Тепловизор своими руками из фотоаппарата

Варианты адаптации других устройств

В Сети можно найти множество вариантов переделки стандартных видео и фотокамер, чтобы они выполняли функцию тепловизора. Если бы такое было возможно на практике – производители сделали эту опцию базовой для подобного оборудования. Но максимум, что можно достичь — режим ночной съемки с ограниченным расстоянием до 2 м.

Часто встречающиеся варианты переделок стандартных цифровых видеоустройств:

• Видео и фотокамеры. По утверждениям «специалистов» достаточно демонтировать особый фильтр и оборудование может превратиться в тепловизор для охоты. Своими руками это можно сделать с помощью паяльника и небольшой доработки конструкции.
• Web-камера. Дополнительно приобретаются компоненты, позволяющие устройству работать в ИК диапазоне.
• Покупка девайсов для смартфонов.

Для анализа целесообразности подобных переделок следует узнать порядок работы и возможные последствия изменения конструкционной схемы.

О том, как выбрать хороший бинокль для охоты, читайте здесь.

Цифровая камера

Несмотря на схожесть в конструкции, сделать из цифровой камеры полноценный тепловизор очень проблематично. Демонтаж фильтра, работающего в ИК диапазоне не приведет к желаемому результату. Последствия подобной операции — повышение уровень цветового шума при съемке и быстрый выход из строя элементов матрицы.

Дополнительно можно столкнуться со следующими проблемами:

• Чувствительность матрицы в фото или видеоустройстве не рассчитана для восприятия инфракрасного диапазона. Т.е. ее нужно будет заменить на соответствующую.
• Для работы специальной матрицы необходима особая система охлаждения, которой нет в бытовой технике.
• Программное обеспечение не позволит правильно обработать изображение – потребуется перепрошивка.

После учета всех этих нюансов в итоге получится не совсем качественный тепловизор. Дальность его работы будет минимальная, а погрешность изображения на экране не позволит нормально охотиться.

Переделка Web-камеры

Альтернативным вариантом является изготовление устройства, регистрирующего тепловое излучение животных, из Web-камеры. Работоспособность подобной самоделки на практике не проверялась – удалось найти только теоретическую схему.

Для переделки потребуется приобрести специальный набор, состоящий из таких элементов:

• плата Anduro, преобразующая аналоговый сигнал в цифровой для дальнейшей обработки;
• два серводвигателя, необходимых для горизонтального и вертикального смещения камеры;
• температурный датчик MLX90614;
• лазерная указка и камера.

После сборки устройство будет фиксировать тепловое излучение на небольших расстояниях – до 30 м.

Покупка дополнительного девайса для смартфона

В последнее время стали популярны бытовые тепловизоры, которые пытаются адаптировать для охоты. На практике они могут быть полезны только для поиска следов от подранка, так как имеют ограничение по дальности действия. Чаще всего подобные модели применяют для анализа системы отопления или расчета тепловых потерь в доме.

Ярким примером является миниатюрный тепловизор Seek Thermal, работающий в «тандеме» со смартфоном. Но для анализа актуальности его использования во время охоты необходимо ознакомиться с техническими параметрами устройства:

• чувствительность – 70 mK;
• задекларированная дальность обнаружения – до 550 м, но при отсутствии тумана и большого количества тепловых объектов;
• есть цветовая подсветка.

Стоимость подобной модели составляет 17 500 рублей.

Приобретать профессиональный тепловизор для охоты рекомендуется только в том случае, если он по-настоящему необходим. Попытки изготовления самодельных моделей чаще всего не приводят к успеху.

ИК близко

Матрицы цифровых фотоаппаратов и видеокамер воспринимают гораздо более широкий диапазон световых волн, чем человеческий глаз. На них влияют как ультрафиолетовые, так и инфракрасные лучи. Более того, чувствительность широко используемых матриц на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС, CCD) в ИК-диапазоне настолько высока, что производители техники — чтобы не искажалось изображение — вынуждены вводить в оптические тракты своих камер специальные фильтры.

Эту особенность ПЗС-матриц первой в бытовой электронике использовала в конце прошлого века компания Sony, которая ввела в своих видеокамерах режим ночной съёмки NightShot. Инженеры компании придумали рычажок, отводящий в сторону стёклышко внутри объектива. Летом 1998 г. в западной прессе появились «сенсационные» статьи о том, что режим NightShot позволяет владельцу камеры видеть сквозь одежду. Разгорелся скандал, который только подогрел интерес публики к режиму ночной съёмки. Неудивительно, что за Sony вскоре подобные режимы внедрили другие производители видеокамер — Panasonic и JVC.

Сегодня у многих компьютерных пользователей со стажем на антресолях и в шкафах валяются бывшие популярными в начале прошлого десятилетия внешние web-камеры, подключаемые к компьютеру через USB-порт. Такую камеру несложно переделать в инфракрасную, если заменить встроенный в неё ИК-фильтр на фильтр видимого света. В качестве последнего проще всего использовать чёрные фрагменты проявленной фотоплёнки.

Учтите, что получившаяся ИК-самоделка не заменит промышленного тепловизора, который применяют для обследования загородных домов на предмет утечек тепла (см. «Энерговектор» № 6/2013, с. 11). Она будет работать в диапазоне ближних ИК-волн (длиной 0,75-1,4 мкм), используемом в приборах ночного видения и не позволяющем увидеть разницу температур предметов по их собственному тепловому излучению. Например, стакан с холодной водой на её экране будет выглядеть так же, как стакан с кипятком. Самодельная ИК-камера будет работать в отражённом свете, а собственное ИК-излучение зафиксирует только от очень сильно нагретых субстанций — таких, как пламя свечи, нить лампы накаливания или плазма в колбе газоразрядной лампы.

Старые web-камеры обычно имеют простейший объектив с ручной фокусировкой. Для его настройки на резкость нужно крутить ободок вокруг «глазка» камеры (вместе с ним вращается весь объектив, двигаясь с помощью геликоида). ИК-фильтр, представляющий собой красноватое квадратное стёклышко толщиной около миллиметра, чаще всего бывает закреплён в объективе позади всех линз, но может оказаться и между ними. Мы рекомендуем, удалив это стёклышко, заменить его на пару кусочков чёрной фотоплёнки, аккуратно вырезанных ножницами. Если вы планируете продолжать использовать web-камеру по её основному назначению, тогда вам лучше приклеить фотоплёнку к камере скотчем извне, чтобы в любой момент её можно было снять. Будьте внимательны и аккуратны: пластмассовые линзы web-камеры легко поцарапать.

В принципе, можно переделать на ближний ИК-диапазон и цифровую фотокамеру, получив намного более качественный прибор для ночного видения, но при этом неизбежно возникнут две проблемы. Во-первых, фотокамеру будет гораздо сложнее разобрать и потом правильно собрать, чем Web-камеру. Во-вторых, после извлечения ИК-фильтра у фотоаппарата изменится рабочий отрезок, в результате чего он перестанет фокусироваться на бесконечность. Впрочем, для тех, кто на моделях со сменной оптикой применяет старые советские объективы «Гелиос» и «Юпитер», последнее не представит большой проблемы, поскольку у таких объективов рабочие отрезки можно подстраивать с помощью юстировочных колец.

Для переделки web-камеры, кроме неё самой, вам потребуются: отвёртка, ножницы, скотч, пинцет и чёрный кусочек проявленной фотоплёнки. Не помешают и средства для чистки объективов. Использовать самоделку удобнее с ноутбуком, чем с настольным компьютером.

Учтите, что найденная где-нибудь на антресолях старая web-камера может оказаться не совместимой с современными операционными системами Windows 7, 8 и 10. Поэтому мы советуем сначала подключить её к компьютеру и настроить, а лишь затем — переделывать.

Далее следуйте инструкциям на фотографиях. Желаем удачи!

Что такое тепловизор для смартфона

Стандартный тепловизор для телефона имеет размер небольшого мр3-плеера. Особенность устройства – это оснащение разъемом microUSB, с помощью которого он устанавливается на гаджет под управлением iOS или Android. В таком дополнении уже установлена камера, которая при высоком разрешении матрицы имеет два вида работы: стандартный режим и для смартфона.

Фирменная программа тепловизор для Андроид или гаджет от Apple предоставляет возможность не только видеть картинку в таком режиме, но и делать снимки для дальнейшего просмотра. При таких свойствах смартфон с тепловизором может использоваться не только в частных, но и коммерческих сферах. Матрица камеры устройства обеспечивает полноценное изображение.

Технология

Тепловизор работает по стандартному принципу, как и профессиональное оборудование этой категории. Инфракрасная камера фиксирует изображение и улавливает тепловые излучения (ИК сигналы), преобразуя в электронный сигнал. Телефон с дополнительным девайсом показывает температуру объектов, а дальность действия камер очень велика. Мобильный тепловизор с установленным магниевым датчиком может ловить температуру на расстоянии более километра. Цена гаджета на этот показатель не влияет.

Некоторые модели устройства работают как от обычного аккумулятора смартфона, так и от встроенного. Автономность гаджета на Айфон или Андроид делает его мобильным. Синхронизация с гаджетом осуществляется с помощью lightning разъема (для iphone) или microUSB (тепловизор на Андроид). Фиксация температуры осуществляется во всем диапазоне – от 0 до 100 градусов по Цельсию и более.

Сферы применения

• Использование на охоте. С помощью компактных тепловизоров можно выслеживать и видеть животных даже в тумане, во время дождя или в лесу за сотни метров.
• Применение при работе с утеплением (коммерческое использование). Индикаторы точно определяют места потери тепла.
• Развлечение. Учитывая, что купить устройство можно за несколько сотен долларов, этот вариант станет полезным и ярким презентом для вашего друга или близкого человека (такой подарок всегда будет выглядеть дорого и презентабельно).

Тепловизор своими руками из смартфона

Сам смартфон невозможно превратить в тепловизор без использования дополнительного оборудования. Однако с недавних пор стала выпускаться специальная приставка Seek Thermal, являющаяся по своей сути мобильным миниатюрным тепловизором, с размерами, не более спичечного коробка.

Этот мини-прибор способен работать со многими смартфонами на базе Андроид версии не ниже 4.3. Он выполняет те же функции, что и настоящие фирменные тепловизоры, подключается через стандартные разъемы. Получается довольно легко собрать самодельный тепловизор своими руками. Несмотря на маленькие размеры, объектив камеры оборудован кольцом для фокусирования, а также чувствительным сенсором в виде матрицы на 32 тыс. пикселей, частота съемки у которой составляет 9 Гц. Основным достоинством прибора считается величина рабочего температурного диапазона в пределах от -40 до +330С.

Смартфон для тепловизора является не только экраном, отображающим информацию, но и своеобразной вычислительной машиной. Все действия выполняются с помощью специального приложения Seek Thermal, обладающего широкими возможностями. Данная программа позволяет сделать выбор цветовой палитры, единиц измерения температуры, выполнить настройку изображения и много других операций.

Принцип работы

Принцип действия тепловизоров основан на законе физики, согласно которому любое нагретое тело излучает в пространство тем более интенсивное инфракрасное излучение (ИК), чем горячее температура предмета – в том числе и тело теплокровного животного. Такое излучение улавливается нашим прибором и преобразуется в картинку на мониторе, удобную для человеческого восприятия. Разница в температуре ИК-излучения передаётся различными цветами, привычными для нас по традиционному, видимому излучению. От тёмно-фиолетового и синего для наиболее холодных тел – до оранжевого и ярко-красного горячих.

Схема тепловизора

Осуществляется этот процесс приёма-передачи изображения в 3 этапа:

• улавливание ИК-оптикой теплового излучения;
• цифровое распределение его по величинам температур;
• построение термографической картинки – имитации так называемой тепловой карты объекта (чем-то схожей с привычным показом температур на картах метеорологических прогнозов погоды).

Стоит отметить, что для человеческой скорости реакции все эти действия осуществляются по существу мгновенно.

Конечно, собранный самостоятельно тепловизор качества картинки и эффективной дальности профессионального аппарата не даст. Но для охотника, желающего засечь хотя бы просто бесформенное тепловое пятно затаившегося зверя, в устройстве высокой чёткости стоимостью в 5, 10, а иногда и в 20 тысяч долларов, в сущности, нет необходимости.

Как действует тепловизор — изображение

Мы готовы предложить вам три практических варианта сборки любительского тепловизора – а какой из них выбрать, решать остаётся самому охотнику.

Принцип работы тепловизора на примере автомобиля

Этот метод создания тепловизора наиболее прост и недорог – поскольку требует минимального вмешательства в конструкцию цифровика и таких же невысоких затрат. Основан он на том простом физическом факте, что цифровые аппараты на входе фиксируют ИК-излучение так же, как и обычное. Но, поскольку в обычных условиях тепловая часть спектра фотографу не нужна, перед приёмной матрицей производителями устанавливается специальный фильтр, отражающий ИК-лучи (так называемый «hot mirror», или тепловое зеркало).

Изготовление самодельного тепловизора из фотоаппарата

Таким образом, превращение цифровика в тепловизор по существу будет заключаться лишь в замене одного снятого фильтра (инфракрасного) на другой (для обычного света). Причём на практике даже 2-е действие, в принципе, можно не осуществлять.

Схема обработки изображения фотоаппаратом

Принцип действия и устройство

Прибор ночного видения улавливает свет, отраженный от объекта наблюдения. В отличие от него, тепловизор улавливает температуру фона и собственно объекта наблюдения, и выделяет их разными цветами (чем теплее, тем ярче). В отличие от ПНВ, его невозможно ослепить. Он будет одинаково хорошо работать в полной темноте и при ярком солнечном свете.

Его конструкция состоит из:

• объектива;
• приемника ИК излучения или матрицы;
• дисплея;
• электроники управления;
• хранилища данных.

С помощью объектива излучение фокусируется на матрице, обрабатывается электроникой и в виде изображения выдается на дисплей, позволяя оператору заниматься идентификацией объектов по видимым контурам и интенсивности свечения.

Каждый элемент выполняет определенные функции, определяющее его тип, технические возможности и, в конечном счете, область его применения. Поэтому стоит познакомиться с каждым устройством в отдельности.

Матрица

Ее называют сенсором, детектором, ИК– приемником. Матрица является основной частью изделия. Ее задача – прием теплового излучения с последующим преобразованием его в электрические сигналы. Как и цифровая матрица, состоит из точек, именуемых пикселями. В начале нашего повествования мы познакомились с изобретением Сэмюэля Пирпонта Лэнгли, под названием болометр.

В зависимости от назначения, матрицы имеют различные чувствительность, дальность наблюдения и разрешение.

Матрицы стационарных аппаратов с повышенной чувствительностью и дальностью наблюдения порядка 10 км способны перегреваться. Во избежание преждевременного выхода из строя их делают охлаждаемыми. Детекторы переносных и миниатюрных аппаратов в охлаждении не нуждаются. Однако по чувствительности, дальности действия. и прочим параметрам они значительно уступают стационарным.

Характеристики объектива

Поскольку кварцевое стекло не пропускает солнечных лучей, объективы оборудуют германиевыми линзами. Основным характеристиками этого элемента являются его диаметр, относительное отверстие (F), светопропускная способность в диапазоне инфракрасного излучения. От этого напрямую зависят величина термочувствительности и четкость изображения. Переносные изделия чаще всего оборудуются объективами диаметров 30,40 и 50 мм и далее – 75 и 100 мм. Что касается числа F, то наиболее четкие картинки выдают объективы с F в пределах от 1.0 до 1.2 единиц.

Особенности дисплея

Небольшой экран для наблюдения контура и температуры объекта и фона. Четкость картинки растет с увеличением разрешения экрана. Изображение демонстрируется в цвете или в черно-белом формате, с 256-ю оттенками серого. Предусмотрено несколько режимов работы дисплея:

• полноэкранный;
• увеличение;
• картин;
• кадр в кадре.

Виды устройств

Тепловизор — настолько востребованное и многофункционально устройство, что имеет два технологических варианта конструкции:

Стационарный. Устройства этой категории предназначены для использования на промышленных предприятиях с целью контроля за технологическими процессами. Система азотного охлаждения — достаточно частое приспособление, которым оборудован подобный тепловизор. Характеристики его рабочих температур весьма внушительны: от −40 до +2000 °C. В основе данных систем лежат, как правило, устройства, собранные на матрицах полупроводниковых фотоприемников.

Переносной (портативный). Инновационные разработки позволили отойти от использования громоздкого охлаждающего оборудования, перейдя к производству тепловизоров на базе неохлаждаемых кремниевых микроболометров. Таким приборам присущи все достоинства своих предшественников, к которым относится, например, малый шаг температуры при измерении (0,1 °C). Возможно также применение тепловизора данного класса для сложных оценочных работ, требующих одновременно простоты использования и портативности устройства. Многие портативные тепловизоры обладают возможностью подключения к ПК для оперативной обработки данных с них.

Применение тепловизора в той или иной сфере налагает определенные отпечатки на требуемые эксплуатационные характеристики данного устройства. Поэтому перед покупкой этого прибора вами должны быть оценены условия его использования. Поможет в этом инструкция. Тепловизор, приобретенный без должного ознакомления с правилами эксплуатации, может совершенно не подходить под ваши нужды. Например, тепловизоры, применяемые при охоте, должны иметь ударопрочный корпус из легкого сплава со степенью защиты не ниже IP54.

Желательно, чтобы это была моноблочная конструкция с индикацией на видоискателе и ЖК-экране. И видимая дальность охотничьих тепловизоров должна достигать 1500 м, тогда как в строительной сфере такие требования к тепловизорам не предъявляются.

Вариант № 3. Усовершенствованный самодельный тепловизор для съемки статических объектов

Своим появлением на свет разработка обязана двум немецким студентам Максу Риттеру и Марку Коулу. Эти юные жители г. Миндельхейма изобрели довольно-таки простое в изготовлении устройство и получили за него награду в 2010 году на научно-техническом форуме.

Устройство состоит из двух сервоприводов (для горизонтального и вертикального перемещения), контроллера Arduino (ответственного за обработку сигналов и передачи данных в ПК), модуля бесконтактного датчика температур (например, MLX90614-BCI), лазерного модуля или лазерной указки (будет указывать на зону сканирования), корпуса и веб-камеры. Также понадобятся два резистора по 4.7 кОм и штатив.

Камере отводится роль своеобразного видоискателя области сканирования, а также источника исходной картинки, с этой ролью способна справиться любая дешевая веб-камера (чем она меньше, тем лучше).

Данные, генерируемые датчиком, могут считываться с помощью шин SMBus и ШИМ. Наш случай допускает также использование датчика с индексами BCI. Питание 3V. Индексом BCI обозначается тип форм-фактора с насадкой, обеспечивающей узкий угол зрения в 5°.

Использование самодельного тепловизора.

В связи с тем, что этот прибор очень много времени тратит на сканирование, он не может использоваться для проведения энергоаудита в производственных целях, но вполне может применяться в частной практике.

Также его использование целесообразно при необходимости выявления нагрева электрических проводов, различных соединений и силовых сборок. Основным неудобством этого прибора является то, что он может использоваться только вместе с компьютером.

Тепловизор, сделанный своими руками, позволит вам не только сэкономить семейный бюджет на покупке нового устройства, но и станет отличным помощником в решении многих хозяйственных вопросов. Сегодня тепловизорный контроль является одним из наиболее эффективных способов выявления различных строительных дефектов.

Однако ввиду высокой стоимости этого прибора купить его могут только крупные строительные фирмы. Но при этом сделанный тепловизор своими руками может вполне подойти для работы в домашних условиях и даже с успехом использоваться небольшими строительными бригадами.

Так зачем платить огромные деньги, если сделанный тепловизор своими руками может вполне справиться с возложенной на него задачей по выявлению различных строительных недочетов?!

(Visited 6 591 times, 3 visits today)

Предыстория

Все началось, когда я в Instagram увидел удивительные фотографии в инфракрасном диапазоне. После этого я заказал ИК-фильтр – 88 мм 760 нм от B&H, если быть более точным. Но я не особо разбирался в этом вопросе. Фильтры обычно варьируются от 590 до 800-900 нм. Инфракрасные снимки получаются с фильтром 590 нм на модифицированной камере, потому что он пропускает как видимый свет, так и инфракрасный.

У меня была немодифицированная камера и неправильный фильтр, но я все равно решил попробовать. Вскоре я обнаружил, что у моих зеркалок «горячее зеркало» (часть DLSR, которая обычно блокирует попадание инфракрасного света на датчик). Но позже я обнаружил, что сенсор моего телефона довольно чувствителен к инфракрасному излучению.

Так началось мое путешествие.

Samsung S10E, переходное кольцо, переходник с телефона на выдвижную стойку, инфракрасный фильтр 760 нм.

Конструктивные особенности тепловизора

Всем нам хорошо известно, что все в окружающем нас мире имеет определенную температуру. Интересно заметить, визуально мы не можем этого видеть, но разница в температуре поверхности предметов окружающих нас непременно присутствует. Т.е., весь окружающий мир можно видеть не только в видимом для человека спектре, но и в тепловом – так называемом, инфракрасном диапазоне.

Тепловизор – это как раз тот прибор, который переводит инфракрасную картинку окружающего мира в привычный и обычный для нашего глаза вид. Т.е., он через специальную оптическую систему снимает и, преобразуя изображение, выводит на экран, в традиционном виде.

Так, например, используя тепловизор для зданий, можно легко определить, где происходит утечка тепла, можно увидеть те места, где стены или стыки конструкций имеют повреждения – они будут более теплыми, а потому хорошо заметны на экране прибора.

Использование тепловизоров не ограничивается только коммунальным хозяйством. Его с успехом можно применять на производстве, например, для удаленного контроля температуры различного вида оборудования.

Для охотников проверка тепловизором становится оптимальным способом поиска дичи в ночной охоте. Тепловизоры широко используют в охранно-пожарных системах сигнализаций, а также при поиске заблудившихся людей в лесу, при стихийных бедствиях и т.п.

Спецподразделения применяют тепловизоры для своих целей: есть специальные прицелы, а также приборы ночного видения для техники и солдат, все они работают на тех же самых принципах.

Итак, в самом общем виде: тепловизор состоит из специального инфракрасного объектива, блока преобразования и экрана, на который выводится изображение.

Современные приборы построены на цифровых интегральных схемах с микропроцессорным управлением, что значительно расширяет функциональные возможности, а также позволяет выводить наглядное изображение с одновременной индикацией всех необходимых параметров.

Сам инфракрасный объектив имеет матричную структуру схожую с традиционным электронным фотообъективом. Главной отличительной чертой необходимо считать то, что для отображения обычной картинки видимого мира пиксель должен содержать информацию о цветовой яркости, а в объективе тепловизора – информацию о температуре.

После обработки полученной картинки в блоке управления, она выводится на обычный жидкокристаллический дисплей, где каждой температуре соответствует определенный цвет. Можно встретить и монохромные приборы: в них картинка выводится в черно-белом виде, где более горячие объекты имеют более светлый вид.

Изготовление термопары.

Изготовление термопары труда большого не представляет. Для этого берём два отрезка проволоки, добытую ранее константановую и любую медную, желательно близких по диаметру, скручиваем их вместе с одного конца на расстояние 0,5 — 1,0 см. Именно эту скрученную часть проволок мы и будем сваривать.

Сваривать термопары в домашних условиях удобно способом, который был описан ранее вот в этой статье. Для лучшего контакта проволок термопары со сварочным крокодилом, можно обмотать элементы будущей термопары проводом, чуть ниже скрутки, прижать к проводу от трансформатора плоскогубцами, и коснуться самой скрутки угольным электродом. Напряжение для надёжной сварки подобрать опытным путём.

У нас должен получиться на конце скрученных вместе проводов, оплавленный шарик (или подобие его), который и есть термопара.

Скрученные ранее провода нужно будет аккуратно раскрутить до места сварки, это на всякий случай, чтобы исключить их замыкание между собой, и надеть на них изоляционные трубочки, в качестве которых можно использовать фторопластовую оболочку от проводов.

Что еще учитывать при выборе тепловизора?

При выборе тепловизора кроме его основных параметров, важно заранее решить для каких целей он будет вами использоваться. Это во многом будет определять его функциональные возможности и конструкцию корпуса

Внимательно изучите прилагаемую с тепловизором инструкцию по эксплуатации

Обратите пристальное внимание на условия, при которых он может использоваться, параметры, функциональные и сервисные возможности

Кроме того, они имеют режим Alpha Blending – режим слияния нормального видимого спектра и инфракрасного, а в настройках можно выбирать степень совмещения от отображения только инфракрасного диапазона до полностью видимого.

Для контроля и охраны будет оптимально использовать тепловизор с отображением в режиме IR/Visible Alarm, где на экран выводятся только области, у которых температура выше заранее установленного значения.

Шаг 4. Электроника

Теперь, когда вы собрали все необходимые компоненты, пришло время начать сборку всего вместе. Я бы порекомендовал сначала подключить все на макете, а затем, как только все заработало, приступить к пайке.

Схема нашего устройства (нажмите на схему для увеличения):

Слева у нас есть наш лазер с токоограничивающим резистором 200 Ом, управляемый от цифрового выхода 5. Также есть стандартная кнопка, которая подключена между 5 В и цифровым входом 2. Есть подтягивающий резистор 5 кОм, чтобы когда переключатель разомкнут, на вход ничего не идет, а вместо этого устанавливается на 0 В.

Справа у нас есть основной выключатель, который соединяет нашу батарею 9 В с выводами VIN и GND на Arduino Nano. Дисплей OLED и инфракрасный датчик температуры GY-906 подключены к 3,3 В, а линии SDA подключены к A4, а SCL к A5. На дисплее и GY-906 уже есть подтягивающие резисторы на линиях I2C.

Принцип работы тепловизора

Работа тепловизора основана на способности любого объекта генерировать тепловое излучение (ИК-излучение), интенсивность которого напрямую зависит от температуры объекта. Тепловизор фиксирует ИК-лучи на больших расстояниях, преобразуя их в удобный для восприятия человеком вид. Разность тепловых излучений различных объектов и позволяет видеть рельефы в темноте, а также холодные или горячие потоки. При этом красным цветом обозначаются максимально высокотемпературные участки, черным или синим — низкотемпературные.

Следует понимать принципиальное различие между такими устройствами, как тепловизор и прибор ночного видения. Разница состоит в их способности видеть в темноте. Тепловизор передает собственное ИК-излучение объектов, в то время как прибор ночного видения – отраженное и усиленное излучение-подсветку от других объектов. То есть выполнение функций прибора ночного видения тепловизором возможно, а вот построение теплокарты с помощью прибора ночного видения – нет.

Алгоритм работы тепловизора состоит из трех этапов:

1. Фиксации ИК излучения.
2. Преобразования его в температурные величины.
3. Формирования термограммы – теплового изображения объекта, отображающего распределение температуры на поверхностях объектов.

Причем действия эти происходят мгновенно.

Несмотря на достаточно сложный принцип работы тепловизора, схема портативного приспособления не является слишком громоздкой.

Однако следует учитывать, что для достаточной четкости изображения на экране требуется наличие специальной оптики, с примесью германия. Именно этим и продиктована дороговизна профессиональных устройств. Их стоимость исчисляется тысячами, а иногда и десятками тысяч долларов. Согласитесь, сумма немаленькая.

Огромные возможности тепловизоров уже давно воодушевляют многих молодых людей на идею собрать это устройство собственноручно. И, к счастью, способы, позволяющие смастерить тепловизор своими руками и избежать столь внушительных трат, существуют. Конечно, если не предполагается использование прибора в профессиональных целях.

Три варианта реализации тепловизора в домашних условиях мы приводим ниже – выбирайте, какой вам понравится больше. А датчики для тепловизоров и другие элементы устройства можно купить в готовом виде.

Тепловизор для съемки статических объектов своими руками

Такой тип устройства создали двое юношей студентов Марк Коул и Макс Риттер из города Миндельхема. Они изобрели устройство, изготовление которого обойдется быстро, легко и дешево. За это молодые люди получили награду в 2010 году на форуме науки и техники.В состав тепловизора входят следующие элементы:

1. Сервопривод – 2 штуки (чтобы устройство можно было перемещать влево и вправо, и вверх-вниз);
2. Контроллер Arduino (Этот контроллер обрабатывает поступившие доносы и отправляет всю информацию на компьютер);
3. Модуль датчика температуры, не имеющий контакта (можно MLX90614-BCI);
4. Лазерный указатель (указывает на область сканирования);
5. Оболочка;
6. Веб-камера;
7. Резистор 2 штуки (у каждого обязательно должно быть 4.7 кОм);
8. Штатив.

Веб-камера здесь выполняют функцию видоскателя зоны сканирования, еще источника начальной картинки. Здесь можно использовать любую самую дешевую камеру – дорогие камеры эффективнее с этим заданием не справятся, и лучше использовать самую маленькую вебкамеру. Считывают информацию, которую производит датчик, шины SMBus и ШИМ. Здесь можно использовать датчик с индексом BCI. Питание должно быть 3V. Индекс BCI означает вид форм-фактора, имеющий насадку, и который делает возможным неширокий угол зрения – 5о.

Порядок сбора тепловизора:

1. Надо поместить контроллер Arduino в оболочке рядом с батареечным отсеком;
2. Серводвигатель надо зафиксировать суперклеем в незаполненном месте платы. Место должно находиться спереди;
3. Помещаем серводвигатель №2 в аппарате, который отвечает за повороты, и затем следует закрепить все оборудование;
4. К плате Arduino нужно подключить инфракрасный термометр. Перед этим надо подсоединить Ground к GND, потом SDA к PIN4, VIN надо подключить к 3.3V, и, наконец, подсоединяем SCL к PIN5. После этого надо зафиксировать резисторы по 4.7 кОм, но перед этим подсоединяем SDA к 3.3V, и SCL к 3.3V;
5. Затем следует подключить лазерный указатель для отслеживания местоположения сканирования;
6. Потом надо подключить и зафиксировать веб-камеру. Надо ее направлять в точности с направлением инфракрасного датчика и лазерного указателя.

Вот и готов тепловизор, сделанный самостоятельно!

Устройство из web-камеры

Этот вариант также возможен – но наиболее трудоёмок и относительно дорог, поскольку требует дополнительных затрат в сумме примерно $150. К тому же эффективно полученный прибор на сервоприводах способен будет засечь лишь неподвижный предмет с тепловым излучением.

Особенности сборки тепловизора из веб-камеры на фото

Положение ИК фильтра Камера в разобранном виде Как разобрать камеру Демонтаж ИК фильтра Вынуть ИК фильтр

Для сборки понадобится:

• специальная плата передачи изображения на ПК Arduino, устанавливаемая в батарейный отсек;
• один малый серводвигатель для перемещения по вертикали, крепящийся спереди от платы скотчем или суперклеем;
• второй большой серводвигатель, размещаемый в поворотном по горизонтали устройстве и служащий основой для закрепления на нём всей конструкции;
• температурный датчик MLX90614, подключаемый к плате Arduino согласно схеме;
• аналогичным образом подключаемая лазерная указка (указывающая текущее направление сканирования);
• сама «вебка», точно сориентированная с указкой и тепловым датчиком.

Данная конструкция и будет работать как тепловизор с целеуказателем (правда, придётся отдельно скачать и установить ещё и софт для Arduino – доступный в интернете и небольшой по размеру – около 7Мб вместе с инструкцией по установке скетчей и библиотек).

Схема подключения датчика и сервоприводов к микроконтроллеру

Выводы

Из описанных нами вариантов сборки самодельных тепловизоров напрашиваются два вывода:

1. Смастерить тепловизор самостоятельно вполне возможно.
2. Самодельный тепловизор имеет очень узкую область применения.

Поэтому если тепловизор вам необходим в глобальных целях, стоит отложить эксперименты и потратиться на высококачественную технику. Всем же, кто просто любит конструировать и кого вполне устроят возможности самоделок, можно дать совет — собирайте, экспериментируйте, и вполне может быть, что вам удастся переплюнуть достижения описанных нами самодельных вариантов и создать гораздо более совершенные тепловизоры для охоты своими руками. Дерзайте!

Тем, кто не особо дружит с паяльником и отверткой, но очень любит проводить время на природе, а также тем, кому в профессиональных целях может пригодиться визуализация температурных свойств предметов в диапазоне от 0 до 100 °C, рекомендуется обратить внимание на готовое полупрофессиональное оборудование. Например, на смартфоны с тепловизором Flir One

Эти устройства вполне могут сослужить службу охотникам и путешественникам-экстремалам, поскольку удобны, мобильны, способны работать при температуре от 0 до 45 °C и высокой атмосферной влажности. И при этом стоимость такого устройства не намного отличается от затрат на всевозможные самоделки.