Les caméras reprennent sur les machines des tâches qui revenaient autrefois aux yeux de l'opérateur : détection de proximité sur les pelles, détection des piétons sur les chariots élévateurs, vue multi-caméras sur une chargeuse télécommandée. La nuit, chacune d'elles a besoin de lumière, et cette lumière n'a pas besoin d'être visible.
Nous fabriquons des phares de travail étanches pour ces machines, et une demande reçue ce mois-ci d'un distributeur d'éclairage automobile portait sur un phare 850 nm. Le traitement de cette demande a révélé une lacune commune à toutes les spécifications en lumière blanche : le chiffre par lequel toute l'industrie compare les phares n'existe pas pour un phare infrarouge.
Cet article explique pourquoi, ce qu'il faut vérifier sur la caméra avant de dépenser quoi que ce soit pour une lampe, comment choisir entre 850 nm et 940 nm, et quels chiffres demander à un fournisseur à la place des lumens.
La réponse courte : le lumen est défini par rapport à la réponse de l'œil humain, et la lumière infrarouge tombe en dehors de cette courbe ; une lampe infrarouge se spécifie donc par sa puissance rayonnée et par son éclairement énergétique à une distance donnée, et non par des lumens. Avant même de comparer des lampes, confirmez que la caméra retire ou ne possède pas de filtre IR-cut la nuit, car une caméra à filtre fixe ne voit pas la lumière infrarouge. Choisissez le 850 nm pour la portée, et le 940 nm uniquement lorsque la faible lueur rouge à la source pose elle-même problème.
Pourquoi la caméra a besoin d'une lumière que l'opérateur ne voit pas
Un système de détection par caméra échoue dans l'obscurité pour la même raison qu'un opérateur : aucune lumière n'atteint le capteur. La différence, c'est que la caméra peut recevoir une lumière qui n'éclaire rien d'autre.
L'avertissement de collision sur les engins de terrassement est désormais une fonction normalisée. L'ISO 21815-1:2022 fixe les exigences générales pour la détection des objets et l'avertissement de l'opérateur. Elle est rédigée autour de la fonction plutôt que d'un capteur en particulier, et les systèmes à caméra font partie de ceux conçus pour y répondre. Une caméra de détection des piétons sur un chariot élévateur, une caméra de recul sur un tombereau et le réseau de caméras d'une machine télécommandée partagent un même besoin : assez de lumière sur la scène pour former une image exploitable, à chaque heure de fonctionnement de la machine.
Les phares de travail blancs répondent à ce besoin, mais à un prix. Ils éclairent tout le chantier, ils éblouissent quiconque fait face à la machine, et ils sont orientés pour le champ de vision de l'opérateur plutôt que pour celui de la caméra. Un émetteur infrarouge place la lumière exactement là où la caméra regarde, à une longueur d'onde que le capteur peut exploiter et qu'une personne remarque à peine. C'est pourquoi l'éclairage infrarouge est la norme sur les caméras de surveillance fixes, et pourquoi il commence à suivre la caméra sur la machine.
La demande à l'origine de cet article est arrivée avec un plan de spécification complet. Il indiquait la tension, les dimensions, la fixation et le connecteur. Ce qu'il ne pouvait pas indiquer, parce que le chiffre n'existe pas, c'était les lumens.
Une lampe que le chiffre en lumens ne peut pas décrire
Le flux lumineux, la grandeur derrière chaque chiffre en lumens, est défini en pondérant la puissance rayonnée de la lampe par la sensibilité spectrale de l'œil humain. Cette fonction de pondération, appelée V(λ), est décrite dans l'ISO/CIE 23539, le système CIE de photométrie physique, et la CIE en publie les valeurs de 360 nm à 830 nm. Au-delà de 830 nm, la table publiée s'arrête tout simplement, et tout rayonnement situé là ne contribue en rien au chiffre en lumens.
Les deux longueurs d'onde courantes d'éclairage infrarouge se situent au-delà de cette limite. Un émetteur à 850 nm ou à 940 nm peut rayonner plusieurs watts de puissance optique et présenter malgré tout un flux lumineux nul, parce que l'œil pour lequel le lumen est défini ne répond pas à ces longueurs d'onde. Le chiffre est zéro par définition.
Cela change ce qu'une fiche technique doit dire. Tout le vocabulaire de la comparaison en lumière blanche, couvert dans notre entrée de glossaire lumens, lux et candelas, possède un jumeau radiométrique qui décrit la même géométrie sans l'œil comme intermédiaire.
| Ce que vous voulez savoir | Lampe blanche (photométrie) | Lampe infrarouge (radiométrie) |
|---|---|---|
| Lumière totale sortant de la lampe | Flux lumineux, lumens (lm) | Flux énergétique, watts (W) ou milliwatts (mW) |
| Lumière dans une direction | Intensité lumineuse, candela (cd) | Intensité énergétique, watts par stéradian (W/sr) |
| Lumière arrivant sur la scène | Éclairement lumineux, lux (lx) | Éclairement énergétique, watts par mètre carré (W/m²) ou mW/cm² |
| Où se trouve l'énergie | Température de couleur, kelvin (K) | Longueur d'onde de crête et largeur spectrale à mi-hauteur, nanomètres (nm) |
| Largeur du faisceau | Angle de faisceau, degrés | Angle de faisceau, degrés (inchangé) |
Le chiffre qui décide si la caméra obtient une image exploitable est l'éclairement énergétique à la distance de travail, exactement comme l'éclairement lumineux sur la surface de travail est le chiffre qui décide pour une personne. Notre article sur pourquoi 3,000 lumens ne sont pas une spécification développe cet argument pour la lumière blanche. Pour l'infrarouge, le chiffre en lumens n'est pas simplement inutile. Il est absent.
Un fournisseur qui annonce une lampe infrarouge en lumens a soit converti à partir des watts électriques, ce qui ne dit rien de la sortie optique, soit chiffré la faible traînée visible d'un émetteur 850 nm. Aucun de ces deux nombres ne décrit ce qui atteint la caméra.
850 nm ou 940 nm : la portée contre la lueur
Le choix entre les deux longueurs d'onde standard est un compromis entre la distance à laquelle la caméra peut voir et la possibilité pour quelqu'un de voir la lampe.
Axis Communications, qui intègre l'éclairage infrarouge dans ses propres caméras, expose clairement ce compromis dans son livre blanc sur l'infrarouge en vidéosurveillance : les émetteurs à 850 nm produisent une faible lueur rouge visible à la source, alors que les émetteurs à 940 nm n'en produisent pas, mais le capteur d'image est moins sensible à 940 nm, si bien qu'une lampe 850 nm de même puissance porte plus loin. Axis a retenu le 850 nm pour ses propres produits sur cette base.
| 850 nm | 940 nm | |
|---|---|---|
| Visible pour une personne | Faible lueur rouge à l'émetteur quand on le regarde directement ; le faisceau lui-même n'est pas vu | Aucune lueur visible |
| Sensibilité du capteur d'image | Plus élevée | Plus faible, il faut donc plus de puissance d'émission pour la même portée |
| Portée à puissance d'émission égale | Plus longue | Plus courte |
| Raison typique de le choisir | Portée de détection, moins de puissance pour une distance donnée | La lueur elle-même ne doit pas être vue |
| Sur une machine la nuit | La lueur sert aussi de témoin « allumé » pour l'opérateur | La lampe ne donne aucun signe qu'elle fonctionne |
Sur une machine, la lueur du 850 nm est généralement un avantage plutôt qu'un problème. C'est le seul moyen pour un opérateur qui circule autour de la machine de savoir que l'émetteur est sous tension, et cela ne coûte rien en portée. Choisissez le 940 nm lorsque l'application exige réellement que la source ne montre aucune lumière, et prévoyez alors plus de puissance d'émission ou une portée de détection plus courte.
Vérifiez le filtre IR-cut avant d'acheter la moindre lampe
L'erreur la plus coûteuse dans cette catégorie consiste à acheter une lampe infrarouge pour une caméra qui ne voit pas la lumière infrarouge. Elle est fréquente, et elle est invisible sur la fiche technique.
Les capteurs d'image couleur sont sensibles loin dans le proche infrarouge. Cette sensibilité dégrade les couleurs de jour, si bien que presque toutes les caméras couleur portent un filtre IR-cut devant le capteur. Sur une caméra à filtre fixe, le filtre reste en place en permanence, et la lumière à 850 nm est bloquée avant d'atteindre le capteur. Sur une caméra jour/nuit, le filtre est retiré mécaniquement lorsque la lumière passe sous un seuil, et le capteur exploite alors la lumière infrarouge. Axis décrit ce comportement de commutation dans le même livre blanc. Les caméras monochromes utilisées en vision industrielle n'ont souvent aucun filtre.
La conséquence, c'est que la caméra, et non la lampe, décide si l'éclairage infrarouge fonctionne. Trois questions tranchent :
La caméra est-elle de type jour/nuit avec filtre IR-cut escamotable, ou une caméra couleur à filtre fixe ? La fiche technique du fabricant le précise. Si ce n'est pas le cas, demandez.
À quel niveau de lumière commute-t-elle, et peut-on forcer cette commutation ? Certains systèmes permettent de régler le mode nuit manuellement, ce qui compte sur une machine qui alterne entre zones éclairées et zones non éclairées.
Le logiciel de détection travaille-t-il sur le même flux d'images ? Un système de détection qui utilise un capteur distinct de la caméra de vision de l'opérateur peut avoir besoin de son propre éclairage.
Il existe aussi une vérification de cinq secondes qui ne demande aucune fiche technique. La plupart des télécommandes infrarouges utilisent un émetteur proche infrarouge. Pointez-en une vers la caméra dans le noir et appuyez sur un bouton. Si l'image de la caméra montre l'émetteur qui clignote, le capteur reçoit la lumière proche infrarouge à travers le filtre qui se trouve devant lui, quel qu'il soit. Si l'image ne montre rien, une lampe infrarouge ne montrera rien non plus.
Une lumière invisible scintille quand même
Une LED infrarouge pilotée en modulation de largeur d'impulsion s'allume et s'éteint de nombreuses fois par seconde, et une caméra qui échantillonne la scène voit cette commutation sous forme de bandes ou de trames plus sombres que leurs voisines. Personne ne voit le scintillement, parce que personne ne voit la lumière, et c'est précisément pourquoi il n'est pas diagnostiqué.
Les systèmes de caméras automobiles ont déjà dû normaliser ce point. L'IEEE 2020-2024, la norme IEEE sur la qualité d'image des systèmes automobiles, range le scintillement des LED parmi les attributs de qualité d'image pour lesquels elle spécifie des méthodes de mesure. Un algorithme de détection qui travaille sur un flux d'images scintillant dispose de moins d'information exploitable dans certaines trames que dans d'autres, et les trames qu'il perd ne sont pas celles qu'une personne remarquerait.
Pour une lampe infrarouge sur une machine, les questions pratiques sont de savoir si le driver est à courant constant plutôt que pulsé et, s'il est pulsé pour la gradation, à quelle fréquence. Demandez le type de driver par écrit. La même électronique de driver se trouve aussi à côté du câblage de la caméra, qui est la victime la plus proche si le driver est bruyant, et c'est une question CISPR 25 que nous avons traitée du côté de la radio dans pourquoi des phares homologués E-Mark perturbent encore les radios et le GPS. La caméra est le récepteur suivant sur cette liste.
Une lumière invisible a besoin de sa propre ligne de sécurité
La défense normale de l'œil face à une lampe vive consiste à détourner le regard, à cligner et à laisser la pupille se fermer. Chacune de ces réactions suppose de voir la lumière. La lumière infrarouge n'en déclenche aucune.
L'IEC 62471, la norme de sécurité photobiologique des lampes et des appareils utilisant des lampes, couvre le rayonnement optique de 200 nm à 3 000 nm, ce qui inclut les deux longueurs d'onde d'éclairage infrarouge, et elle évalue les risques infrarouges pour la cornée, le cristallin et la rétine séparément des risques liés à la lumière visible. Les produits sont classés en groupes de risque, de RG0, exempt, à RG3, risque élevé. Une lampe infrarouge n'est pas exemptée de ce classement parce qu'elle est invisible. Au contraire, l'absence de tout avertissement pour la personne qui la regarde est la raison même d'exister de ce classement.
Demandez au fournisseur le groupe de risque IEC 62471 et la distance à laquelle il a été évalué. Nous ne reproduisons pas ici les limites d'exposition, car une limite recopiée hors contexte est le moyen le plus sûr de faire d'un tableau de sécurité un danger à part entière. Un groupe de risque sur une fiche technique, avec une distance d'essai, voilà le chiffre à comparer.
Deux points pratiques découlent de l'invisibilité. D'abord, un émetteur infrarouge doit être monté et orienté à l'aide de l'image de la caméra elle-même, parce que personne ne peut voir où va le faisceau. Ensuite, une lampe qui ne donne aucun signe visible de fonctionnement a besoin d'une autre indication qu'elle est sous tension, que ce soit la lueur du 850 nm, une LED d'état ou un signal de défaut vers le contrôleur de la machine.
Ce qu'il faut mettre dans la demande
Un fournisseur ne peut spécifier une lampe infrarouge que par rapport à la caméra qu'elle sert. La demande qui obtient une réponse utile donne d'abord les caractéristiques de la caméra, et ensuite celles de la lampe.
| Élément | Pourquoi c'est important |
|---|---|
| Marque et modèle de la caméra, et si son filtre IR-cut est fixe ou escamotable | Décide si une lampe infrarouge, quelle qu'elle soit, fonctionnera |
| Distance à laquelle la détection doit fonctionner, et champ de vision | Fixe l'éclairement énergétique et l'angle de faisceau requis |
| Longueur d'onde préférée, 850 nm ou 940 nm, ou « sans préférence » | Portée contre lueur, et le budget de puissance qui en découle |
| Réseau électrique de la machine, 12 V ou 24 V, et alimentation disponible au point de montage | Conception du driver ; les phares étanches pour ces machines sont généralement spécifiés sur une plage de 9–32 V DC |
| Position de montage et environnement : lavage haute pression, vibrations, température | Mêmes exigences d'étanchéité et de vibration que les phares de travail blancs de la même machine |
| Type de driver requis, courant constant ou pulsé, et toute limite de scintillement imposée par le fabricant de la caméra | Qualité d'image pour l'algorithme de détection |
| Groupe de risque IEC 62471 exigé par le site ou par le constructeur OEM de la machine | Sécurité photobiologique d'une source invisible |
Les phares blancs de la même machine sont spécifiés dans les mêmes termes d'étanchéité et de vibration, et la gamme phares de travail LED renforcés montre à quoi ressemblent ces chiffres sur une fiche technique. La gamme de feux de sécurité pour chariots élévateurs est l'endroit où la détection des piétons par caméra rencontre le plus souvent une question d'éclairage en premier.
Questions fréquentes
Une caméra peut-elle voir la lumière infrarouge à 850 nm ?
Seulement si rien ne la bloque. Un capteur d'image est sensible à 850 nm, mais une caméra couleur à filtre IR-cut fixe bloque cette lumière avant qu'elle n'atteigne le capteur. Une caméra jour/nuit retire le filtre en faible lumière et voit alors bien le 850 nm. Vérifiez le type de caméra avant d'acheter une lampe infrarouge.
850 nm ou 940 nm : lequel convient le mieux à une caméra de machine ?
Le 850 nm, dans la plupart des cas. Les capteurs d'image y sont plus sensibles, il offre donc plus de portée à puissance d'émission égale, et sa faible lueur rouge à la source permet aux personnes de savoir que la lampe est allumée. Choisissez le 940 nm uniquement lorsque la source ne doit montrer aucune lumière visible, et attendez-vous à le payer en puissance d'émission ou en portée.
Les éclairages infrarouges ont-ils une valeur en lumens ?
Non. Les lumens sont définis par rapport à la courbe de sensibilité de l'œil humain, et les longueurs d'onde infrarouges tombent en dehors, si bien que le flux lumineux d'une lampe infrarouge est nul par définition. Comparez plutôt les lampes infrarouges par leur flux énergétique en watts et par leur éclairement énergétique à la distance de travail.
Peut-on regarder une lampe LED infrarouge sans danger ?
Pas automatiquement. Les lampes infrarouges sont classées selon l'IEC 62471 dans les mêmes groupes de risque que les lampes visibles, et la réaction habituelle de l'œil à une source vive, détourner le regard et fermer la pupille, ne se produit pas avec une lumière qu'il ne peut pas voir. Demandez au fournisseur le groupe de risque et la distance à laquelle il a été évalué.
Commencez par la caméra
La décision que cet article tranche, c'est ce qu'il faut demander. Confirmez que la caméra voit l'infrarouge la nuit, choisissez entre 850 nm et 940 nm sur le critère portée contre lueur, et spécifiez la lampe par l'éclairement énergétique à la distance de travail, le type de driver et le groupe de risque IEC 62471, plutôt que par des lumens.
Les émetteurs infrarouges pour caméras de machines sont une gamme de produits que nous évaluons, et non une gamme que nous proposons aujourd'hui. Si vous exploitez des caméras sur des machines la nuit, indiquez-nous la caméra et la distance qu'elle doit couvrir, et nous vous dirons ce qu'un émetteur étanche pour cette machine devrait être. En attendant, les phares blancs de la même machine sont spécifiés dans la gamme phares de travail LED renforcés, et l'argument à l'origine de cet article est développé pour la lumière blanche dans 3,000 lumens suffisent-ils pour un projecteur de travail.
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