Дешевое ночное видение на бытовой камере видеонаблюдения своими руками

Третий год я езжу на самодельной ИК (инфракрасной) системе ночного видения. Это не термографическая камера на микроболометрах тепловизора, как у дорогой штатной системы, а обычная, но очень чувствительная ИК-система, которой требуется внешнее освещение. Хотя ближнего света фар и так хватает на 200 метров, но если погода нормальная, то даже без луны и звезд можно видеть на 300-400 метров, а с дальним - до 700 метров, что во много раз больше невооруженного зрения. То есть что-то типа первых систем у мерседесов (сейчас у мерседеса двойная система - ИК + Тепловизор).

Сделана она очень просто: берем АНАЛОГОВУЮ камеру со светочувствительной матрицей, я использую AHD (analog high definition) камеры с матрицами Sony IMX225, например Orient AHD-49-SN13V+ или Orient AHD-220-SN13V+ или AHD-225-SN14V или ORIENT AHD-965-SN13B

Они довольно редкие, но в продаже иногда встречаются. Если объектив маленький или с небольшим фокусным расстоянием, то на камеру накручивается объектив m12 с фокусным расстоянием не менее 16мм, так мы получаем дальнее видение с приближением/зумом. Есть также переходники с m12 на CS для крепления более светосильных объективов, но для этого нужно напечатать новый корпус камеры и желательно прикрепить его к зеркалу заднего вида в салоне.

Идеальный вариант - когда на камере есть физический/механический переключатель режима день/ночь, это позволяет повысить качество ночной съемки и видеть near-infrared с помощью ИК-подстветки с помощью ИК-прожектора. Прожектор использую не один, а несколько, самодельная сборка с линзами по 10 градусов на две стороны, итого пучок света около 20 градусов, этого достаточно, но можно сделать и 30 градусов. ВСТРОЕННЫЙ ПРОЖЕКТОР В КАМЕРАХ - ОТКЛЮЧАЮ ЧТОБЫ НЕ БЫЛО ОТРАЖЕННОЙ ЗАСВЕТКИ от лобовухи. Прожектор можно взять уже готовый, например SAL-130C, но я рекомендую из готовых сборку БЕЛАЯ НОЧЬ в режиме вспышки, подключенной к блоку управления и синхронизации затвора камеры. Однако это уже 110-220 вольт. Зато будет освещение конкретно ИК как у системы видеофиксации ГИБДД "Стрелка" и прочие "роботы" с дальностью в кромешной темноте без фар до 1 километра, а при встречных или своих фарах - 500 метров (при внешнем освещении дальность чувствительности матрицы к ИК снижается). Также можно использовать ИК-осветители для охоты и прицелов, они выдают узкий пучок на расстояние до 400 метров, их можно ставить несколько.

Все подключено к 12 вольтам бортовой сети через кнопку. Вывод изображения - через обычный китайский монитор. В ближайшее время будет напечатан корпус для камеры, а сигнал будет выведен на штатный монитор с помощью видеоинтерфейса, переключаемого через кнопку NAV.

По стоимости - камера обошлась в 4-5 тысяч рублей (более продвинутые - до 20 тыр), объектив - в 1000-5000 рублей (продвинутым не нужно), монитор - тоже 1000-3000, пучок проводов - 500 рублей. Ну и видеоинтерфейс - около 20 тысяч, но можно и без него, зато вы получите мобильную систему, которую можно переносить из машины в машину. Прожектор - штука опциональная, для начала можно без нее вполне прожить, так как матрица очень светочувствительная.

IMX225 почти в два раза чувствительнее, чем IMX238, и в четыре, чем imx322 или imx138, ее примерно можно сравнить с приборами ночного видения на ЭОП 2-го поколения. Если вам удастся получить матрицу ICX829 или ICX255, то будет уже ЭОП 2+, так как она еще в полтора-три раза чувствительнее, чем IMX225, их светочувствительность приближается к 5000 mV и выше. ЭОП 2-го поколения стоит во многих популярных народных прицелах и приборах ночного видения до 100 тысяч рублей, а вот 2+ и 3 поколения - приближается к 200-300 тысячам. Так как ЭОП нельзя включать днем и она очень дорогая, то мы используем то, что продается недорого и справляется с дневным светом - то есть бытовую матрицу технического зрения на CMOS или CCD. Оставим ЭОП охотникам и спецназу, а на сэкономленные деньги летим на острова.

Результат - особенно хорошо в городе при слабой освещенности. И супер-хорошо при междугородных многочасовых ночных перегонах, а также на рассвете и закате, в сумерках. Таких приборов у меня три штуки, щас готовится четвертая версия в корпусе, напечатанном на 3d-принтере и с CS-объективом. По сравнению с китайской системой Protruly 150, известной у нас как Сова-150, возможности моего ночного видения намного больше: качество распознавания объектов в темноте лучше, так как матрица чувствительнее. Конечно у Протрули есть автозум, но мне хватает и фиксированного объектива, тем более что фокусное расстояние вполне можно или поменять, или поставить другой объектив. Протрули кстати тоже стоит в мерседесе жены два года, однако даже с его зум-объективом и выкрученными на максимум настройками чувствительности и прореживания кадров, матрица IMX225 на порядок лучше видит. Так что на Ауди я не стал переносить протрули, а езжу исключительно на своих девайсах. Новые только анонсированные военные и морские протрули используют и ИК-лазер на специальной китайской супер-матрице, и микроболометр от Flir, но стоят как самолет. При этом они круче современных штатных систем. А вот актуальные гражданские, морские и полицейские протрули - только лазер и 22-х кратный зум на оптике и матрице Сони. Так что нам есть куда стремиться и все реально (вот только микроболометры нужно в России научиться производить, щас все покупается у Flir под санкицями).

Также идеально подойдут камеры Watec 920, они еще есть на вторичном рынке. При выборе матрицы нужно стремиться к чувствительности 3000mV и выше.

Позже выложу фотки самоделки.

Также вместо самоделки можете использовать недорогие цифровые мононкуляры ночного видения типа NV001/NV002 или разные пульсары и прочие штуки до 20-80 тысяч рублей, например ПНВ Recon 750R или более старших моделей с матрицами Sony ICX255 и более современных с чувствительностью 3000-5000 mV, закрепленные в салоне с помощью штативов и присосок, там главное - отключить ИК-подсветку или прикрыть ее чем-то, чтобы она не перееотражалась об стекло и не засвечивала матрицу. В цифровых монокулярах стоят CCD или CMOS матрицы, которые можно использовать днем, в отличие от настоящих приборов ночного видения на ЭОПах, которые видят конечно лучше, но требуют очень бережного обращения. Цифровые монокуляры нужны с выходами видео/аудио AV, чтобы можно было подключить в монитору или штатке. За счет хорошего объектива они лучше противостоят контровому свету от встречных фар, чем недорогие объективы камер. Если нужен хорошие объектив именно на камерную систему, то тут уже смотрим в сторону объективов DD и переделываем холдер объектива на плате камеры перед матрицей, что в общем-то могут сделать хорошие токари по металлу.

Как пример десятилетней давности - вот: http://www.motorpage.ru/dopoborudov..._avtomobilnuyu_sistemu_nochnogo_videniya.html

По итогу в ночи видно намного лучше. Также видны объекты, не освещаемые ничем, но излучающие в ближнем ИК-диапазоне - это стойки высоковольтных линий электропередач ЛЭП, лесные массивы, как ни странно - горы, мосты и переезды, а также источники света из-за пригорков, в том числе - фары еще не видимых глазом встречным автомобилей. Ну и глаза животных. А также более различимы люди на обочинах, хотя их нужно научиться видеть на экране. Металлические ограждения тоже лучше видны. На скоростях под 200 км/час в Баварских горах или в Альпах или на серпантинах Испании или Черногории, где мне довелось ездить, эта штука реально решает. А в городе в сумерках - помогает видеть велосипедистов и бегунов. Снимает напряжение с глаз, что очень важно. Ну и высвечивает разметку даже под не толстым снегом и дождем.

Буду рад ответить на вопросы или обменяться опытом.

 

Реализация на данный момент выглядит чудовищно конечно)))
Вот первая реализация 2014-15 года - она двойная, для сравнения боевых возможностей и просто из-за интереса на базе 1)монокуляра ночного видения Veber NV 002 + 2)Зеркало Protruly с камерой ночного видения Сова-150/Protruly 150 с автозумом. Объездил на ней всю европу, переход из Москвы до Барселоны за счет более уверенного движения ночью составил 42 часа, включая границу и таможню, три кратковременных сна, за рулем был один человек без смены, сон составил три раза по три часа:
ТАК ВЫГЛЯДИТ ЗЕРКАЛО + МОНОКУЛЯР В САЛОНЕ


А ТАК - СОБСТЕННО МОНОКУЛЯР NV002


А ТАК - ЗЕРКАЛО PROTRULY С ВСТРОЕННОЙ КАМЕРОЙ nightvision


Вечерком выложу актуальную версию, она еще более чудовищна))))))

 

Я тоже так поначалу думал. Такой опыт был. Но не подошел. У обычного регистратора нет светосильной оптики и хорошей матрицы. В основном матрицы регистраторов - до 1600mV, в том числе у одной из самых популярных imx322 - всего 510 mV, у imx238 - 1300mV. А уж по меркам камер в смартфонах - и вовсе космос. Сравните с 2300mV у imx225, в два раза выше, вот ссылка: http://www.sony.net/Products/SC-HP/new_pro/october_2014/imx224_225_e.html
Photograph 2 Comparisons with the Existing Sony Product
Condition 1: 0.05 lx F1.4 (Quad VGA image 30 frames/s)



Existing IMX238LQJ (FI 3.75 µm SXGA)
Internal gain 42 dB (Maximum gain)



IMX224LQR
Internal gain 60 dB



Основное назначение матриц видеорегистраторов - это низкое электропотребление и высокое разрешение в пикселях, соответственно физический размер пикселя меньше, и матрица менее чувствительна. На некоторых моделях это можно сделать, однако для ИК-чувствительности нужно убрать ИК-фильтр и зачастую это приходится делать механически с помощью ножа - срезать ИК-фильтр с матрицы, он туда приклеен. Опыт такой уже был. Потом встает вопрос, что объектив там имеет фокусное расстояние 3-8 мм и картинка слишком широкоугольная, то есть смысла в этом немного, так как видишь только то, что поблизости. А чтобы было хорошо, нам нужен дальний обзор и объектив с приближением.

Если хочется совсем уж простого варианта с минимальным ковырянием, то рекомендую начать с этой камеры FalconEye b720AHD на 225 матрице http://falconeye.su/Products/430/68/FE-B720AHD/

В последствии можно на нее навернуть объектив побольше, а также срезать ИК-фильтр, он тут приклеен на матрицу. Камера крепится на фотокронштейн стандартной резьбы для фототехники, также часто применяемой для видеорегистраторов. Камера - полный автомат, никаких настроек нет, в черно-белом снимать не умеет, на ИК почти не реагирует, но картинка без ИК-фильтра лучше становится. Ночью при светел луны или звдезд даже в лесу - как днем едешь.



По Большой бетонке вокруг Москвы много с такой штукой наездил. Потом все-таки перешел на более сложную камеру с настройками, чтобы по безлунной ночи ездить и с подсветкой, так как фалькон начинал сильно шуметь. Фалькон ОЧЕНЬ компактен - он намного меньше чем на картинке и размером наверное с круглые регистраторы BlackVue если не меньше. Но вывод сигнала - только через промежуточный видеорегистратор AHD, так как CVBS там нет и напрямую не вывести на монитор. Зато появляется видеорегистрация с записью на жесткий диск. Регистратор должен уметь AHD.

В продолжение матриц: вот тут две новейших матрицы Sony http://www.sony.net/Products/SC-HP/new_pro/february_2016/imx253_255_e.html и http://www.sony.net/Products/SC-HP/new_pro/november_2015/imx323lqn_e.html

Как видите, там в строке Sensivity (F5.6/8) - опять 510mV и 915-1100mV, зато конское количество мегапикселей и устранение роллингшаттера.

 

Итак, представляю Вам наиужаснейшую сборку самоделки ночного видения ИЮНЬ-16.
Жуткое зрелище, куча проводов и сомнительное удобство)))




Построено следующим образом: Orient 965 sn13b, которую я разобрал, развинтил, отключил внутренние провода, накрутил объектив m12 - 50мм.


Затем оставил отключенным ик-посветку, не стал подключать привод на ИК-фильтр. Все аккарутно собрал;

Затем на корпус камеры прицепил монитор:


Рядом белый цилиндр - это ИК-прожетор ТИРЭКС 41F, сейчас веду испытания с ним, но по правде он слабоват, хотя в полной темноте светит отлично. Но фары даже своего автомобиля его сильно глушат. Впрочем для покатушек без фар очень хорошо светит, лучше, чем дальний свет, так как дает вертикальные углы больше чем фары.



Ночью прокачусь - выложу фотки в натуре, специально поеду в долину Иберийских гор, чтобы совсем темно было.

Для примера - хорошее качество ночной съемки могут дать хорошие камеры с хорошими линзами, как например тут, это Sony a7S (sensability) с эксклюзивным сенсором Sony IMX235aqr, который по некоторым сведениям не достать в широкой продаже как отдельную запчать, характеристики засекречены, так как сенсор до сих пор используется в военной индустрии и приближается к ЭОП 2+ с возможностью цветного ночного видения. Вроде Никон должен ее получить, а Сони выдаст новую матрицу. На сегодня это самая мощная матрица среди всех CMOS, мощнее ее только линейка CCD icx829.



А тут ведутся обсуждения крутизны матриц и астрофотографии http://www.cloudynights.com/topic/534111-ccd-vs-cmos-exmor/

А здесь - страница Сони про технологию Starvis, спеки матриц и прочее http://www.sony.net/Products/SC-HP/sensor/


Пока идут испытания и тестирование компонентов, моя команда инженеров пытается изобрести более-менее подходящий корпус для камеры, объектива C/cs/DD и монитора, что-то типа протрули или зеркала-регистратора, но с моторизованным приводом подвеса, чтобы при поворотах камера поворачивалась в нужную сторону. Матрица будет более чувствительная - icx829 или что-то типа того со значением под 5000mv. Подсветка - лазер. Также возможно вторая версия корпуса не будет интегрирован в зеркало, а останется купольной - по типу поворотных камер PTZ, но с DD-объективом: в таком случае мы получаем более простое решение, но оно подходит только для прямых торпед, а угол обзора дорожного полотна меньше, так как камера глядит с более низкой точки. В качестве датчика, переключающего поворотных механизм, - акселерометр. Мозги - вероятно Raspberry, они как раз хорошо дружат с мотором. Также - видеоаналитика с распознаванием пешеходов, знаков и разметки, а также слежением за расстоянием до передней цели и безопасности - на библиотеке OpenCV.

В России проект компьютерного автозрения разрабатывается также на УАЗе с помощью разработчика OpenCV - компании ITSEEZ. Они пока про распознавание угроз ведут речь - http://itseez.com/itseez-brings-its-adas-solution-to-uaz-next-generation-suv-model/.

 

Итак, пример съемок без ик-подсветки внутри темного помещения и с балкона, а также сравнение с камерой iphone 5s. Съемки с экрана ночного видения - сняты прямо с экрана с помощью все того же айфона, на них видна жк-матрица и картинка пиксельная.

Как мы видим, с помощью ночного видения видно то, что плохо видно глазом и плохо видит айфон.

 

А вот пример ночной съемки из машины на ночное видение и опять же где-то фоткал для сравнения на айфон с максимальной яркостью/усилением камеры айфона.

 

Ну и на завтравку - матрица Кэнон, 4 000 000 ISO (четыре миллиона единиц ISO!), 19 000-30 000 долларов