Kamerat ottavat koneissa hoitaakseen tehtäviä, jotka ennen kuuluivat kuljettajan silmille: kaivinkoneen lähestymisvalvonta, trukin jalankulkijoiden havaitseminen, kauko-ohjatun kuormaajan monikameranäkymä. Yöllä jokainen niistä tarvitsee valoa, eikä valon tarvitse olla näkyvää.
Valmistamme tiiviitä työvalaisimia näihin koneisiin, ja tässä kuussa eräs ajoneuvovalaisimien jälleenmyyjä kysyi meiltä 850 nm:n ajovaloa. Pyynnön läpikäynti paljasti aukon, joka on kaikissa valkoisen valon spesifikaatioissa: luku, jolla koko ala vertailee valaisimia, ei ole olemassa infrapunavalaisimelle.
Tämä kirjoitus selittää, miksi näin on, mitä kamerasta on tarkistettava ennen kuin valaisimeen käytetään senttiäkään, miten valita 850 nm:n ja 940 nm:n välillä ja mitä lukuja toimittajalta kannattaa pyytää lumenien sijaan.
Lyhyt vastaus: lumen määritellään ihmissilmän herkkyyden mukaan, ja infrapunavalo jää tuon käyrän ulkopuolelle, joten infrapunavalaisin määritellään säteilytehon ja tietyllä etäisyydellä mitatun irradianssin, ei lumenien, avulla. Ennen kuin vertailet valaisimia lainkaan, varmista, että kamera poistaa IR-suodattimensa yöllä tai ettei sillä ole sellaista, sillä kiinteällä suodattimella varustettu kamera ei näe infrapunavaloa. Valitse 850 nm kantaman vuoksi ja 940 nm vain silloin, kun lähteen heikko punainen hehku on itsessään ongelma.
Miksi kamera tarvitsee valoa, jota kuljettaja ei näe
Kamerapohjainen havaitsemisjärjestelmä pettää pimeässä samasta syystä kuin kuljettaja: kennolle ei tule valoa. Erona on, että kameralle voidaan syöttää valoa, joka ei valaise mitään muuta.
Törmäysvaroitus maansiirtokoneissa on nykyään standardoitu toiminto. ISO 21815-1:2022 asettaa yleiset vaatimukset kohteiden havaitsemiselle ja kuljettajan varoittamiselle. Se on kirjoitettu toiminnon, ei minkään yksittäisen anturin, ympärille, ja kamerapohjaiset järjestelmät ovat niiden joukossa, jotka on rakennettu täyttämään sen. Trukin jalankulkijoiden havaitsemiskamera, louhosauton peruutuskamera ja kauko-ohjatun koneen kameraryhmä jakavat saman tarpeen: riittävästi valoa kohteeseen käyttökelpoisen kuvan muodostamiseksi jokaisena tuntina, jonka kone käy.
Valkoiset työvalaisimet täyttävät tämän tarpeen, mutta eivät ilmaiseksi. Ne valaisevat koko työmaan, häikäisevät jokaista konetta kohti katsovaa, ja ne on suunnattu kuljettajan, ei kameran, näkökentän mukaan. Infrapunaemitteri vie valon täsmälleen sinne, minne kamera katsoo, aallonpituudella, jota kenno pystyy käyttämään ja jota ihminen tuskin huomaa. Siksi infrapunavalaistus on vakiovaruste kiinteissä valvontakameroissa, ja siksi se on alkanut seurata kameraa koneeseen.
Sama kysely, joka sai aikaan tämän kirjoituksen, saapui täydellisen spesifikaatiopiirustuksen kanssa. Siinä lueteltiin jännite, mitat, kiinnitys ja liitin. Se, mitä siinä ei voitu luetella, koska lukua ei ole olemassa, oli lumenit.
Valaisin, jota lumenluku ei pysty kuvaamaan
Valovirta, jokaisen lumenluvun taustalla oleva suure, määritellään painottamalla valaisimen säteilyteho ihmissilmän spektriherkkyydellä. Tämä painotusfunktio, joka tunnetaan nimellä V(λ), on määritelty standardissa ISO/CIE 23539, CIE:n fysikaalisen fotometrian järjestelmässä, ja CIE julkaisee sen arvot 360 nm:stä 830 nm:iin. 830 nm:n jälkeen julkaistu taulukko yksinkertaisesti loppuu, eikä sen ulkopuolinen säteily lisää lumenlukuun mitään.
Molemmat yleiset infrapunavalaistuksen aallonpituudet ovat tuon rajan takana. 850 nm:n tai 940 nm:n emitteri voi säteillä useita watteja optista tehoa, ja silti sen valovirta on nolla, koska silmä, jolle lumen on määritelty, ei reagoi noihin aallonpituuksiin. Luku on määritelmän mukaan nolla.
Tämä muuttaa sen, mitä spesifikaatiolehden on kerrottava. Valkoisen valon vertailun koko sanastolla, jota käsittelemme sanastoartikkelissamme lumen, luksi ja kandela, on radiometrinen kaksonen, joka kuvaa saman geometrian ilman, että silmä on välissä.
| Mitä haluat tietää | Valkoinen valaisin (fotometrinen) | Infrapunavalaisin (radiometrinen) |
|---|---|---|
| Valaisimesta lähtevä kokonaisvalo | Valovirta, lumen (lm) | Säteilyteho, watti (W) tai milliwatti (mW) |
| Valo yhteen suuntaan | Valovoima, kandela (cd) | Säteilyintensiteetti, wattia steradiaania kohti (W/sr) |
| Kohteeseen saapuva valo | Valaistusvoimakkuus, luksi (lx) | Irradianssi, wattia neliömetrille (W/m²) tai mW/cm² |
| Missä energia on | Värilämpötila, kelvin (K) | Huippuaallonpituus ja spektrin puoliarvoleveys, nanometri (nm) |
| Kuinka leveä keila on | Keilakulma, astetta | Keilakulma, astetta (ennallaan) |
Luku, joka ratkaisee, saako kamera käyttökelpoisen kuvan, on irradianssi työetäisyydellä, aivan kuten valaistusvoimakkuus työpinnalla on luku, joka ratkaisee ihmisen kohdalla. Kirjoituksemme siitä, miksi 3 000 lumenia ei ole spesifikaatio, esittää saman perustelun valkoiselle valolle. Infrapunalle lumenluku ei ole vain hyödytön. Se puuttuu kokonaan.
Toimittaja, joka ilmoittaa infrapunavalaisimen lumeneina, on joko muuntanut luvun sähkötehosta, mikä ei kerro mitään optisesta tehosta, tai ilmoittaa 850 nm:n emitterin heikon näkyvän hännän. Kumpikaan luku ei kuvaa sitä, mitä kameralle saapuu.
850 nm vai 940 nm: kantama vastaan hehku
Valinta kahden vakioaallonpituuden välillä on kompromissi sen välillä, kuinka kauas kamera näkee ja näkeekö kukaan valaisinta.
Axis Communications, joka rakentaa infrapunavalaistuksen omiin kameroihinsa, toteaa kompromissin suoraan julkaistussa white paper -raportissaan valvonnan infrapunasta: 850 nm:n emitterit tuottavat lähteessä näkyvän heikon punaisen hehkun, 940 nm:n emitterit eivät, mutta kuvakenno on vähemmän herkkä 940 nm:lle, joten samantehoinen 850 nm:n valaisin ulottuu kauemmas. Axis valitsi omiin tuotteisiinsa 850 nm tällä perusteella.
| 850 nm | 940 nm | |
|---|---|---|
| Näkyvyys ihmiselle | Heikko punainen hehku emitterissä suoraan katsottaessa; itse keilaa ei näe | Ei näkyvää hehkua |
| Kuvakennon herkkyys | Suurempi | Pienempi, joten samaan kantamaan tarvitaan enemmän emitteritehoa |
| Kantama samalla emitteriteholla | Pidempi | Lyhyempi |
| Tyypillinen valintaperuste | Havaitsemisetäisyys, pienempi teho tietylle etäisyydelle | Hehkua itseään ei saa nähdä |
| Koneessa yöllä | Hehku toimii samalla kuljettajan "päällä"-merkkivalona | Valaisin ei anna mitään merkkiä toiminnastaan |
Koneessa 850 nm:n hehku on yleensä pikemminkin etu kuin ongelma. Se on ainoa tapa, jolla koneen ympärillä kävelevä kuljettaja voi todeta emitterin olevan päällä, eikä se maksa kantamassa mitään. Valitse 940 nm silloin, kun käyttökohde aidosti vaatii, ettei lähde näytä lainkaan valoa, ja varaa siinä tapauksessa enemmän emitteritehoa tai lyhyempi havaitsemisetäisyys.
Tarkista IR-suodatin ennen kuin ostat yhtään valaisinta
Tämän tuoteryhmän kallein virhe on ostaa infrapunavalaisin kameralle, joka ei näe infrapunavaloa. Se on yleistä, eikä se näy spesifikaatiolehdellä.
Värikuvakennot ovat herkkiä pitkälle lähi-infrapunaan. Tämä herkkyys pilaa päiväsaikaisen värintoiston, joten lähes jokaisessa värikamerassa on kennon edessä IR-suodatin. Kiinteän suodattimen kamerassa suodatin pysyy paikallaan koko ajan, ja 850 nm:n valo estetään ennen kuin se saavuttaa kennon. Päivä/yö-kamerassa suodatin poistetaan mekaanisesti, kun valon määrä laskee kynnysarvon alle, ja kenno käyttää sen jälkeen infrapunavaloa. Axis kuvaa tämän vaihtotoiminnan samassa white paper -raportissa. Konenäössä käytetyissä mustavalkokameroissa ei usein ole suodatinta lainkaan.
Seurauksena on, että kamera, ei valaisin, ratkaisee, toimiiko infrapunavalaistus. Kolme kysymystä ratkaisee asian:
Onko kamera päivä/yö-tyyppiä, jossa on poistettava IR-suodatin, vai kiinteän suodattimen värikamera? Valmistajan datalehti kertoo sen. Jos ei kerro, kysy.
Millä valaistustasolla se vaihtaa tilaa, ja voiko vaihdon pakottaa? Jotkin järjestelmät sallivat yötilan asettamisen käsin, millä on merkitystä koneessa, joka liikkuu valaistujen ja valaisemattomien alueiden välillä.
Toimiiko havaitsemisohjelmisto samalla kuvavirralla? Havaitsemisjärjestelmä, joka käyttää eri kennoa kuin kuljettajan näkymäkamera, saattaa tarvita oman valaistuksensa.
On myös viiden sekunnin tarkistus, johon ei tarvita datalehteä. Useimmat infrapunakaukosäätimet käyttävät lähi-infrapunaemitteriä. Osoita sellaisella kameraa pimeässä ja paina nappia. Jos kameran kuvassa emitteri vilkkuu, kenno vastaanottaa lähi-infrapunavaloa sen edessä olevan suodattimen läpi, oli se mikä tahansa. Jos kuvassa ei näy mitään, ei infrapunavalaisinkaan näy.
Näkymätön valo välkkyy silti
Pulssinleveysmodulaatiolla ohjattu infrapuna-LED kytkeytyy päälle ja pois monta kertaa sekunnissa, ja kohdetta näytteistävä kamera näkee kytkennän raitoina tai naapureitaan tummempina ruutuina. Kukaan ei näe välkyntää, koska kukaan ei näe valoa, ja juuri siksi se jää diagnosoimatta.
Ajoneuvojen kamerajärjestelmissä tämä on jo jouduttu standardoimaan. IEEE 2020-2024, IEEE:n standardi ajoneuvojärjestelmien kuvanlaadulle, luettelee LED-välkynnän niiden kuvanlaadun ominaisuuksien joukossa, joille se määrittelee mittausmenetelmät. Välkkyvällä kuvavirralla toimivalla havaitsemisalgoritmilla on joissakin ruuduissa vähemmän käyttökelpoista tietoa kuin toisissa, eivätkä sen menettämät ruudut ole niitä, jotka ihminen huomaisi.
Koneen infrapunavalaisimen kohdalla käytännön kysymykset ovat, onko ohjain vakiovirtainen eikä pulssitettu, ja jos sitä pulssitetaan himmennystä varten, millä taajuudella. Pyydä ohjaintyyppi kirjallisena. Sama ohjainelektroniikka sijaitsee myös kameran kaapeloinnin vieressä, joka on lähin mahdollinen uhri, jos ohjain on häiriöinen, ja se on CISPR 25 -kysymys, jota olemme käsitelleet radion puolelta kirjoituksessa miksi E-hyväksytyt valaisimet häiritsevät silti radiota ja GPS:ää. Kamera on tuon listan seuraava vastaanotin.
Näkymätön valo tarvitsee oman turvallisuusrajansa
Silmän luonnollinen puolustus kirkasta valaisinta vastaan on katsoa pois, räpäyttää ja antaa pupillin supistua. Jokainen näistä reaktioista edellyttää valon näkemistä. Infrapunavalo ei laukaise niistä yhtäkään.
IEC 62471, lamppujen ja lamppujärjestelmien fotobiologisen turvallisuuden standardi, kattaa optisen säteilyn 200 nm:stä 3 000 nm:iin, mihin molemmat infrapunavalaistuksen aallonpituudet sisältyvät, ja se arvioi infrapunan aiheuttamat vaarat sarveiskalvolle, mykiölle ja verkkokalvolle erikseen näkyvän valon vaaroista. Tuotteet luokitellaan riskiryhmiin RG0:sta, vapautettu, RG3:een, suuri riski. Infrapunavalaisin ei ole vapautettu tästä luokituksesta siksi, että se on näkymätön. Pikemminkin juuri se, ettei siihen katsova ihminen saa mitään varoitusta, on syy luokituksen olemassaoloon.
Kysy toimittajalta IEC 62471:n mukaista riskiryhmää ja etäisyyttä, jolla se on arvioitu. Emme toista altistusrajoja tässä, koska asiayhteydestään irrotettu raja-arvo on juuri se tapa, jolla turvallisuustaulukosta tulee oma vaaransa. Datalehdellä ilmoitettu riskiryhmä testietäisyyksineen on se luku, jota vertaillaan.
Näkymättömyydestä seuraa kaksi käytännön seikkaa. Ensinnäkin infrapunaemitteri on asennettava ja suunnattava kameran oman kuvan avulla, koska kukaan ei näe, minne keila osuu. Toiseksi valaisin, joka ei anna näkyvää merkkiä toiminnastaan, tarvitsee jonkin muun osoituksen siitä, että se on päällä, olipa se sitten 850 nm:n hehku, tila-LED tai vikasignaali koneen ohjausyksikölle.
Mitä kyselyyn kannattaa kirjata
Toimittaja voi määritellä infrapunavalaisimen vain sen kameran mukaan, jota se palvelee. Kysely, johon saa hyödyllisen vastauksen, sisältää ensin kameran tiedot ja vasta sitten valaisimen.
| Tieto | Miksi sillä on merkitystä |
|---|---|
| Kameran merkki ja malli sekä se, onko sen IR-suodatin kiinteä vai poistettava | Ratkaisee, toimiiko mikään infrapunavalaisin |
| Etäisyys, jolla havaitsemisen on toimittava, ja näkökenttä | Määrää vaaditun irradianssin ja keilakulman |
| Toivottu aallonpituus, 850 nm tai 940 nm, tai "ei väliä" | Kantama vastaan hehku ja siitä seuraava tehobudjetti |
| Koneen sähköjärjestelmä, 12 V tai 24 V, ja asennuskohdassa saatavilla oleva syöttö | Ohjaimen suunnittelu; näiden koneiden tiiviit valaisimet on tyypillisesti mitoitettu alueelle 9–32 V DC |
| Asennuspaikka ja ympäristö: painepesu, tärinä, lämpötila | Samat tiiviys- ja tärinävaatimukset kuin saman koneen valkoisilla työvalaisimilla |
| Vaadittu ohjaintyyppi, vakiovirta tai pulssitettu, sekä kameravalmistajan mahdollinen välkyntäraja | Havaitsemisalgoritmin kuvanlaatu |
| Työmaan tai koneen OEM-valmistajan vaatima IEC 62471 -riskiryhmä | Näkymättömän lähteen fotobiologinen turvallisuus |
Saman koneen valkoiset valaisimet määritellään samoin tiiviyden ja tärinän ehdoin, ja raskaan käytön työvalot -sarja näyttää, miltä nuo luvut näyttävät datalehdellä. Trukkien turvavalojen sarja on paikka, jossa kamerapohjainen jalankulkijoiden havaitseminen useimmiten kohtaa valaistuskysymyksen ensimmäisenä.
Usein kysytyt kysymykset
Näkeekö kamera 850 nm:n infrapunavaloa?
Vain jos mikään ei estä sitä. Kuvakenno on herkkä 850 nm:lle, mutta kiinteällä IR-suodattimella varustettu värikamera estää tuon valon ennen kuin se saavuttaa kennon. Päivä/yö-kamera poistaa suodattimen vähäisessä valossa ja näkee sen jälkeen 850 nm:n valoa hyvin. Tarkista kameratyyppi ennen kuin ostat yhtään infrapunavalaisinta.
Onko 850 nm vai 940 nm parempi konekameralle?
Useimmissa tapauksissa 850 nm. Kuvakennot ovat sille herkempiä, joten se antaa samalla emitteriteholla pidemmän kantaman, ja sen heikko punainen hehku lähteessä kertoo ihmisille, että valaisin on päällä. Valitse 940 nm vain silloin, kun lähde ei saa näyttää lainkaan näkyvää valoa, ja varaudu maksamaan siitä emitteritehona tai kantamana.
Onko infrapunavaloilla lumenarvo?
Ei. Lumenit määritellään ihmissilmän herkkyyskäyrän mukaan, ja infrapuna-aallonpituudet jäävät sen ulkopuolelle, joten infrapunavalaisimen valovirta on määritelmän mukaan nolla. Vertaile infrapunavalaisimia sen sijaan säteilytehon (watteina) ja työetäisyydellä mitatun irradianssin perusteella.
Onko infrapuna-LED-valaisimiin turvallista katsoa?
Ei automaattisesti. Infrapunavalaisimet luokitellaan IEC 62471:n mukaan samoihin riskiryhmiin kuin näkyvän valon valaisimet, eikä silmän tavanomainen reaktio kirkkaaseen lähteeseen, poispäin katsominen ja pupillin supistuminen, tapahdu valolla, jota se ei näe. Kysy toimittajalta riskiryhmää ja etäisyyttä, jolla se on arvioitu.
Aloita kamerasta
Tämän kirjoituksen ratkaisema päätös on se, mitä pyytää. Varmista, että kamera näkee infrapunaa yöllä, valitse 850 nm:n ja 940 nm:n välillä kantaman ja hehkun perusteella ja määrittele valaisin työetäisyydellä mitatun irradianssin, ohjaintyypin ja IEC 62471:n riskiryhmän, ei lumenien, mukaan.
Konekameroiden infrapunaemitterit ovat tuotesarja, jota arvioimme parhaillaan, eivät sellainen, joka olisi valikoimassamme jo tänään. Jos käytät kameroita koneissa yöllä, kerro meille kamera ja etäisyys, jonka sen on katettava, niin kerromme, millainen tiiviin emitterin olisi oltava siihen koneeseen. Sillä välin saman koneen valkoiset valaisimet on määritelty raskaan käytön työvalot -sarjassa, ja tämän kirjoituksen alkuun pannut perustelu on esitetty valkoiselle valolle kirjoituksessa riittääkö 3 000 lumenia työvaloon.
---
