Camera's nemen op machines taken over die vroeger bij de ogen van de machinist lagen: nabijheidsdetectie op graafmachines, voetgangersdetectie op heftrucks, het multicamerabeeld op een op afstand bediende lader. 's Nachts heeft elk van die camera's licht nodig, en dat licht hoeft niet zichtbaar te zijn.
Wij bouwen afgedichte werklampen voor deze machines, en een vraag deze maand van een distributeur van voertuigverlichting betrof een koplamp van 850 nm. Bij het uitwerken van dat verzoek kwam een leemte aan het licht die elke witlichtspecificatie deelt: het getal waarmee de hele branche lampen vergelijkt, bestaat niet voor een infraroodlamp.
Dit artikel zet uiteen waarom dat zo is, wat u op de camera controleert voordat u iets aan een lamp uitgeeft, hoe u kiest tussen 850 nm en 940 nm, en welke waarden u in plaats van lumen bij een leverancier opvraagt.
Het korte antwoord: de lumen is gedefinieerd ten opzichte van de gevoeligheid van het menselijk oog, en infraroodlicht valt buiten die curve, dus een infraroodlamp wordt gespecificeerd met stralingsvermogen en bestralingssterkte op afstand in plaats van met lumen. Bevestig, voordat u überhaupt lampen vergelijkt, dat de camera 's nachts zijn IR-cutfilter verwijdert of er geen heeft, want een camera met een vast filter ziet geen infraroodlicht. Kies 850 nm voor bereik en 940 nm alleen wanneer de zwakke rode gloed bij de bron zelf een probleem is.
Waarom de camera licht nodig heeft dat de machinist niet kan zien
Een camerasysteem voor detectie faalt in het donker om dezelfde reden als een machinist: er bereikt geen licht de sensor. Het verschil is dat de camera licht kan krijgen dat verder niets verlicht.
Botswaarschuwing op grondverzetmachines is inmiddels een genormaliseerde functie. ISO 21815-1:2022 stelt algemene eisen aan het detecteren van objecten en het waarschuwen van de machinist. De norm is geschreven rond de functie en niet rond één bepaalde sensor, en camerasystemen behoren tot de systemen die worden gebouwd om eraan te voldoen. Een camera voor voetgangersdetectie op een heftruck, een achteruitrijcamera op een dumper en de camera-opstelling op een op afstand bediende machine hebben één behoefte gemeen: genoeg licht op het tafereel om een bruikbaar beeld te vormen, elk uur dat de machine draait.
Witte werklampen vervullen die behoefte tegen een prijs. Ze verlichten het hele terrein, ze verblinden iedereen die naar de machine kijkt, en ze zijn gericht op het gezichtsveld van de machinist en niet op dat van de camera. Een infraroodemitter zet licht precies daar waar de camera kijkt, op een golflengte die de sensor kan gebruiken en die een mens nauwelijks opmerkt. Daarom is infraroodverlichting standaard op vaste beveiligingscamera's, en daarom begint zij de camera te volgen naar de machine.
Dezelfde vraag die aanleiding gaf tot dit artikel kwam binnen met een volledige specificatietekening. Daarop stonden spanning, afmetingen, montage en connector. Wat er niet op kon staan, omdat het getal niet bestaat, was lumen.
Een lamp die de lumenwaarde niet kan beschrijven
Lichtstroom, de grootheid achter elke lumenwaarde, wordt gedefinieerd door het stralingsvermogen van de lamp te wegen tegen de spectrale gevoeligheid van het menselijk oog. Die weegfunctie, bekend als V(λ), is vastgelegd in ISO/CIE 23539, het CIE-systeem voor fysische fotometrie, en de CIE publiceert de waarden ervan van 360 nm tot 830 nm. Voorbij 830 nm houdt de gepubliceerde tabel eenvoudigweg op, en straling daarbuiten draagt niets bij aan de lumenwaarde.
Beide gangbare golflengten voor infraroodverlichting liggen voorbij die grens. Een emitter op 850 nm of 940 nm kan meerdere watt optisch vermogen uitstralen en toch een lichtstroom van nul hebben, omdat het oog waarvoor de lumen is gedefinieerd op die golflengten niet reageert. Het getal is per definitie nul.
Dat verandert wat een specificatieblad moet vermelden. Het hele vocabulaire van de witlichtvergelijking, behandeld in ons woordenlijstartikel over lumen, lux en candela, heeft een radiometrische tegenhanger die dezelfde geometrie beschrijft zonder het oog ertussen.
| Wat u wilt weten | Witte lamp (fotometrisch) | Infraroodlamp (radiometrisch) |
|---|---|---|
| Totaal licht dat de lamp verlaat | Lichtstroom, lumen (lm) | Stralingsflux, watt (W) of milliwatt (mW) |
| Licht in één richting | Lichtsterkte, candela (cd) | Stralingssterkte, watt per steradiaal (W/sr) |
| Licht dat op het tafereel aankomt | Verlichtingssterkte, lux (lx) | Bestralingssterkte, watt per vierkante meter (W/m²) of mW/cm² |
| Waar de energie zit | Kleurtemperatuur, kelvin (K) | Piekgolflengte en spectrale halfwaardebreedte, nanometer (nm) |
| Hoe breed de bundel is | Bundelhoek, graden | Bundelhoek, graden (ongewijzigd) |
De waarde die bepaalt of de camera een bruikbaar beeld krijgt, is de bestralingssterkte op de werkafstand, precies zoals de verlichtingssterkte op het werkvlak de waarde is die dat voor een mens bepaalt. Ons artikel over waarom 3,000 lumen geen specificatie is voert dat betoog voor wit licht. Voor infrarood is de lumenwaarde niet zomaar onbruikbaar. Die ontbreekt.
Een leverancier die een infraroodlamp in lumen opgeeft, heeft ofwel omgerekend vanuit elektrische watt, wat niets zegt over de optische output, ofwel geeft de zwakke zichtbare uitloper van een emitter van 850 nm op. Geen van beide getallen beschrijft wat de camera bereikt.
850 nm of 940 nm: bereik tegenover gloed
De keuze tussen de twee standaardgolflengten is een afweging tussen hoe ver de camera kan zien en of iemand de lamp kan zien.
Axis Communications, dat infraroodverlichting in zijn eigen camera's inbouwt, benoemt die afweging onomwonden in zijn gepubliceerde whitepaper over infrarood in beveiliging: emitters van 850 nm geven een zwakke rode gloed die bij de bron zichtbaar is, emitters van 940 nm niet, maar de beeldsensor is bij 940 nm minder gevoelig, zodat een lamp van 850 nm met hetzelfde vermogen verder reikt. Axis koos op die grond 850 nm voor zijn eigen producten.
| 850 nm | 940 nm | |
|---|---|---|
| Zichtbaar voor een mens | Zwakke rode gloed bij de emitter wanneer men er recht in kijkt; de bundel zelf is niet te zien | Geen zichtbare gloed |
| Gevoeligheid van de beeldsensor | Hoger | Lager, dus meer emittervermogen nodig voor hetzelfde bereik |
| Bereik bij hetzelfde emittervermogen | Groter | Kleiner |
| Typische reden om ervoor te kiezen | Detectiebereik, minder vermogen voor een gegeven afstand | De gloed zelf mag niet te zien zijn |
| Op een machine 's nachts | De gloed dient tegelijk als aan-indicator voor de machinist | De lamp geeft geen teken dat hij werkt |
Op een machine is de gloed van 850 nm meestal eerder een voordeel dan een probleem. Het is de enige manier waarop een machinist die om de machine loopt kan zien dat de emitter onder spanning staat, en het kost niets aan bereik. Kies 940 nm wanneer de toepassing werkelijk vereist dat de bron helemaal geen licht toont, en reken in dat geval op meer emittervermogen of een kortere detectieafstand.
Controleer het IR-cutfilter voordat u een lamp koopt
De duurste fout in deze categorie is een infraroodlamp kopen voor een camera die geen infraroodlicht kan zien. Het komt vaak voor, en op het specificatieblad is het onzichtbaar.
Kleurenbeeldsensoren zijn tot ver in het nabij-infrarood gevoelig. Die gevoeligheid bederft de kleuren overdag, dus bijna elke kleurencamera heeft een IR-cutfilter vóór de sensor. Bij een camera met vast filter blijft het filter altijd op zijn plaats, en licht van 850 nm wordt geblokkeerd voordat het de sensor bereikt. Bij een dag/nachtcamera wordt het filter mechanisch verwijderd zodra het licht onder een drempel zakt, en daarna gebruikt de sensor infraroodlicht. Axis beschrijft dit schakelgedrag in dezelfde whitepaper. Monochrome camera's voor machine vision hebben vaak helemaal geen filter.
Het gevolg is dat de camera, niet de lamp, bepaalt of infraroodverlichting werkt. Drie vragen geven uitsluitsel:
Is de camera een dag/nachttype met een verwijderbaar IR-cutfilter, of een kleurencamera met vast filter? De datasheet van de fabrikant vermeldt het. Zo niet, vraag het na.
Bij welk lichtniveau schakelt de camera om, en kan dat worden geforceerd? Sommige systemen laten toe de nachtmodus handmatig in te stellen, wat van belang is op een machine die zich tussen verlichte en onverlichte zones beweegt.
Draait de detectiesoftware op dezelfde beeldstroom? Een detectiesysteem dat een andere sensor gebruikt dan de zichtcamera van de machinist heeft mogelijk eigen verlichting nodig.
Er is ook een controle van vijf seconden waarvoor geen datasheet nodig is. De meeste infrarood-afstandsbedieningen gebruiken een nabij-infraroodemitter. Richt er een in het donker op de camera en druk op een knop. Als het camerabeeld de emitter ziet knipperen, ontvangt de sensor nabij-infraroodlicht door welk filter er ook voor zit. Als het beeld niets toont, toont een infraroodlamp ook niets.
Onzichtbaar licht flikkert nog steeds
Een infraroodled die met pulsbreedtemodulatie wordt aangestuurd, schakelt vele malen per seconde aan en uit, en een camera die het tafereel bemonstert ziet dat schakelen als strepen in het beeld of als frames die donkerder zijn dan hun buren. Geen mens ziet de flikkering, omdat geen mens het licht ziet, en juist daarom blijft die ongediagnosticeerd.
Automotive camerasystemen hebben dit al moeten normaliseren. IEEE 2020-2024, de IEEE-norm voor beeldkwaliteit van automotive systemen, noemt ledflikkering onder de beeldkwaliteitskenmerken waarvoor de norm meetmethoden vastlegt. Een detectiealgoritme dat op een flikkerende beeldstroom werkt, heeft in sommige frames minder bruikbare informatie dan in andere, en de frames die het verliest zijn niet de frames die een mens zou opmerken.
Voor een infraroodlamp op een machine zijn de praktische vragen of de driver met constante stroom werkt in plaats van gepulst, en, als hij voor het dimmen gepulst wordt, op welke frequentie. Vraag het drivertype schriftelijk op. Dezelfde driverelektronica zit bovendien naast de bekabeling van de camera, en die bekabeling is het meest voor de hand liggende slachtoffer als de driver stoort; dat is een kwestie van CISPR 25, die wij van de radiokant hebben behandeld in waarom lampen met E-Mark toch radio en GPS storen. De camera is de volgende ontvanger op die lijst.
Onzichtbaar licht heeft zijn eigen veiligheidsregel nodig
De normale verdediging van het oog tegen een felle lamp is wegkijken, knipperen en de pupil laten sluiten. Elk van die reacties hangt ervan af dat het licht wordt gezien. Infraroodlicht wekt geen van alle op.
IEC 62471, de norm voor fotobiologische veiligheid van lampen en lampsystemen, bestrijkt optische straling van 200 nm tot 3,000 nm, wat beide golflengten voor infraroodverlichting omvat, en beoordeelt infraroodgevaren voor het hoornvlies, de ooglens en het netvlies afzonderlijk van de gevaren van zichtbaar licht. Producten worden ingedeeld in risicogroepen van RG0, vrijgesteld, tot RG3, hoog risico. Een infraroodlamp is niet van die indeling vrijgesteld omdat hij onzichtbaar is. Integendeel: het ontbreken van elke waarschuwing voor wie ernaar kijkt is juist de reden dat de indeling bestaat.
Vraag de leverancier naar de risicogroep volgens IEC 62471 en de afstand waarop die is beoordeeld. Wij nemen de blootstellingslimieten hier niet over, want een limiet die uit zijn context wordt gekopieerd is precies hoe een veiligheidstabel zelf een gevaar wordt. Een risicogroep op een datasheet, met een testafstand, is de waarde om te vergelijken.
Uit de onzichtbaarheid volgen twee praktische punten. Ten eerste moet een infraroodemitter worden gemonteerd en gericht met behulp van het camerabeeld zelf, omdat niemand kan zien waar de bundel heen gaat. Ten tweede heeft een lamp die geen zichtbaar teken van werking geeft een andere indicatie nodig dat hij onder spanning staat, of dat nu de gloed van 850 nm is, een statusled of een storingssignaal naar de machinebesturing.
Wat u in de offerteaanvraag zet
Een leverancier kan een infraroodlamp alleen specificeren tegenover de camera die hij bedient. De offerteaanvraag die een bruikbaar antwoord oplevert, vermeldt eerst de gegevens van de camera en daarna die van de lamp.
| Onderdeel | Waarom het ertoe doet |
|---|---|
| Merk en model van de camera, en of het IR-cutfilter vast of verwijderbaar is | Bepaalt of een infraroodlamp überhaupt zal werken |
| Afstand waarop detectie moet werken, en het gezichtsveld | Bepaalt de vereiste bestralingssterkte en bundelhoek |
| Voorkeursgolflengte, 850 nm of 940 nm, of "geen voorkeur" | Bereik tegenover gloed, en het vermogensbudget dat daaruit volgt |
| Elektrisch systeem van de machine, 12 V of 24 V, en de beschikbare voeding op het montagepunt | Driverontwerp; afgedichte lampen voor deze machines zijn doorgaans geschikt voor een bereik van 9–32 V DC |
| Montagepositie en omgeving: reiniging onder hoge druk, trilling, temperatuur | Dezelfde eisen aan afdichting en trilling als de witte werklampen op dezelfde machine |
| Vereist drivertype, constante stroom of gepulst, en een eventuele flikkerlimiet van de camerafabrikant | Beeldkwaliteit voor het detectiealgoritme |
| Risicogroep volgens IEC 62471 die de locatie of de machine-OEM vereist | Fotobiologische veiligheid van een onzichtbare bron |
De witte lampen op dezelfde machine worden in dezelfde termen van afdichting en trilling gespecificeerd, en het assortiment heavy-duty werklampen laat zien hoe die waarden er op een datasheet uitzien. Het assortiment veiligheidslampen voor heftrucks is de plek waar voetgangersdetectie op camerabasis meestal het eerst een verlichtingsvraag tegenkomt.
Veelgestelde vragen
Kan een camera infraroodlicht van 850 nm zien?
Alleen als niets het blokkeert. Een beeldsensor is gevoelig bij 850 nm, maar een kleurencamera met een vast IR-cutfilter blokkeert dat licht voordat het de sensor bereikt. Een dag/nachtcamera verwijdert het filter bij weinig licht en ziet 850 nm dan goed. Controleer het cameratype voordat u een infraroodlamp koopt.
Is 850 nm of 940 nm beter voor een machinecamera?
850 nm, in de meeste gevallen. Beeldsensoren zijn er gevoeliger voor, dus het geeft meer bereik bij hetzelfde emittervermogen, en de zwakke rode gloed bij de bron laat mensen zien dat de lamp aan staat. Kies 940 nm alleen wanneer de bron helemaal geen zichtbaar licht mag tonen, en reken erop dat u dat betaalt in emittervermogen of bereik.
Hebben infraroodlampen een lumenwaarde?
Nee. Lumen is gedefinieerd ten opzichte van de gevoeligheidscurve van het menselijk oog, en infraroodgolflengten vallen daarbuiten, dus de lichtstroom van een infraroodlamp is per definitie nul. Vergelijk infraroodlampen in plaats daarvan op stralingsflux in watt en op bestralingssterkte op de werkafstand.
Is het veilig om in infraroodledlampen te kijken?
Niet automatisch. Infraroodlampen worden volgens IEC 62471 in dezelfde risicogroepen ingedeeld als zichtbare lampen, en de gebruikelijke reactie van het oog op een felle bron, wegkijken en de pupil sluiten, blijft uit bij licht dat het niet kan zien. Vraag de leverancier naar de risicogroep en de afstand waarop die is beoordeeld.
Begin bij de camera
De beslissing die dit artikel beslecht, is wat u moet vragen. Bevestig dat de camera 's nachts infrarood ziet, kies tussen 850 nm en 940 nm op bereik tegenover gloed, en specificeer de lamp op bestralingssterkte op de werkafstand, drivertype en risicogroep volgens IEC 62471 in plaats van op lumen.
Infraroodemitters voor machinecamera's zijn een productlijn die wij evalueren, niet een die wij vandaag in ons assortiment voeren. Als u 's nachts camera's op machines gebruikt, vertel ons dan welke camera het is en welke afstand hij moet overbruggen, en wij vertellen u waaraan een afgedichte emitter voor die machine zou moeten voldoen. Intussen worden de witte lampen op dezelfde machine gespecificeerd in het assortiment heavy-duty werklampen, en het betoog waarmee dit artikel begon wordt voor wit licht gevoerd in is 3,000 lumen genoeg voor een werklamp.
---
