеля (отверстие, впрочем, и является простейшей зонной пластинкой). Минус этого подохода в том, что радиус зон Френеля, вообще говоря, зависит от длины волны.

[YS]

берём коробку, ставим в неё координатный станок, на него ставим датчик, и на крышку ставим оптику

Сурово.

В принципе да, рабочая идея. Только ведь никакого риалтаймового видео...

[pashka000]

Для рилтаймового нужен сенсор с маленькой постоянной времени. И развертку наверное лучше бы без обратного хода, например, диск Нипкова. Правда для получения сравнимой по разрешению картинки с такой оптикой его нужно будет делать в несколько этажей высотой
А что за сенсор используется в инфракрасных пирометрах? Не будет ли он чувствителен к еще более длинноволновому излучению?

[Artlav]

А пиродатчики из сигнализаций на какой диапазон реагируют?

На довольно широкий, вроде как ограничение только в прозрачности корпуса.
Но с ними две проблемы - во-первых, у них чувствительность на 2-3 порядка меньше чем у фотодиодов, во-вторых, в продаже опять таки есть только спаренные датчики - реагирующие на изменения, а не на величину излучения.

Еще наверное было бы непложо охлаждать сенсор пельтьешкой, но надо как-то бороться с выпадением росы

Это да, даже охлаждение от комнатных 20 до уличных 8 уменьшает помехи втрое. Плюс, стабилизированность температуры сильно упростила бы дело.
Без неё диод дрейфует из-за малейших изменений температуры, и в чистом виде кадр с паяльником выглядит как-то так:


Приходится ставить шторку у края линии, и программно вычитать из каждой строчки получающийся за ней "ноль".

Проблему росы решают круглым термоэлементом с герметичной внутренней частью, но это чисто фабричная конструкция.
Можно наверное поместить всю головку в герметичную коробочку с охладителем, но опять таки встаёт пресловутый вопрос ИК-прозрачного материала.

Вместо линзы можно попробовать расчитать и сделать зонную пластинку Френеля (отверстие, впрочем, и является простейшей зонной пластинкой). Минус этого подохода в том, что радиус зон Френеля, вообще говоря, зависит от длины волны.

Не знаю будет ли толк - проблема в малой яркости, а насколько я понял, такая пластина всё равно будет перекрывать бОльшую часть объектива.

Для рилтаймового нужен сенсор с маленькой постоянной времени. И развертку наверное лучше бы без обратного хода, например, диск Нипкова.

Двигать оптику, а не датчик?
Что-то в этом есть, но мегапикселя в реальном времени по-любому не выйдет.

Только ведь никакого риалтаймового видео...

Не всё же в одном - из "дешево, просто, быстро" можно выбрать лишь любые 2.

[pashka000]

в продаже опять таки есть только спаренные датчики - реагирующие на изменения, а не на величину излучения.

Да, действительно, почитал сейчас про них. А по выходному сигналу можно отличить, уменьшилась интенсивность ИК или увеличилась? Если да, можно попробовать программно проинтегрировать выходной сигнал. МК наверное не справится, придется постобработку на компе проводить. Заодно, обе стороны кристалла находятся при одинаковой температуре, и медленный температурный дрейф будет скомпенсирован.

Не знаю будет ли толк - проблема в малой яркости, а насколько я понял, такая пластина всё равно будет перекрывать бОльшую часть объектива.

Не совсем так. Тут уже большую роль играют волновые свойства света, и простое геометрическое построение не позволяет предсказать поведение лучей. Но наверное это все равно не хорошая идея, так как фокусируют такие зонные пластинки свет на очень небольшую точку напротив самой пластинки. Стоит от нее отойти, и зоны Френеля уже не совпадут с темными и светлыми областями пластинки.

Двигать оптику, а не датчик?

Как я понимаю, в механических телекамерах диск Нипкова располагался в фокусе объектива, то есть изображение проецировалось на него, а отверстие в диске выделяло меленький фрагмент этого изображения. Отверсите не играло той роли, какую оно играет в камере-обскуре.
Кстати, существуют ФЭУ с цезиево-кислородно-серебряным фотокатодом, чувствительные в оптической и ближней ИК области (400 - 1100 нм). Если отфильтровать видимую составляющую, можно использовать такой с диском нипкова - чувствительности должно хватить и постоянная времени маленькая.
ЗЫ.У меня есть два вогнутых зеркала от ИК спектрометра, могу вам их отдать, чтобы вы попробовали ими сфокусировать изображение.

[Artlav]

А по выходному сигналу можно отличить, уменьшилась интенсивность ИК или увеличилась? Если да, можно попробовать программно проинтегрировать выходной сигнал.

Вроде как в теории можно, не знаю. Если и можно - изображение выйдет наверное не очень. Там ведь стоит сглаживающая схема, очень быстро разойдётся предсказание с действительностью.

Как я понимаю, в механических телекамерах диск Нипкова располагался в фокусе объектива

1100 нм это скучно. А идея понятна - как раз и создаётся виртуальное перемещение оптики. Та же камера, только датчик стоит на месте.

ЗЫ.У меня есть два вогнутых зеркала от ИК спектрометра, могу вам их отдать, чтобы вы попробовали ими сфокусировать изображение.

Спасибо, но пока не надо - под зеркало всё переделывать надо, а я ещё линзы искать не отчаялся.

[walkerru]

На eBay германиевые линзы продают. От $50 до $1500

[Artlav]

Кому интересно, расписал особенности работы с InAs фотодиодом тут - http://lavart.livejournal.com/1054.html

На eBay германиевые линзы продают. От $50 до $1500

Спасибо, но если eBay у нас совпадает, то там 4 варианта, у двух указаны характеристики, и ни один даже близко не подходит по оным.
Хотя на той неделе было всего 2 варианта, а значит вероятность появления нужного товара не нулевая.

А вот ZnSe линз там навалом, и есть неплохие варианты.
Варианты все субъоптимальные, но лучше чем ничего.
Пару штук уже заказаны, посмотрим.

[svic]

Конечно не совсем в тему, но так, для разнообразия... ИК.

[Дмитрий М]

Есть ТЭБ батареи в упаковках, могу выделить штучку-доугую для экспериментов с охлаждением. У нас они входной параметрический усилитель до -80 С охлажадали, конечно "паровозиком".

[Artlav]

Аж из дальнего, из Китая, привезли мне сегодня такую линзочку.

Селенид цинка, из него делают линзы для лазерных резаков.

Прозрачен в широком диапазоне, и качество фокусировки намного лучше чем у пластикового френеля.


Причём видно даже отраженное излучение на подставке паяльника.


Впихнуть 10 бит камеры в 8 бит стандарта несколько сложно.
В классической раскраске 12 бит, видно немного четче:
http://orbides.1gb.ru/cam/iron_znse_5_21cm_col.jpg

По разрешению и качеству вроде как выходит на уровне коммерческих тепловых камер верхнего ценового сегмента, которые стоят десятки тысяч долларов.
Если бы ещё и время на кадр было меньше секунды, а не час, можно было бы продавать.

Что ещё такого можно было бы снять?
Чайники да утюги - банально, а с пределом чувствительности без охлаждения градусов в 90, человека не разглядеть.

Есть ТЭБ батареи в упаковках, могу выделить штучку-доугую для экспериментов с охлаждением. У нас они входной параметрический усилитель до -80 С охлажадали, конечно "паровозиком".

Спасибо, но у меня они тоже есть.
Тут несколько сложнее чем просто прилепить нечто охлаждающее.

Конечно не совсем в тему, но так, для разнообразия... ИК.

ИК, да не тот.
В таком ИК и просто фотоаппаратом снимать можно.

Например, местный двор, 8 Мб.
Мой фотоаппарат там виден слева сбоку (кадр не вышел - провод отошел).
http://orbides.1gb.ru/etc/park_150mp.jpg

[walkerru]

Что ещё такого можно было бы снять?

Дачный домик снять - в каких именно местах тепловые потери идут.
Двигатель авто снять - зоны повышенного нагрева. Мотоциклисты вон с пирометром двух-четырёх горшковые двигатели настраивают...

На тему пирометров:
http://spectrum.ieee.org/geek-life/hands-on/ir-eye
http://centralnexus.com/thermal/
http://publiclaboratory.org/tool/thermal-camera
http://publiclaboratory.org/wiki/scanni ... mal-camera
http://spill.tanagram.com/2010/11/24/di ... under-200/
http://www.designer2k2.at/index.php?opt ... &Itemid=40
http://diffusionht.blogspot.com/2011/03 ... duino.html

Большинство их MLX90614 используют или готовый пирометр апгрейдят

[Artlav]

Дачный домик снять - в каких именно местах тепловые потери идут.

Слишком холодный будет.

Двигатель авто снять - зоны повышенного нагрева. Мотоциклисты вон с пирометром двух-четырёх горшковые двигатели настраивают...

А вот это может быть интересно.

На тему пирометров:

Любопытно.
Идея схожая, датчик лучше, разрешение чаще всего хуже, скорость не ясна.

[walkerru]

А вот более интересная штука: IR thermometer 16X4 sensor array MLX90620
$53.77 in 100-piece quantities
64 точки за раз и рефреш от 0.5 до 64Гц
Причём, что интересно, его охлаждать бессмысленно. А вот обеспечить стабильную температуру....

[sifun]

Непохоже это всё на тепловизор. В крайнем уж случае термограф, потому что сканирование, а не матрица. По-хорошему камера с видением ближнего ик, да и то кошмарно медленная. лучше уж взять электронно-оптический преобразователь до 2.5 микрона. Он хотя бы изображение нормальное даёт в реальном времени.
А паяльник даже обычная мыльница немного видит, если фильтр снять.

Наиболее простой способ что-то, что можно с натяжкой назвать термографом, сделать-купить пирометр, поставить на монтировку с приводом, сканировать. Если чувствительности не хватает, вынуть датчик(или купить, правда встречаются редко и дороже самого дешёвого пирометра), сделать монтировку для зеркала сфера/парабола и датчика, сделать электронику. Сканировать.
Вот это будет термографом, и даже полезным в работе, если нужно найти греющиеся узлы на неподвижной плате.
С большим зеркалом и щелью(отверстием) перед датчиком можно получить весьма высокое разрешение. Может даже получится отдельные ноги смд деталей различить.
Зеркало можно заменить линзой, если у вас много денег.