Как сделать тепловую камеру
Как сделать тепловизор из фотоаппарата: как переделать, видео
Тепловизор из фотоаппарата своими руками можно сделать без особенного опыта, если четко следовать инструкции. Фактически техника не нуждается в доработке, наоборот, ее нужно избавить от лишних элементов.
Для чего можно использовать самодельный тепловизор
Любые живые и неживые объекты с температурой поверхности выше нуля излучают тепло. Различить его невооруженным взглядом нельзя, поскольку речь идет о свечении в инфракрасном диапазоне. Но зато увидеть такое излучение позволяет специальный прибор — тепловизор. Он предоставляет цветную картинку, где теплые объекты выделены цветами от фиолетового до красного в зависимости от конкретной температуры.
Стоимость профессиональных тепловизоров довольно высокая, но полезный прибор можно сделать самостоятельно из старой техники, например, из цифрового фотоаппарата.
Тепловизор может пригодиться для нескольких целей.
Также устройства инфракрасного спектра применяют в машиностроении, металлургии, в медицине и при спасательных операциях. Но здесь речь идет уже о профессиональных приборах с высоким уровнем надежности и расширенным функционалом.
Как сделать тепловизор из цифрового фотоаппарата своими руками
Сделать тепловизор из старого фотоаппарата довольно просто, поскольку модернизировать устройство фактически не придется. Матрица фототехники изначально способна воспринимать инфракрасное излучение.
Фотоаппарат для изготовления тепловизора берут цифровой, в слишком старых моделях нужной матрицы нет
Но поскольку для создания снимков такая функция не нужна, еще на заводе в девайс устанавливают тепловой фильтр, отражающий или поглощающий ИК-спектр. В результате на экране фотоаппарата пользователь видит только то, что и так воспринимает человеческий глаз. Таким образом, для превращения девайса в тепловизор достаточно просто извлечь ИК-заглушку.
Подготовка материалов и инструментов
Чтобы сделать тепловизор из старого фотоаппарата, понадобится подготовить некоторые инструменты и расходные материалы:
Расходные материалы и инструменты дешевые и доступные, приобрести их можно на радиорынке или через Интернет.
Как переделать фотоаппарат в тепловизор
Переделка фотоаппарата в тепловизор не представляет особенных сложностей, если следовать проверенному алгоритму:
Необходимо отметить, что самодельный тепловизор на основе старого фотоаппарата не будет обладать высокой чувствительностью. Яркой и контрастной цветной картинки он не даст, и использовать его для измерения температуры не получится. Но предоставлять отчетливое изображение в полной темноте домашний прибор сможет, и инфракрасное свечение достаточно мощных объектов, расположенных вблизи, тепловизор тоже зафиксирует.
Заключение
Тепловизор из фотоаппарата своими руками по функциональности сильно уступит покупному. Но в ближнем инфракрасном спектре он работать будет и особенно хорошо станет действовать в качестве прибора ночного видения.
Тепловизор своими руками из фотоаппарата
Наверное, многие смотрели фильм «Хищник» и немного завидовали способности видеть тепловое излучение, как пресловутый инопланетянин. Оказывается, не только на охоте можно пользоваться этой фишкой, а ещё во многих сферах производства и медицины. И не такое уж дорогое это удовольствие — тепловизор, а смастерить его своими руками можно даже из фотоаппарата а-ля мыльница. Как это сделать, и где девайс можно применить — тема сегодняшней статьи.
Для чего можно использовать тепловизор
Помимо спецэффектов в фантастических фильмах, прибор находит следующее применение:
Помимо перечисленного, тепловизор находит применение в астрономических телескопах, при ветеринарном контроле и в системах ночного вождения. Словом, спектр его применения точно не ограничивается охотой.
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:
Современные устройства позволяют производить такие преобразования и получать изображения практически без задержки, в реальном времени.
Как переделать фотоаппарат в тепловизор
Вообще-то, переделывать ничего особо и не придётся. Изначально матрица фотоаппарата воспринимает инфракрасное излучение. Другое дело, что заводы-изготовители ставят в них так называемые тепловые фильтры, которые отражают либо поглощают попадающее на их поверхность ИК-излучение.
По-другому этот фильтр называют тепловое зеркало, в буржуйском исполнении — «hot mirror». В результате воспринимаемый матрицей фотоаппарата спектр становится примерно идентичным тому, что видит человеческий глаз.
Если извлечь из фотоаппарата ИК-фильтр, он начнёт работать как тепловизор. Можно (но не обязательно) установить вместо него фильтр видимого спектра. Как показывает практика, особой роли он не играет и на работу прибора влияния практически не оказывает.
Помимо фотоаппарата, подопытными (или жертвами — как процесс пойдет) для изготовления чудо-девайса могут послужить:
Описывать технологию их переделки не буду, поскольку это уже совсем другая история. Да и технология доработки сложнее, а затрат — на порядок больше.
Делаем небюджетный тепловизор своими руками
Кто из посмотревших фильм «Хищник» не мечтал обладать термальным зрением как инопланетный охотник? В наше время это не сложно, но достаточно дорого: не каждый может позволить себе купить тепловизор, хотя в последнее десятилетие, с развитием технологий, они стали гораздо доступнее. Одним из многих проектов на ардуино, которым я был очарован и вовлечен в удивительный мир микроконтроллеров, был как раз тепловизор, если его можно так назвать. Устройство на основе однопиксельного бесконтактного датчика температуры и системы механической развертки хотя меня и сильно впечатлило, но я так и не повторил его, так как, честно сказать, скорость его работы совсем не впечатляла. К слову сказать, датчик MLX90614, использованный в том проекте, достаточно дорогой (по стоимости за пиксель) по сравнению с теми, речь о которых пойдет дальше.
Disclaimer
Топик должен был называться «делаем бюджетный тепловизор», но за то время, пока у меня не доходили до него руки, ситуация изменилась и он стал весьма небюджетным. О текущих ценах на комплектующие в конце статьи.
Тема тепловизоров меня захватила и я всегда с интересом следил за новостями в этой области электроники. Очевидно, чтобы не использовать систему механической развертки нужен датчик большего разрешения, я составил для себя список таких датчиков, но многие из них были недоступны для покупки. Еще недавно на просторах интернета можно было встретить истории, что продавец отказывался отправлять подобные датчики в нашу страну, считая их устройством двойного назначения. Когда же в свободной продаже на aliexpress появился модуль с датчиком AMG8833, а в сети появились проекты с его использованием, я не смог противостоять желанию получить его, хотя стоимость и превышала почти вдвое ежемесячный лимит, отведенный мною на покупки. Датчик был приобретен за 37$ (сейчас его можно купить за 28$). Конечно разрешение у сенсора очень низкое для какого бы то ни было практического использования в качестве тепловизора, но его достаточно, чтобы получить массу восторга, впервые взглянув на мир «глазами хищника».
«селфи» снятое на AMG8833 
Вдоволь поэкспериментировав с AMG8833, я отложил его для будущего использования и стал думать о большем. Ведь все на том же aliexpress в продаже появились модули на базе сенсора MLX90640 с разрешением 32*24 и ценой в 60-70$. С таким разрешением возможно использовать его для каких то практических целей, ну и конечно поиграть серьезнее.
Отдельно датчик можно было приобрести примерно за 55-60$ в зависимости от версии. Но мне интереснее модули с обвязкой. Есть несколько вариантов таких модулей:
1. Модули, включающие сам сенсор и его обвязку для питания и работы с микроконтроллером по шине I2C. 
2. Модули для платформы M5STACK/M5STICK, такие модули содержат необходимую обвязку для питания сенсора и работы с микроконтроллером по шине I2C. 
3. Модули с микроконтроллером, реализующим UART интерфейс. Для работы с таким модулем можно обойтись без внешнего микроконтроллера, подключив его к ПК через USB-UART конвертер, я встречал 2 варианта таких модулей. Программное обеспечение для ПК позволяет визуализировать исходное тепловое изображение с сенсора или с программной интерполяцией. 
4. Следующим вариантом развития модулей с микроконтроллером являются модули, в которых реализован USB интерфейс и которые можно напрямую подключать к ПК, при этом сохранен UART интерфейс и доступна шина I2C самого сенсора. Для доступа к сенсору по I2C нужно замкнуть конденсатор сброса (который еще нужно найти). 
5. Наконец последним вариантом является модуль Red Eye Camera, в котором также реализован USB интерфейс, но, насколько я понял, нет возможности получить сырые данные с сенсора по I2C, при этом доступен UART. Судя по картинкам на странице товара для данного модуля есть ПО для Android. 
Мне хотелось иметь возможность для взаимодействия с сенсором по I2C, поэтому я выбрал модуль под номером 4, в котором есть эта возможность, а также реализован USB интерфейс. Со всевозможными скидками на распродаже 11.11.2019 г. этот модуль был приобретен за 54,31$.
Такой довольно дорогой модуль поставлялся в упаковке без какой бы то ни было защиты, к счастью не пострадал. Размеры модуля 28*15 мм.
К сожалению, не удалось найти никакой другой информации о данном модуле кроме представленной на странице товара: ни схемы, ни ПО. На модуле указано его название, версия и дата — «mlx_module v3.1.0 20190608. Но поиск по данному обозначению не дал никаких результатов. У всех продавцов одни и те же фото и описание товара.
Я не терял надежды, что драйвера под Windows найдутся автоматически, но чуда не произошло. При подключении в диспетчере устройств появилось новое неизвестное устройство с com-портом, после поиска драйверов оно было идентифицировано как трекбол, но драйвера не были правильно установлены. При этом в системе еще появляется com-порт. Я попытался использовать ПО от аналогичного модуля без usb, но безрезультатно: видимо протоколы обмена данными через UART у этих модулей отличаются. При последующих подключениях оно вообще не обнаруживалось.
Остался второй вариант использования данного модуля – подключение непосредственно к сенсору по шине I2C. Для этого, согласно информации на странице товара, необходимо замкнуть конденсатор сброса. Осталось найти его на плате среди десятка конденсаторов.
На плате установлены следующие компоненты:
— микроконтроллер STM32F301K6;
— USB-UART конвертер CH340;
— стабилизатор напряжения;
— кварцевый резонатор;
— резисторы и конденсаторы.
Вид сверху. 
Вид снизу. 
Чтобы найти нужный конденсатор, пришлось изучить даташит на микроконтроллер STM32F301K6 и прозвонить саму плату. Конденсатор, подключенный к пину reset микроконтроллера STM32, выделен на фотографии красным. Потребовалась довольно тонкая работа, чтобы замкнуть его с помощью кусочка провода МГТФ. 
Я проверил несколько примеров работы сенсора с ESP32. Для итоговой реализации я использовал в качестве управляющей платформы TTGO T-Watch, о которой можно узнать из моих обзоров: раз, два. Для подключения сенсора к T-Watch я использовал прото-шилд для Wemos D1 mini и угловые штырьковые гребенки. Получилось довольно компактно, конечно, корпус бы не помешал. Взяв за основу данный проект, я переделал его под TTGO T-Watch, а также добавил интерполяцию и возможность сохранения фотографий на microSD.
Пример сохраненных фото с «тепловизора». 
Ещё несколько примеров фотографий 
Фотографии сделаны до реализации интерполяции в разрешении 32*24 пикселей. А на видео уже пример работы с интерполяцией, с разрешением 64*48. Частота кадров составляет всего 4 кадра в секунду она зависит от частоты опроса датчика и задается программно, частоту можно увеличить до 32 при этом увеличится погрешность измерений.
Несмотря на столь небольшое разрешение сенсора MLX90640 его вполне можно использовать для множества целей:
— поиск утечек тепла в доме, при утеплении лоджии проверено на личном опыте;
— поиск греющихся элементов на плате, конечно самые мелкие детали будут неразличимы, но тем не менее такой инструмент может быть полезен;
— контроль присутствия людей, там где нет возможности использовать видеокамеру, человека можно заметить с расстояния порядка 10 м;
— пожарная безопасность;
Функции и улучшения, которые я хотел бы добавить к «тепловизору»:
— переделать проект под большой дисплей с тачскрином;
— добавить поддержку LVGL и сделать красивый дизайн с меню;
— увеличить разрешение сохраняемых изображений;
— добавить возможность потоковой трансляции изображения по Wi-Fi.
Я хочу также реализовать следующие проекты на основе сенсора MLX9040:
— Мобильный тепловизор на основе ESP32.
— Мобильный тепловизор для андроид.
— Радиоуправляемый робот с термальным зрением.
— Камера наблюдения с режимом термальной съемки.
— Тепловизор с детектором лиц на базе kendryte k210.
— Шлем виртуальной реальности или очки с термокамерой.
P.S.S.
В следствие пандемии коронавируса цены на сенсор MLX90640 взлетели в несколько раз. На Aliexpress можно найти модуль примерно за 200$. В конце 2019 г. компания Sipeed обещала выпустить в скором времени модуль термокамеры с разрешением 32*32 на базе сенсора от Heimann за
50$, но опять же из-за пандемии этим обещаниям не суждено было сбыться. Надеюсь в будущем ситуация улучшится.
Как сделать охотничий тепловизор своими руками?
Изначально предназначение тепловизора заключалось в использовании в военных целях. На сегодняшний же день его можно применять на охоте, в промышленности и в других целях. Покупной прибор имеет немалую стоимость, доступную не каждому человеку. В такой ситуации можно воспользоваться возможностью изготовления бюджетного тепловизора своими руками. Это довольно не простая задача, однако вполне выполнимая.
Чаще всего встречаются переделки следующих цифровых фото- и видеоустройств:
Для анализа целесообразности таких переделок следует обдумать порядок работы и просчитать возможные последствия изменения конструкции прибора.
Охотничьи тепловизоры в идеале должны иметь корпус, который будет устойчивым к механическим повреждениям и ударам. Желательно, чтобы он был сделан из сплава с защищенностью примерно степени IP54.
Рассмотрим подробнее, как сделать тепловизор для охоты своими руками и что для этого понадобится.
Сложность изготовления тепловизора
Данное устройство фиксирует инфракрасное излучение, испускаемое животными. Бывалые же охотники на практике используют прибор не для быстрого поиска добычи, а для нахождения подранков. Для других целей прибор мало подходит, поскольку дальность его действия ограничивается чувствительностью.
По конструкции тепловизор во многом похож на классическую цифровую камеру. В его конструкции используются следующие составляющие:
Основная сложность самостоятельного создания тепловизора заключается в материалах, применяемых в процессе производства светочувствительной матрицы и оптической системы. Эти компоненты можно купить отдельно и провести самостоятельную адаптацию для совместной работы.
Варианты адаптации других устройств
Можно найти много вариантов переделки стандартных фото- и видеокамер, а также других устройств, чтобы они могли выполнять функции тепловизора. Идеальной замены добиться невозможно, так как в таком случае производители сделали бы данную опцию базовой для оборудования. Максимум, чего можно достичь при переделке камеры – это режим ночной съемки на расстоянии до 2 метров.
Цифровая камера
Несмотря на некоторую схожесть в конструкции, является очень проблематичным сделать полноценный тепловизор из цифровой камеры. Демонтаж фильтра, работающего в диапазоне ИК, не принесет желаемого результата. Негативные последствия подобной операции – быстрый выход из строя матрицы и повышение уровня цветового шума.
Дополнительно можно столкнуться с такими проблемами:
Если учесть все эти нюансы, то в итоге получится не очень качественный тепловизор. Его дальность будет минимальная, а высокая погрешность изображения не позволит нормально охотиться.
Web-камера
Альтернативным вариантом может быть изготовление устройства, которое регистрирует тепловое излучение животных и птиц, из Web-камеры.
Для переделки нужно приобрести специальный набор, который включает следующие элементы:
После сборки устройство будет способно фиксировать тепловое излучение на расстоянии до 30 метров. Бинокль с тепловизором для охоты можно также попытаться сделать с использованием Web-камер.
Инфракрасный термометр
Своими руками прибор можно сделать и с помощью платы Arduino и инфракрасного градусника. Для этого необходимо взять хороший инфракрасный термометр, так как известно, что он может измерять температуру на некотором расстоянии, и подключить его к светодиодам с фонаря через плату Arduino.
Фонарь для этого следует брать из качественных изделий. Если купите дешевую модель, то и тепловизор получится таким же. Плата Arduino – устройство, предназначенное для строительства простых схем в робототехнике и автоматике. Используется не специалистами в этих областях.
Программируйте плату так, чтобы свет фонарика изменялся в зависимости от температуры объекта.
Допустим, что холодные предметы будут синего цвета, живые объекты – красными, нейтральные – зелеными. Таким образом, при наведении прибора, разные объекты будут иметь соответствующий цвет. К прибору можно подключить цифровой дисплей, получая картинку с качеством не хуже, чем у дорогих моделей готовых тепловизоров.
Так, вполне реально самостоятельно сделать охотничий тепловизор. И если стоимость прибора в магазинах составляет от 19 000 рублей, самодельный прибор вам обойдется в сумму от 2 до 5 тысяч. Окончательная стоимость определяется комплектующими деталями.
Например, стоимость платы Arduino – от 150 рублей, она зависит от качества, на светодиодный фонарь придется потратить от 500 до 2 000 рублей, а приличный дисплей можно приобрести за цену 1000–1500 рублей.
Покупка «девайса» для телефона
В последнее время популярными стали бытовые тепловизоры, которые стремятся адаптировать для охоты. Фактически же практике они могут использоваться только для поиска подранка, поскольку имеют ограничение дальности действия. Подобные модели чаще всего применяют для расчета тепловых потерь дома или анализа системы отопления.
Ярким примером такого действия является тепловизор Seek Thermal, который работает в паре со смартфоном.
Однако для анализа актуальности использования прибора во время охоты следует ознакомиться с техническими характеристиками устройства:
Цена такой модели составляет от 17 тысяч рублей.
Профессиональный охотничий тепловизор рекомендуется приобретать только в случае, если он действительно необходим.
Перед принятием решения касательно целесообразности самостоятельного изготовления прибора подсчитайте расходы и сравните с покупным устройством. Составьте полный перечень деталей и тщательно спланируйте все свои действия.