Как сделать термоскоп видео
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.
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 термоскоп видео
Кандидат химических наук Максим Абаев
Самый простой способ измерить температуру, которым пользовались ещё в древности, называется «потрогать».
Перед тем как выйти на улицу, мы обычно смотрим на термометр за окном, чтобы выбрать одежду по погоде. Можно, конечно, этого не делать, но тогда есть вероятность простудиться, и поневоле придётся воспользоваться термометром. Сейчас, правда, многие предпочитают узнавать температуру «за бортом» с экрана телевизора, смартфона или планшета. Но чтобы градусы Цельсия появились на экране, кто-то должен измерить температуру на улице, ведь не интернет же это делает? Хотя, к слову сказать, температуру можно определить и «интернетом» — с помощью оптоволоконных линий. Об этом мы расскажем чуть позже, а пока разберёмся с классическими методами.
Самый простой способ измерить температуру, которым пользовались ещё в древности, называется «потрогать». Однако у него есть два существенных недостатка. Во-первых, этот способ далеко не всегда безопасен — можно обжечься. А во-вторых, измерения, основанные на субъективных ощущениях, неточны: для одного море с температурой воды +10 о С — это всего лишь «прохладно», а для другого и +20 о С сродни купанию у берегов Антарктиды. Тут показателен классический опыт: возьмите три ёмкости — с горячей, холодной и тёплой водой. Одну руку опустите в сосуд с горячей водой (естественно, вода не должна быть кипятком!), а другую — в сосуд с холодной, подержите их там некоторое время, а затем опустите обе руки одновременно в ёмкость с тёплой водой. В этот момент одна рука «скажет» вам, что вода холодная, другая — что горячая, а истина окажется, как это часто бывает, где-то посередине.
Способ «потрогать» удовлетворял далеко не всех. Измерять температуру нужно было как можно точнее и в цифрах. А значит, предстояло изобрести иной способ, который опирался бы не на ощущения, а на беспристрастные физические законы.
Стоит напомнить, что температура влияет на самые разные свойства материи: вещества могут плавиться и испаряться, менять цвет, форму и размер, вступать в химические реакции. Первые приборы для измерения температуры были основаны на том, что при нагревании большинство тел расширяются, а при охлаждении, наоборот, сжимаются. Известно, например, что во время полёта сверхзвуковой пассажирский лайнер «Конкорд» из-за нагрева фюзеляжа увеличивался в длину на 20 см. Так что, имея соответствующую таблицу, температуру самолёта можно было бы измерять обычной рулеткой.
Первым, кто заметил, что вещества меняют объём в зависимости от температуры, был Галилео Галилей. Нагревал он, правда, не сверхзвуковые «Конкорды», а самые обыкновенные жидкости. Если взять фиксированное количество жидкости, то при нагревании она начнёт расширяться, а при охлаждении сжиматься. Соответственно будет меняться и её плотность — холодные жидкости более плотные, чем горячие. На этом принципе — изменении плотности вещества при нагревании — был построен один из первых приборов для измерения температуры — термоскоп. Галилей изобрёл его в 1597 году. Термоскоп не давал точного значения температуры, а свидетельствовал об изменении степени нагретости тела. Жидкость в термоскопе поднималась и опускалась по стеклянной трубке не за счёт собственного расширения или сжатия, а из-за изменения объёма воздуха, находящегося в стеклянном шарике, который был припаян к концу трубки. Здесь использовался принцип зависимости давления газа от его температуры: чем выше температура, тем выше давление, а следовательно, газ стремится занять больший объём, вытесняя жидкость из трубки. Главный недостаток прибора состоял в том, что показания зависели не только от самой температуры, но ещё и от атмосферного давления.
Через полвека конструкцию термоскопа усовершенствовали флорентийские учёные. Они перевернули его с ног на голову, заменили газ жидкостью, откачали из стеклянного резервуара воздух, сделав прибор независимым от каких-либо перепадов давления, и снабдили шкалой. Здесь уже температуру определяли по уровню столба жидкости, который тем выше, чем выше сама температура. Это был описанный в 1667 году первый жидкостный термометр, который получил название «термометр Галилея». В слегка изменённом виде он дожил до наших дней, им продолжают измерять температуру за окном или температуру тела и по традиции называют градусником.
Обычные ртутные термометры до сих пор используют не только в быту, но и в экспериментальных лабораториях, поскольку они просты, надёжны и недороги.
Может возникнуть вопрос: почему вредная ртуть получила такое широкое распространение в термометрах? Причина в том, что ртуть, в отличие от органических жидкостей вроде спирта или глицерина, остаётся жидкой в большом интервале температур: от –39 о С до +357 о С. Но что ещё более важно, так это практически линейный рост её объёма с увеличением температуры. Что это значит? Например, вы взяли два термометра: ртутный и глицериновый, откалибровали их по двум точкам: 0 о С и +100 о С, а затем погрузили их в жидкость с температурой +50 о С. Думаете, оба термометра покажут +50 о С? А вот и нет! Показания ртутного термометра будут действительно практически совпадать с отметкой +50 о С, а глицериновый покажет +47,6 о С. Опустим теперь оба термометра в жидкости с температурами 0 о С и +100 о С — их показания совпадут. Почему? Ответ на эту загадку кроется в коэффициенте температурного расширения жидкостей. Как мы говорили, у ртути он практически не зависит от температуры, а вот у глицерина — зависит. Это значит, что при разных значениях температуры жидкость по-разному реагирует на изменение этой самой температуры: например, холодный глицерин, как мы видим, расширяется чуть медленнее, чем горячий.
Кроме бытовых жидкостных встречаются термометры другого типа — механические. В них вместо жидкости используется металлическая спираль с закреплённой на ней стрелкой. Работают механические термометры, хотя на первый взгляд это может показаться странным, по тому же принципу, что и жидкостные, — по принципу расширения вещества при нагревании. Вспомните про удлиняющийся от нагрева самолёт. Можно было бы, конечно, вместо самолёта взять небольшую проволочку и измерять, насколько она удлинится при нагревании на несколько градусов, но тогда пришлось бы воспользоваться микроскопом. Согласитесь, это не очень удобно, поэтому инженеры придумали ухищрение: они взяли две металлические ленты из разных материалов, соединили их вместе и скрутили в спираль. Если такую конструкцию нагревать, то за счёт разной величины расширения двух разных металлов спираль начнёт раскручиваться, а при охлаждении будет закручиваться обратно. Оставалось только закрепить один конец спирали на корпусе, а на другой установить стрелку и проградуировать шкалу. Простой механический термометр готов!
Но технический прогресс не стоял на месте. С развитием промышленности во многих областях измерение температуры стало насущной необходимостью. Взять хотя бы современный автомобиль, в котором можно навскидку найти десяток различных температурных датчиков, и сделаны они, к счастью, не из стекла и ртути.
Если в жидкостных и механических термометрах используется свойство тел расширяться при нагревании, то большинство современных температурных датчиков основано на принципе зависимости электрических свойств вещества от температуры. Самые распространённые — терморезистивные датчики. Их действие основано на том, что электрическое сопротивление проводника растёт с увеличением температуры. Чтобы такой датчик заработал, достаточно включить его в цепь, состоящую из источника тока и амперметра.
Другой принцип работы у термопарных датчиков. По сути, они представляют собой маленькую «батарейку», напряжение которой зависит от температуры. Эта «батарейка» состоит из двух металлических проводников, спаянных в одной точке. Если место спайки поместить в зону с высокой температурой, а свободные концы проводов оставить при комнатной, то, подключив к ним вольтметр, можно увидеть, что «батарейка» начала вырабатывать ток. Конечно, возникает соблазн использовать термопару для выработки электричества, а не просто для измерения температуры, однако из этой затеи ничего не выйдет: напряжение на выводах термопары составляет всего несколько милливольт, что в тысячу раз меньше, чем напряжение самой обычной пальчиковой батарейки. Зато температуру с помощью термопар можно измерять весьма точно и в большом диапазоне: от –250 о С до +2500 о С.
И жидкостные термометры, и терморезисторы, и термопары требуют физического контакта с объектом. Термометр необходимо погрузить в жидкость или другую среду либо обеспечить ему плотный контакт с телом. А как поступить, если нужно измерить температуру на расстоянии? Оказывается, в этом нет ничего невозможного.
Вспомните одно свойство материи: все вещества при нагревании испускают электромагнитное излучение. Вы наверняка видели, как выглядит раскалённое железо — оно светится красным, жёлтым или белым цветом. По цвету свечения можно определить температуру металла — этим пользуются кузнецы, чтобы соблюсти технологию ковки изделий. Однако не все нагретые тела светятся ярким светом, вернее, не всё излучение от нагретых тел мы способны увидеть невооружённым глазом. Например, горячий и холодный паяльники выглядят одинаково, хотя, будь наш глаз чувствителен к инфракрасным волнам, мы без проблем отличили бы горячий предмет от холодного.
А вот гремучие змеи могут «видеть» тепло — у них для этого есть специальный орган: два углубления на голове, чувствительные к инфракрасному излучению. Другими словами, рептилии могут найти добычу, например какого-нибудь теплокровного грызуна, в полной темноте, ориентируясь только на тепловые волны, которые испускает жертва. Надо сказать, что змея не видит мышь, как мы видим изображение на экране тепловизора, она лишь может определить направление и силу тепловыделения. По принципу зависимости состава спектра излучения тела от его температуры работают инфракрасные термометры. Чтобы измерить температуру объекта, достаточно направить на него прибор, и спустя буквально доли секунды он покажет температуру с высокой точностью. Быстро и удобно, правда, стоимость такого устройства из-за относительной сложности его конструкции выше, чем обычных термометров.
А как измерить температуру с помощью «интернета»? Развитие волоконно-оптических технологий передачи информации ушло так далеко вперёд, что оптоволокно стало основным каналом передачи трафика от локальных сетей до трансатлантических подводных кабелей. Как оказалось, форма сигнала, который передаётся по световоду, зависит от его температуры — это связано с особенностями рассеяния света на стенках оптического волокна. По виду сигнала, прошедшего через весь световод, можно узнать температуру на каждом его участке. К примеру, если вы проложили оптическую линию длиной 100 км, то даже на таком большом протяжении можно зафиксировать изменение температуры на один градус на отметке, скажем, 62 км 350 м.
Такие системы широко применяются в тех областях промышленности, где требуется непрерывный мониторинг температуры на большом протяжении. Огромный плюс — их надёжность и безопасность, к тому же им не страшны электрические и магнитные помехи. Достаточно один раз проложить оптоволоконный кабель, и в течение десятков лет он будет давать информацию о температуре, при этом систему не нужно обслуживать или менять вышедшие из строя датчики. Правда, и стóят подобные системы несравнимо дороже любого другого термометра.
И напоследок расскажем о самых дешёвых способах измерения температуры. Часто для решения многих задач нужно лишь знать, достигла температура заданного значения или нет. Например, обжигаете вы кирпичи в печи либо стерилизуете медицинские инструменты в автоклаве — и в том и в другом случае нужно убедиться, что объект прогрелся до определённой температуры. Чтобы кирпичи не получились по цене золотых слитков, придётся отказаться от идеи воткнуть в каждый из них по термопаре или дежурить сутками у печи с инфракрасным термометром. Для этих целей придуманы так называемые термоиндикаторы — дешёвые одноразовые устройства, единственная задача которых состоит в том, чтобы показать, достигнута требуемая температура или нет. Например, при обжиге глиняных изделий применяются конусы Зегера — небольшие пирамидки, которые меняют свою форму при достижении определённой температуры. Для автоклавной стерилизации применяют специальные индикаторы — полоски бумаги с нанесённым на них веществом, которое меняет цвет при заданной температуре.