Тепловизор для смартфона: краткий обзор

Принцип работы прибора

Не вдаваясь в дебри физики, поведаю: все тела температурой выше абсолютного нуля излучают тепло. В среднем инфракрасном диапазоне (7-14 мкм), не видимом человеческим глазом, максимальная степень излучения у тел температурой от -50 до +50 градусов. На дисплее тепловизора отражается цветная картинка перепада температур изучаемой поверхности. Градация цвета происходит в диапазоне цветов радуги от фиолетового к красному, в зависимости от степени нагрева поверхности.

Для некоторых производственных процессов интересны температуры в несколько сотен градусов. Длина волны у излучения в этом спектре меньше — 3-7 мкм. Но по принципу действия используемые для замеров приборы, независимо от рабочих температур, полностью идентичны.

Если тело имеет температуру порядка тысячи градусов, вспомогательные девайсы уже не нужны, свечение видно невооружённым глазом.

Работа прибора включает три основных этапа:

• регистрация излучения в инфракрасном диапазоне;
• преобразование зафиксированных данных в цифровые значения;
• вывод на дисплей полученной термограммы, то есть тепловой карты поверхности наблюдаемого объекта.

Современные устройства позволяют производить такие преобразования и получать изображения практически без задержки, в реальном времени.

Для чего можно использовать тепловизор

Помимо спецэффектов в фантастических фильмах, прибор находит следующее применение:

• контроль утечки энергоресурсов —поскольку при плохом контакте происходит нагрев проводников, тепловизор даёт возможность легко выявить эту проблему;
• оценка теплоизоляционных свойств строящихся зданий;
• в качестве альтернативы прибора ночного видения — для обнаружения живой силы и техники противника;

• у спасателей — для обнаружения очагов возгорания, поиска людей, возможных выходов из помещений и оценки обстановки;
• в медицине — для идентификации в толпе людей с повышенной температурой и для выявления патологий организма, в том числе онкологических очагов;
• в металлургии и машиностроении — для получения представления о неоднородности нагревания объектов.

Помимо перечисленного, тепловизор находит применение в астрономических телескопах, при ветеринарном контроле и в системах ночного вождения. Словом, спектр его применения точно не ограничивается охотой.

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 +3300С.

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.

Как использовать тепловизионную камеру

Тепловизор будет отлично работать во многих повседневных ситуациях. С помощью тепловизионной камеры вы можете не только обнаружить множество неисправностей в вашем доме и автомобиле самостоятельно, но и повысить собственную безопасность.

В каких ситуациях можно использовать тепловизор на смартфоне?

• Обнаружение диких животных. Тепловизионная камера пригодится во время ночной прогулки по лесу. Она не только защитит от неровной местности, но и благодаря этому вы сможете вовремя увидеть спрятавшееся в темноте животное, которому лучше не мешать.
• Дополнительная защита в неблагоприятных погодных условиях. Прежде чем выйти на пешеходный переход в тумане или ливне, вы можете использовать тепловизор, чтобы убедиться, что ни одна машина не приближается к вам.
• Идентификация утечки. Если вы в течение длительного времени замечали, что в вашем доме наблюдаются утечки тепла, используйте тепловизионную камеру Android, чтобы обнаружить зазоры в окнах, дверях или стенах. Это займет всего минуту, чтобы узнать, где тепло выходит на улицу.
• Пройти сквозь дым. Это ещё одна причина, почему вы должны инвестировать в тепловизионную камеру для вашего телефона. В опасных для жизни ситуациях, таких как пожар, она поможет спасти себя и других.
• Проверка работы электрических устройств. Вы можете легко и быстро определить, работают ли электрические устройства в вашей квартире или автомобиле должным образом (например, если проводка была повреждена или расплавлена).
• Расположение влаги. Тепловизор вашего телефона также поможет вам найти источник влаги в квартире. Таким образом, вы избежите вредного воздействия влаги на себя и свою семью.
• Измерьте температуру тела. Вы подозреваете, что у вас жар? Используйте тепловизионное устройство вашего телефона и посмотрите, верны ли ваши страхи или же вас обманывают ваши инстинкты.
• Наблюдение за животными. Тепловизионная камера для Android также является настоящим праздником для любителей животных, которые хотят понаблюдать за фауной на безопасном расстоянии и не мешать им.
• Отслеживание вредителей. Если у вас есть опасения, что в вашем доме полно незваных гостей, вы можете проверить это с помощью тепловизора на вашем смартфоне.

Принцип работы тепловизора

Благодаря способности к идентификации тепловых волн, тепловизоры стали популярны во многих областях жизни и деятельности людей. Все неодушевленные предметы, наряду с живыми существами, производят излучение электромагнитных волн в достаточно широком диапазоне частот, в том числе и в инфракрасном спектре. Инфракрасное излучение часто называется тепловым. Степень его интенсивности находится в зависимости от температуры объекта и практически не изменяется при разной степени освещения.

Данное свойство положено в основу работы тепловизора, не только фиксирующего тепловое излучение, выделяемое объектами, но и преобразующего в форму, доступную для визуального восприятия. С этой целью в приборе устанавливается специальный объектив с оптикой из германия. Данный материал применяется для изготовления линз, беспрепятственно пропускающих тепловое излучение. Обычное стекло нельзя использовать, потому что оно задерживает инфракрасные лучи.

Проходя через систему линз, инфракрасные волны задерживаются на специальной матрице. Она выполнена в виде микросхемы, состоящей из светочувствительных диодов, способных изменять сопротивление в зависимости от интенсивности воздействия на них инфракрасных лучей. Современные технологии позволяют создать матрицу компактной, с низкой энергоемкостью. Для улучшения качества изображения предусмотрено ее охлаждение с помощью программных и аппаратных средств.

Токовые посылки, прошедшие через матрицу, считываются процессором и преобразуются в видеосигнал, который выводится на внешний монитор или дисплей тепловизора. Разница температур объекта и окружающей среды дают вполне четкий контур изображения. Каждая волна в зависимости от температуры, отображается с помощью разных цветов. Для более удобного пользования прибором в некоторых моделях поверх кадра выводится шкала, отображающая соответствие разных точек изображения, значениям абсолютной температуры объекта. Дополнительно могут отображаться минимальные и максимальные значения температур.

Современные приборы обладают точностью вычислений в пределах 0,05 градуса, что дает возможность получить наиболее реалистичную картинку. Чаще всего настройка тепловизора выполняется на тепловые волны длиной 3-5,5 мкм. Это дает возможность снизить до минимума влияние на чувствительность прибора таких природных явлений, как дождь, снег, туман и дым.

Выбор тепловизора для смартфона

Сегодня на рынке не так много тепловизоров для смартфона. Самыми качественными марками считают FLIR, SEEK THERMAL, OPGAL, GUIDE IR, CATERPILLAR. Распространены модели:

Компании стремятся улучшить функционал своих устройств, снизив погрешность измерений.

Из недорогих моделей для телефона выделяют HT-102. Прибор подходит для любых гаджетов на Android с управлением в специальном мобильном приложении. Такой тепловизор на смартфоне быстро находит неисправность. Матрица 32х32 точки совмещена с камерой видимого диапазона с разрешением 640х480 пикселей. Стоимость прибора не превышает 10 тыс. руб. По сравнению с другими моделями у устройства более скудный диапазон, функционал и разрешение, но он сильно выигрывает в цене.

Тепловизоры для смартфона отличается большим функционалом и мобильностью. Приборами часто пользуются спасательные службы, а также они полезны в быту и промышленности. Однако высокая стоимость устройств отталкивает покупателей. В этом случае всегда можно подыскать другой прибор, устраивающий по качеству и цене.

Возможно ли сделать тепловизор своими руками?

Такая необходимость становиться новыми Кулибинами в нашей стране связана с весьма высокой стоимостью этих профессиональных устройств. В случае же сборки по принципу «сделай сам» цена самодельного тепловизора падает даже не в разы, а на порядки. Несмотря на довольно сложный принцип работы, сборка аппарата в домашних условиях возможна, а абсолютное большинство необходимых датчиков (например, популярный MLX90614ESF) можно легко купить на интернет-площадках типа e-bay. По существу, главной сложностью является оптика, требуемая для чёткого конфигурирования изображения на приёмном мониторе. Причём оптика специализированная, использующая в составе редкоземельные элементы (чаще всего германий) – и вот её без уникальных технических навыков и глубоких знаний физики изготовить в квартире малореально.

Действие тепловизора на охоте

Однако, простое решение для этого есть – и состоит оно в использовании готовых оптических систем из любого устройства, в котором они присутствуют (цифровых фотоаппаратов, web и обычных видеокамер и т.д.).

Thermal Camera+ for FLIR One

Мощная платформа, позволяющая замерять температуру окружающих объектов, а заодно – выбирать с десяток разных параметров. Как вариант – разработчики приложения предлагают записывать видеоролик, а затем – передавать полученные материалы на анализ. В течение 10-15 минут система оценит информацию и выдаст результат: насколько быстро объекты нагреваются, как скоро отдают тепло и долго ли принимают температуру окружающей среды.

Из плюсов – для новичков предусмотрена инструкция, а благодаря предсказуемому интерфейсу запутаться в навигации весьма проблематично.

Из минусов – за функционал приложения придется платить, иногда бывают проблемы с калибровкой, из-за чего не совпадают данные (к примеру, температура кипения может быть меньше 100 градусов), а еще – перевод на русский язык до сих пор не предусмотрен.

Тепловизионная камера для Android

Тепловизионная камера в смартфоне, как и все другие устройства этого типа, оснащена оптической системой с объективом, поисковой системой (она получает информацию из окружающей среды) и системой, которая концентрирует излучение и передает его на детектор.

Требуется подключение к специальному бесплатному приложению, благодаря которому обычный телефон превращается в профессиональное тепловизионное устройство. И iPhone, и телефоны на базе Android имеют свои приложения.

Тепловизоры для Apple используют двусторонний разъем Lightning. Версии для Android основаны на разъёме USB-C, поэтому вам не нужно использовать дополнительные адаптеры для подключения модуля с камерой к вашему смартфону.