home صفحه اصلی lock person ثبت نام

نورپردازی طبیعی و مصنوعی در دوربین مدار بسته - قسمت اول

Star InactiveStar InactiveStar InactiveStar InactiveStar Inactive
 

 نورپردازی طبیعی و مصنوعی

 

نورپردازی مادون قرمز دوربین مداربسته

یک سیستم نورپردازی مادون قرمز راه حلی برای مواقعی است که نورپردازی‌های امنیتی رایج مناسب نمی‌باشد، برای مثال هنگامی که حضور یک سیستم امنیتی: (1)باعث جلب توجه ناخواسته شود، (2)باعث آگاه‌سازی مزاحمان از یک سیستم نظارتی شود، (3)باعث ایجاد مزاحمت برای اطرافیان گردد.

دو روش عمومی برای ایجاد یک سیستم نورپردازی مادون قرمز وجود دارد. یک روش از انرژی گرمایی حاصل از لامپ زنون یا نئون استفاده می‌کند. این منابع مادون قرمز به همراه فیلتری که نور مرئی را فیلتر می‌کند، نصب می‌شوند به گونه‌ای که فقط پرتوهای مادون قرمز از لامپ به صحنه نورپردازی شده تابیده می‌شود. روش دوم از LED یا آرایه‌ای از LEDهای مادون قرمز غیرحرارتی جهت تولید پرتوهای مادون قرمز با استفاده از ترکیبات الکترونیکی موجود در ابزارهای نیمه هادی استفاده می‌کنند. هر دو روش پرتوهای باریک و پهن تولید می‌کنند که هنگام مشاهده با یک دوربین مدار بسته حساس به مادون قرمز همانند دوربین های مدار بسته CMOS، CCD، یا ICCD (Intensified CCD) منجربه ایجاد تصویری بسیار خوب می‌شود.

 

منابع مادون قرمز به شکل لامپ فیلتر شده

لامپ‌های زنون و نئون می‌توانند صحنه‌ای را که صدها فوت از دوربین مدار بسته دور است روشن کنند و به مقدار کافی پرتوی مادون قرمز جهت استفاده عملی برای یک سیستم ویدئویی مخفی تولید می‌کنند. از آن جایی که منابع مادون قرمز (لامپ‌های تنگستن و زنون) مقدار قابل توجهی توان مصرف می‌کنند و داغ می‌شوند، ممکن است به نوع خاصی از دفع کننده گرما یا خنک کننده هوا که به طور پیوسته کار کند نیاز پیدا کنند. شکل (1) پیکره‌بندی چند منبع مادون قرمز به شکل لامپ زنون و تنگستن را نشان می‌دهد که تولید پرتوهای مادون قرمز می‌کنند و در بازتابنده‌هایی نصب شده و دارای فیلتر می‌باشند.

این سیستم‌های لامپی از پوشش‌های نوری دو رنگ به شکل غشاهای نازک (جداکننده‌های برای نور) و فیلترهای جذب‌کننده استفاده می‌کنند که پرتوهای بسیار نزدیک به مادون قرمز را به سمت جلوی لامپ و سمت خارج هدایت کرده در حالی که تابش‌های مادون قرمز بلند را به سمت پشت لامپ باز می‌تابانند، جایی که این پرتوها به وسیله ماده جداسازی شده جذب می‌شوند. این مواد به عنوان یک جذب کننده گرمای بهینه عمل کرده و به‌طور مؤثری گرما راپراکنده می‌سازند و سیستم می‌تواند بدون نیاز به خنک کننده به عملکرد پیوسته خود در محیط گرم ادامه دهد.

یک پیکربندی بهینه خاص با استفاده از لامپ تنگستن هالوژن به عنوان منبع تابش و یک شیوه فیلتر کردن و خنک کردن منحصربه‌فرد در شکل (2) نشان داده شده است.

رشته به کار رفته در یک لامپ PAR 56 در دمایی حدود 3000 کلوین کار می‌کند و دارای عمر متوسط 2000 تا 4000 ساعت است. پوشش‌های آینه‌ای دو رنگ نوری لامپ به کار رفته بر روی سطح داخلی بازتابنده و جلوی لنزهای پوششی از چندین لایه دی اکسید سیلیکن و دی اکسید تیتانیوم ساخته شده‌اند. علاوه بر این فیلتر، یک آینه "سرد" به شکل پوسته‌ای از لایه کوارتز بین لامپ تنگستن هالوژن و لنزهای پوششی روکش شده، جهت کنترل مستقیم نور مرئی خروجی از رشته قرار دارد. اپتیک لامپ دارای یک فیلتر جذب کننده بین لامپ و لنز جلو می‌باشد که کمتر از 0.1 درصد از تمامی طول موج‌های کوتاه‌تر از 730 نانومتر را عبور می‌دهد. این امر شامل کل طیف مرئی می‌شود. اثر ترکیبی این فیلتر کردن، این اطمینان را می‌دهد که فقط تابش مادون قرمز از جلوی لامپ خارج می‌شود و پرتوهای مرئی و مادون قرمز بلند (بلندتر از حدی که برای سنسور سیلیکونی دوربین مدار بسته مفید باشد) نمی‌توانند از جلوی دوربین مدار بسته خارج شوند. در نتیجه خروجی لامپ به طور کلی برای چشم انسان نامرئی است. سیستم لامپ مادون قرمز با لنزهای جلوی مختلف جهت ایجاد الگوهای تابشی گوناگون برای محدوده گسترده‌ای از کاربردها موجودند، که شامل نورپردازی محیط‌های گسترده تا نورافکن‌های با برد زیاد می‌شود.

جدول (1) انواع لنزهای لامپ موجود و زوایای تابشی افقی و عمودی تولید شده توسط آنها را به طور خلاصه بیان می‌کند. این زوایای تابشی از 12 برای پرتوهای باریک تا 68 برای پرتوهای بسیار گسترده تغییر می‌کند.

 

دیودهای منتشرکننده مادون قرمز

سیستم‌های ویدئویی برای نورپردازی مخفی و شبانه در حال استفاده از LEDهایی هستند که شامل آرایه‌ای از دیودهای نیمه هادی گالیوم آرسناید (GaAs) می‌باشد. این دیودها پرتوهای قرمز تیره 880 نانومتر را منتشر می‌کنند و هیچ نور مرئی قابل دیدن دیگری توسط آنها تولید نمی‌شود. این ابزارهای کارآمد معمولاً 50 درصد از انرژی الکتریکی را به پرتوهای مادون قرمز تبدیل می‌کنند. انها فقط کمی بالاتر از دمای اتاق کار می‌کنند، مقدار کمی گرما پراکنده کرده و در نتیجه معمولاً به خنک‌کنندگی کمی احتیاج خواهند داشت. نور در پیوند PN دیود تولید می‌شود و هنگامی که دیود به صورت مستقیم بایاس شود از خود پرتوهای مادون قرمز ساطع می‌کند. انرژی مادون قرمز 800 تا 900 نانومتر به سمت لنزهای تقویت‌کننده که در داخل هر LED ایجاد گردیده‌اند هدایت شده و به سمت صحنه تابیده می‌شوند. برای اینکه صحنه به اندازه کافی روشن گردد به آرایه‌ای از ده، صد تا چند صد دیود که به صورت سری با منبع تغذیه نصب شده‌اند نیاز است. تغذیه آرایه دیودها از منابع  معمولی 12 ولت مستقیم یا 117 ولت متناوب تامین می‌شود. نور حاصل از دیودها با هم جمع شده تا پرتوهای لازم را برای روشن‌سازی صحنه و هدف با مقدار کافی از انرژی مادون قرمز جهت ایجاد تصویر ویدئویی مناسب با دوربین مدار بسته CMOS یا CCD تولید کند. شکل (3) یک آرایه LED گالیوم آرسناید مادون قرمز را که پرتوهای مادون قرمز با کارآرایی بالا جهت کاربردهای مخفی و شبانه تولید می‌کند، نشان می‌دهد.

 

منابع مادون قرمز حرارتی

تمامی اجسام هنگامی که به اندازه کافی گرم شوند نور ساطع می‌کنند. تغییر دمای یک جسم منجر به تغییر شدت و رنگ نور ساطع شده از آن می‌شود. برای نمونه هنگامی که آهن گرم می‌شود در ابتدا به رنگ قرمز تیره می‌درخشد، وقتی گرم‌تر شود به رنگ قرمز متمایل به نارنجی در می‌آید و در نهایت به سفید گرم می‌گراید. در یک کارخانه فولاد، آهن ذوب شده به رنگ سفید متمایل به زرد می‌باشد چون که گرم‌تر از آهن به رنگ قرمز متمایل به نارنجی که در دمای پایین‌تری قرار دارد می‌باشد. رشته تنگستن در یک لامپ نئون از این هم گرم‌تر است و نور تقریباً سفید را تولید می‌کند. به هر جسمی که برای درخشیدن به اندازه کافی گرم باشد، جسم تابان گفته می‌شود، که عبارتی برای حباب‌های رشته‌ای گرم شده می‌باشد. یک مشخصه معنی‌دار برای تشریح رنگ، دمای رنگ یا دمای رنگ ظاهری یک جسم که در دماهای مختلفی حرارت داده شده است می‌باشد.

در آزمایشگاه یک منبع تابشی که هنگام گرم شدن با بازدهی صددرصد در تمامی طول موج‌ها تابش می‌کند، جسم سیاه تابنده نامیده می‌شود. جسم سیاه تابنده در حالی که از قوانین خاص فیزیکی تبعیت می‌کند، انرژی را در طیف‌های فرابنفش، مرئی، و مادون قرمز از خود ساطع می‌کند. لامپ‌های تنگستن و خورشید همانند جسم سیاه می‌تابند، چون آنها با طیفی پیوسته که تمامی طول موج‌ها و رنگ‌ها را شامل می‌شود تابش می‌کنند. سایر منابع مانند لامپ‌های جیوه، فلورسنت، سدیم، و قوس الکتریکی-فلز با طیفی پیوسته نمی‌تابند و تنها ناحیه باریکی از رنگ‌ها را تولید می‌کنند: جیوه در ناحیه سبز متمایل به آبی تولید نور می‌کند و سدیم در ناحیه زرد متمایل به نارنجی. دوربین های مدار بسته مادون قرمز حرارتی برای مشاهده تفاوت دمایی در اجسام موجود در یک صحنه به کار می‌روند.

پیکربندی منبع حرارتی مادون قرمز

 

ملاحظات طراحی در نورپردازی

طراحی سیستم نورپردازی برای سیستم‌های امنیت ویدئویی نیازمند ملاحظات زیر می‌باشد: (1)هزینه نصب اولیه، (2)بازدهی نوع لامپ انتخاب شده، (3)هزینه کارکرد، (4)هزینه‌های نگهداری، (5)طیف نوری ساطع شده، (6)زاویه تابش لامپ و نورافکن.

 

هزینه‌های نورپردازی

هزینه نورپردازی یک محیط داخلی  یا خارجی به عواملی بستگی دارد از قبیل: (1)نصب اولیه، (2)نگهداری، (3)هزینه کارکرد (مصرف انرژی). هزینه‌های نصب اولیه برای لامپ‌های نئون کمتر می‌باشد، که پس از آنها لامپ‌های فلورسنت و در ادامه لامپ‌های HID قرار دارند. تمامی لامپ‌های نئون می‌توانند به صورت مستقیم به یک منبع تغذیه متصل شوند. آنها برای منابع تغذیه با جریان متناوب و ولتاژهای 240، 120، و 24 ولت با جریان مستقیم و ولتاژ 12 ولت بدون نیاز به بالاست الکتریکی و مدارات راه‌انداز ولتاژ بالا موجودند. تمام آنچه که لازم است نورافکنی است که به طور مناسبی طراحی شده باشد و نور لامپ را با الگوی مطلوب هدایت نماید. برخی از لامپ‌های نئون به وسیله نورافکنی که در داخل آن تعبیه شده است دارای فوکوس از پیش تنظیم شده بوده که امکان پوشش نوری آنها را به صورت نقطه‌ای یا پراکنده فراهم می‌آورد. لامپ‌های فلورسنت در بازتابنده‌های پخش کننده نور نصب می‌شوند و به یک جرقه‌زن و یک بالاست ساده برای شروع و ادامه کار نیاز دارند. لامپ‌های HID به شبکه‌های پیچیده‌تری از بالاست احتیاج دارند، که گران‌تر، پرمصرف‌تر، بزرگ‌تر و حجیم‌تر، علاوه بر هزینه‌های نصب و کارکرد می‌باشد.

تمامی لامپ‌ها و تجهیزات نصب آنها به گونه‌ای طراحی شده‌اند تا جایگزینی لامپ‌ها به سهولت انجام گیرد. لامپ‌های فلورسنت و HID که دارای ماژول‌های بالاست و مدارات راه‌انداز ولتاژ بالا می‌باشند به نگهداری اضافه احتیاج دارند، چون گاهی اوقات در طی عمر مفید نصبشان از کار می‌افتند. جدول (2) انواع رایج لامپ‌ها را به همراه LEDهای مادون قرمز و قرمز تیره مقایسه می‌نماید.

زاویه تابش برای لامپ های مادون قرمز

 

هزینه‌های کارکرد

در یک سیستم امنیت ویدئویی، بهره‌وری انرژی سیستم روشنایی باید در نظر گرفته شود. به زبان دلار وسنت، این قضیه به مقدار روشنایی و نور خروجی در ازای انرژی ورودی بستگی دارد که نورپردازی اضافی ممکن است بی‌ارزد یا می‌تواند در صورت نصب یک دوربین مدار بسته ویدئویی LLL (low light level) ICCD یا دوربین مدار بسته حرارتی مادون قرمز باعث صرفه‌جویی شود.

مقدار نور موجود به طور مستقیم کیفیت و میزان هوش ناظر ویدئویی را تحت تاثیر قرار می‌دهد. اگر در حال حاضر نورپردازی در محیط وجود دارد، متخصص امنیتی می‌بایست مشخص کند که آیا نوع لامپ‌ها مناسب است یا نه و اینکه مقدار نور کافی است یا نه. نتیجه بررسی محل مشخص می‌کند که نور بیشتری نیاز است یا خیر. برنامه‌های طراحی کامپیوتری برای محاسبه مکان و اندازه لامپ‌های ضروری برای روشن کردن یک ناحیه با مقدار مشخصی ار نور موجودند. اگر اضافه کردن نور یکی از گزینه‌ها باشد، تحلیل‌ها هزینه آن را با هزینه نصب دوربین های مدار بسته ویدئویی گران‌تر و حساس‌تر مقایسه می‌کنند.

اگر سیستم امنیت ویدئویی شامل دوربین های مدار بسته رنگی شود، انتخاب روشنایی از این هم بحرانی‌تر می‌شود. تمامی دوربین های مدار بسته رنگی به سطح بالاتری از روشنایی در مقایسه با همتایان سیاه و سفید خود احتیاج دارند. برای تولید یک تصویر رنگی که دارای نسبت سیگنال به نویزی به خوبی یک سیستم سیاه و سفید باشد یا اینکه بدون نویز باشد، به بیش از دو برابر روشنایی احتیاج است. برای به دست آوردن رنگی پایدار از اجسام و هرآنچه در محیط است، منبع نوری انتخاب شده یا نصب شده می‌بایست مقدار کافی از رنگ‌ها را تولید کند تا دوربین مدار بسته بتواند آنها را تشخیص داده و تعادل را بین آنها برقرار سازد. از آنجایی که تعداد زیادی از انواع به کلی متفاوت از نورپردازی‌ها در حال حاضر در صنایع و مکان‌های عمومی نصب شده است، متخصصین امنیتی می‌بایست از خروجی طیفی چنین نورهایی آگاهی داشته باشند.

از آنجا که هزینه‌های عملکرد لامپ اغلب از مجموع هزینه‌های نصب اولیه و نگهداری بیشتر می‌شود، آگاهی از بازدهی هر نوع لامپ مهم می‌باشد. برای آگاهی از تفاوت‌های قابل توجهی که در هزینه عملکرد انواع مختلف لامپ وجود دارد، جدول (4) متوسط نور خروجی و عمر هر لامپ را مقایسه می‌نماید.

لامپ حرارتی با بازدهی بالا

برای انواع مختلفی از لامپ‌های نئون، بخار جیوه (HID)، فلورسنت، و سدیم پرفشار، عمر لامپ بر حسب ساعت با توان ورودی و هزینه عملکرد، کیلووات ساعت استفاده شده، بر مبنای 4000 ساعت از عملکرد سالانه مقایسه شده است. این مقایسه الگویی برای لامپ‌های استفاده شده در کاربردهای مختلف روشنایی هوای گرگ و میش تا سپیده‌دم، روشنایی‌های هوایی نصب شده بر روی دیوار، و نورپردازی‌های گسترده، می‌باشد. در هر کاربردی، مقدار قابل توجهی صرفه‌جویی در هزینه‌های عملکرد (هزینه‌های انرژی) بین لامپ‌های فلورسنت و سدیم پرفشار در مقایسه با لامپ‌های بخار جیوه و نئون استاندارد وجود دارد. انتخاب کارآمدترین لامپ در برابر کم کارآمدترین آن بسته به هزینه برق در یک منطقه خاص می‌تواند منجربه صرفه‌جویی دو یا چند برابر در هزینه‌های عملکرد شود.

زاویه تابش برای لامپ های مادون قرمز

 

مطالعه نورپردازی طبیعی و مصنوعی - قسمت دوم

 

منبع: ماهنامه سیباشهر

 

 

نوشتن دیدگاه