Теленаблюдение в интересах обеспечения безопасности и охраны предполагает получение удовлетворительного изображения объекта при любых условиях освещенности. Это относится как к закрытым помещениям с выключенным, либо дежурным освещением, так и объектам на открытом воздухе вне зависимости от расположения зоны наблюдения, времени суток и погодных условий. При использовании стандартной телевизионной техники неизбежным в этом случае является использование искусственного освещения. Но даже для специальных и относительно дорогих высокочувствительных систем ночного видения, позволяющих осуществлять телевизионное наблюдение при освещенности порядка 0,001 лк, уже незначительная подсветка может существенно увеличить контраст и разрешение изображения.

Практически все современные телекамеры выполнены на основе светочувствительных ПЗС-матриц. Характеристика спектральной чувствительности матрицы, оптимизированная по кривой чувствительности глаза, представлена на рис 1, что позволяет достаточно корректно воспроизводить относительную яркость цветных фрагментов изображения в черно-белом варианте. На рис 2 показано семейство типовых характеристик спектральной чувствительности некоторых ПЗС-матриц фирмы SONY.

Во многих случаях оптимально использование обычного искусственного освещения видимого диапазона. Это предпочтительно хотя бы потому, что позволяет телекамере работать в максимуме ее чувствительности (555 нм). Но имеется ряд задач скрытого видеонаблюдения и естественно в этом случае использование освещения, невидимого для глаза. Причем зачастую это не связано с проведением каких-либо специальных операций. Просто скрытая подсветка не привлекает внимание к скрытой телекамере, что позволяет успешнее противостоять или скорее не попадаться на глаза современным "интеллектуальным вандалам".

Необходимо выделить два случая применения инфракрасной (ИК) подсветки.

В первом случае требуется, как максимум, невидимость рассеянного или диффузно отраженного светового потока, но допустимо демаскирующее свечение самих источников излучения. При этом возможно применения излучателей с длинной волны 920, 880 и даже 850 нм.

Во втором - требуется безусловная невидимость самого излучателя, даже при прямом визуальном наблюдении его с близкого расстояния. Для этого применяются излучатели с длинной волны 940-950 нм

Необходимо отметить, что, несмотря на границу чувствительности глаза 700-750 нм, любой наблюдатель через 5-10 мин. в полной темноте однозначно различает светящиеся излучатели даже с длиной волны 920-940 нм мощностью 20-40 мВт с угловыми размерами до 1,0 угловых минут. Механизм этого явления не совсем ясен и, по-видимому, обусловлен фантастически высокой чувствительностью адаптированного глаза. Естественно видимость излучателей зависит от плотности мощности излучения, попадающего в глаз наблюдателя.

Все инфракрасные источники света для видеонаблюдения можно разделить на две группы, различающиеся назначением, а, следовательно, характеристиками и конструктивным исполнением. К давно известным и широко распространенным источникам можно отнести различные ИК-прожекторы, фары и фонари, предназначенные для освещения объектов наблюдения, как на улице, так и внутри помещения. Скрытность подсветки обеспечивается только в условиях темноты, да и то, для ряда излучателей - только на достаточно большой дальности, вследствие существенного свечения в красной области спектра. Кроме того, их внешний вид однозначно ассоциируется с осветительным прибором. Как вариант полностью скрытой подсветки с использованием осветителей можно предложить создание рассеянного светового потока от потолка или специальных экранов с диффузным отражением. Для этих случаев максимально эффективны широкоугольные осветители с углами излучения до 80-90°. Осветители располагаются за карнизами, балками и другими элементами, скрывающими их от глаз наблюдателя.

Наиболее известными из подобных приборов являются осветители с лампами накаливания. Эффективность их достаточно высока вследствие спектрального максимума в области 1,0 мкм для излучателя из вольфрама с температурой 2800-3000°С. На рис 3 приведен типовой график спектральной плотности вольфрамовой лампы накаливания. В основном в них используются лампы с галогенным циклом, имеющие отдельный или встроенный отражатель. Прожекторы имеют, как правило, влагозащищенный корпус с ребрами охлаждения и простейшими кронштейнами для крепления и наведения по углу места. Они выпускаются с напряжением питания 220, 110, 24 или 12 В. Для выделения ИК-области и подавления видимой части спектра излучения используются дисперсионные фильтры на основе ИК-стекол (ИКС). На рис 4 приведены спектральные характеристики ряда ИКС. В редких случаях для решения специальных задач возможно применение интерференционных фильтров, но высокая стоимость, ограниченная стойкость и малая эффективность в расходящихся пучках тепловых некогерентных источников существенно ограничивает их применение. 

В качестве примера в таблице 1 представлены технические характеристики прожекторов серии IR VEDEOSYS INTERNATIONAL иН5-1000 Hi-Harp

 Таблица 1

С появлением мощных и эффективных светодиодов все большее применение находят полупроводниковые ИК-осветители. К их основным преимуществам в сравнении с лампами накаливания можно отнести большую спектральную яркость на рабочей длине волны, существенно больший ресурс, достигающий 100 тыс. часов и меньшую стоимость (с учетом эксплуатационных расходов). Основной технической проблемой для полупроводниковых ИК-осветителей является обеспечение эффективного отвода тепла от площадки светодиода. От этого зависит допустимый ток и световой поток единичного излучателя, а, следовательно, необходимое суммарное количество светодиодов и в, конечном итоге, размеры и себестоимость всего прожектора. Для примера в таблицах 2, 3 и 4 представлены характеристики некоторых ИК-прожекторов зарубежного и отечественного производства. Для российских изделий углы излучения определены по уровню 0,5 от максимальной плотности мощности. Дальность подсветки оценивается как порог распознавания белого поля на черном для телекамеры с чувствительностью 0,1 лк на объекте.

Таблица 2

Таблица 3

Прожекторы серии "Луна" представляют интерес наличием встроенного стабилизатора тока, который обеспечивает малую зависимость светового потока от напряжения питания, длины линии (сопротивления приводов) и количества действующих излучателей (в случае их частичного выхода из строя).

 Таблица 4

Модели ИКП-40 и ИКП-100 снабжены стабилизатором тока а, следовательно, имеют фиксированный световой поток в диапазоне рабочих напряжений и температур. Диапазон длин волн 850-960 нм для изделий, указанных в таблице 4, означает, что производитель использует в конкретных образцах светодиоды на одну из длин волн этого диапазона.

При использовании полупроводниковых ИК-осветителей необходимо учитывать действительное значение длины волны, то есть влияние изменения чувствительности телекамеры и результирующую дальность подсветки. На рис 5 представлены спектральные характеристики типовой ПЗС-матрицы и ИК-диодов. 

Отечественный производитель, как правило, дает диапазон предельных дальностей. С одной стороны, это обусловлено неопределенностью методики нормирования, с другой стороны - существенной зависимостью полученной освещенности от отражательных характеристик объекта наблюдения и окружающего ландшафта на рабочей длине волны. В любом случае подсветка ИК-излучением имеет некоторые особенности. Это заметная размытость изображения за счет изменения фокусного расстояния в ИК-диапазоне при использовании типовых объективов и снижение контрастности в результате нивелирования коэффициентов отражения и поглощения различными материалами при монохромным узкополосном освещении. В простейших случаях для устранения эффекта расфокусировки при ИК-подсветке можно ограничить спектральный диапазон телекамеры ИК-областью, установив перед объективом ИК-фильтр. Однако для сохранения требуемых характеристик в дневное время у камеры должен быть практически десятикратный запас по чувствительности. Естественно, более эффективно использовать специальную широкополосную оптику.

Кроме прожекторов, собранных на дискретных элементах, получили распространение малогабаритные излучатели, на основе шестиэлементных светодиодных матриц с питающим напряжением 12 В. Светодиоды матрицы разварены на едином металлическом основании, включены последовательно и снабжены встроенным балластным резистором. Выпускается целый ряд излучателей в различном конструктивном исполнении и с углами излучения 160 ,120 ,40 и 20° . Снабженные радиатором, излучатели используются в качестве миниатюрных прожекторов, либо встраиваются в конструктивные элементы зданий или оборудования для скрытой подсветки. Технические характеристики излучателей сведены в таблицу 5, внешний вид изделий представлен на фото 1.

Таблица 5

В последние годы в нашей стране все более широкое применение находят специализированные устройства ИК-подсветки с камуфлированным внешним видом (патент РФ № 2134906). Основной причиной этого является, на наш взгляд, борьба с отечественным вандализмом и, уже в последующую очередь, требования самой скрытности наблюдения. В практике развитых стран подобные устройства не нашли широкого распространения. По всей видимости, сказывается общая законопослушность граждан, а возможно, и недостатки технического образования. Иначе, чем иным можно объяснить наименование "скрытая ИК-подсветка" для отчетливо светящихся ИК-светодиодов за прозрачным пластиковым окном видеодомофона. Одним из вариантов "вандалозащищенного" осветительного устройства скрытой подсветки для телевизионной камеры является плоская панель, в которой излучатели спрятаны за непрозрачным в видимой области инфракрасным светофильтром. На этой панели наносится надпись, пиктограмма или номер квартиры или офиса. Элементы надписи, пиктограммы, номера или знаки располагаются таким образом, чтобы не перекрывать излучение. Панель с ИК- фильтром имеет черный цвет, что несколько ограничивает ее применение. На светлых и белых поверхностях может использоваться пластина со светофильтром молочного цвета, но в этом случае потери излучения могут достигать 30-50%. Другим вариантом камуфлированного осветительного устройства является исполнение в виде болта и резьбовой шпильки, в торцах которых установлены излучатели. На фото 2 представлены ИК-осветители в виде номера квартиры, болта и шпильки. На фото 3 - их телевизионное изображение во включенном состоянии. 

Технические характеристики камуфлированных излучателей сведены в таблицу 6.

Таблица 6

В заключение можно констатировать, что ИК-подсветка является важным фактором повышения эффективности скрытого видеонаблюдения при малой освещенности, а также средством борьбы с задней засветкой. В качестве источников излучения все более широкое применение находят полупроводниковые светодиодные осветители, особенно для скрытой подсветки в ближней зоне. В таких ситуациях применимы только специализированные источники в камуфлированном исполнении, работающие на длине волны не более 940 - 950 нм.