Тепловизионная камера своими руками:как сделать менее дорогую

Вы ищете способ зафиксировать тепловые сигнатуры зимой, но не можете позволить себе ни одну из коммерческих тепловизионных камер? Если да, то вам нужна самодельная тепловизионная камера.

Сделать тепловизионную камеру не так сложно, как кажется. По правде говоря, этот процесс включает в себя активацию способности сенсора вашей камеры видеть инфракрасный свет.

Самодельная тепловизионная камера намного дешевле, чем самая дешевая тепловизионная камера, которая стоит до двухсот долларов.

Итак, в этой статье вы узнаете, как сделать простую тепловизионную камеру своими руками, которая будет работать без сбоев, и покажете, как работают эти профессиональные камеры.

Если вы также хотите узнать больше о схемах тепловизионных камер, эта статья для вас.

Тепловизор своими руками

Средняя тепловизионная камера — дорогое устройство. Если вы хотите арендовать, это будет стоить пятьдесят долларов в день. Однако вы можете создать более доступную тепловизионную камеру.

Короче говоря, любую цифровую камеру можно превратить в тепловизор. Почему? Потому что в этих камерах есть встроенные ПЗС-сенсоры, способные улавливать инфракрасный спектр света.

Камера телефона с тепловизором

Но поскольку длительное воздействие инфракрасного света может повредить датчик, большинство производителей используют фильтр, блокирующий инфракрасное излучение, для деактивации этой функции. Тем не менее, сняв инфракрасный фильтр с объектива камеры, вы сможете увидеть красоту инфракрасного излучения.

В этой статье для нашей самодельной тепловизионной камеры будет использоваться тепловизионная камера MLX90640 с разрешением 24 на 32 или 768 пикселей. Мы также объединим MLX90640 и Raspberry Pi SBC, что позволит ему записывать карты температуры с достаточно высоким разрешением.

Мы также будем использовать Python, чтобы мотивировать RPI для создания определенных ограничений. Затем мы можем правильно расположить MLX90640, чтобы получить тепловизионную камеру с разрешением 320 x 240.

Если вы хотите, чтобы самодельная тепловизионная камера функционировала, пока вы ходите, вам понадобится способ отображать изображение с камеры в реальном времени и батарея, чтобы она работала. Самое приятное то, что вы также можете использовать эту самодельную тепловизионную камеру в качестве камеры безопасности, поскольку ее разрешение достаточно велико для получения качественных изображений.

Принцип работы

Тепловизионная камера может захватывать только инфракрасную область любого объекта, который не виден человеческому глазу. Интересно, что большинство вещей могут излучать инфракрасную энергию, которую также можно назвать тепловым следом. Следовательно, тепловизионная камера обнаруживает и измеряет инфракрасную энергию объекта.

Кроме того, камера преобразует инфракрасные данные, которые она обнаруживает и измеряет, в электронное изображение. Электронное изображение показывает температуру поверхности объекта, который вы измеряете. Тепловизионные камеры также содержат оптические системы, собирающие инфракрасную энергию на специальный детекторный чип или массив датчиков.

Тепловое изображение

Кроме того, массив датчиков содержит тысячи пикселей детектора в виде сетки. Вот лучшая часть. Каждый пиксель матрицы датчиков обнаруживает сфокусированную на нем инфракрасную энергию и создает соответствующий электронный сигнал.

Затем процессор камеры вычисляет сигнал каждого пикселя и создает цветовую карту, показывающую температуру. Кроме того, каждое значение температуры имеет свой цвет. Наконец, созданная матрица цветов перемещается в память камеры и отображает тепловое изображение измеряемого объекта.

Большинство тепловизионных камер поставляются со стандартными камерами, которые автоматически захватывают видимый свет и создают стандартные цифровые изображения. Когда вы смешиваете эти изображения, вы можете легко обнаружить проблемные области на тепловом изображении и сопоставить их с реальной областью и оборудованием, которое вы проверяете.

Необходимые компоненты

Для сборки тепловизионной камеры своими руками вам понадобятся два компонента, в том числе:

• Компьютер Raspberry Pi 4
• Тепловизор MLX90640

Хотя цены на два компонента могут меняться в зависимости от того, где вы покупаете, проект не должен стоить больше ста пятидесяти долларов.

Шаги

Вот шаги, которые необходимо выполнить для создания этого проекта:

Шаг 1. Подключение

Во-первых, вам нужно подключить MLX90640 к Raspberry Pi. Посмотрите на изображение ниже, чтобы увидеть, как подключить компоненты.

Кроме того, Raspberry Pi и MLX90640 используют для связи протокол I2C. Этот протокол I2C требует, чтобы аппаратные контакты Pi пять или три (SDA или SCL) работали.

Схема подключения

Шаг 2. Использование MLX90640 для настройки Raspberry Pi  

Вам понадобится библиотека Adafruit для программирования коммутационной платы MLX90640. Следовательно, введите следующие коды на своем терминале Raspberry Pi, чтобы проверить, можете ли вы визуализировать датчик MLX90640 в Python:

Было бы полезно, если бы вы также сделали это; используйте следующие команды: 

Используйте следующие команды:также используйте следующие команды, чтобы проверить, включен ли у вас I2C: 

Команда должна запустить загрузочный файл на RPi. Когда он откроется, перейдите к dtparam=i2c_arm=on и убедитесь, что раскомментирование не отключено. После включения I2C перезапустите RPi с помощью следующей команды:

Если все ваши подключения верны, вы можете проверить порт I2C, чтобы увидеть, регистрирует ли RPI ваш MLX90640 после перезагрузки.

Вы должны получить следующие результаты на своем терминале:

Результаты команды

Все готово, если вы видите число 33 на своем терминале. Это потому, что адрес I2P MLX90640 — 0x33. Однако обязательно подтвердите это в техническом описании MLX90640.

Теперь ваш Raspberry Pi должен иметь возможность читать коммутационную плату MLX90640. Но вам нужно будет установить некоторые другие библиотеки, так как вы работаете с библиотекой Adafruit. В этом вам могут помочь следующие команды:

Затем вы можете установить Python IDLE (интегрированная среда разработки и обучения), но это не обязательный шаг. Однако вы можете использовать следующий код для установки IDLE:

Наконец, откройте IDLE и попробуйте импортировать библиотеку MLX90640 из Adafruit со следующим тестовым кодом:

Проверить код

Приведенный выше код должен быть распечаткой средней температуры, которую считывает ваш MLX90640. Не паникуйте, если вы столкнулись с какой-либо ошибкой частоты обновления при чтении MLX90640.

Вы можете решить проблему, увеличив скорость устройства I2C на RPi. Следовательно, вам нужно будет внести некоторые изменения в файл «config.txt» с помощью следующей команды:

Перейдите к разделу с раскомментированным «dtparam=i2c_arm=on» и добавьте следующую строку, чтобы увеличить скорость I2C до 1 Мбит/с:«i2c_arm_baudrate=1000000».

Шаг 3. Визуализация тепловизионной камеры реального времени MLX90640

Существуют различные способы визуализации вывода вашего MLX90640 при использовании Python. Одним из них является «imshow», который позволяет просматривать любое изображение.

Вот простая реализация визуализации MLX90640 ниже с использованием imshow в Python:

Код для визуализации

Шаг 4. Интерполяция MLX90640

Приведенный выше код визуализации — это всего лишь быстрый и простой способ получить изображение с вашего теплового массива MLX90640. На последнем шаге вам нужно будет улучшить разрешение вашей тепловизионной камеры и нормальную скорость печати.

Во-первых, вам понадобится набор инструментов «ndimage» из библиотеки Python, чтобы активировать функцию масштабирования. С помощью этой команды вы можете интерполировать вывод вашей камеры 24×32 в 240×320. Затем добавьте команду в приведенный выше код визуализации:

Затем вам нужно включить метод «блицирования» в «matplotlib», чтобы получить обновленную частоту кадров для интерполированного изображения. Вот код, который вам нужен для этого:

Передача кода

Округление

Самодельная тепловизионная камера, которая дешевле, — отличный способ снимать инфракрасные изображения, не опустошая карманы. Создав его, вы сможете быстро исследовать любую разницу температур с помощью тепловизора.

Вы также можете создать термодатчик, который отображает температуру на изображениях с высоким разрешением. Хотя разрешение самодельной тепловизионной камеры не может сравниться с коммерческим вариантом, этого более чем достаточно для обнаружения утечек тепла или изменений температуры в вашем районе или объекте.

У вас есть вопросы? Обязательно свяжитесь с нами, и мы будем рады ответить и помочь вам в дальнейшем.