As câmeras estão assumindo tarefas em máquinas que antes pertenciam aos olhos do operador: detecção de proximidade em escavadeiras, detecção de pedestres em empilhadeiras, a visão multicâmera de uma carregadeira operada remotamente. À noite, cada uma delas precisa de luz, e essa luz não precisa ser visível.
Fabricamos faróis de trabalho selados para essas máquinas, e uma consulta deste mês, vinda de um distribuidor de iluminação veicular, pediu um farol de 850 nm. Trabalhar nesse pedido expôs uma lacuna que toda especificação de luz branca compartilha: o número pelo qual o setor inteiro compara faróis não existe para um infravermelho.
Este artigo explica por que isso acontece, o que verificar na câmera antes de gastar qualquer coisa com um iluminador, como escolher entre 850 nm e 940 nm e quais valores pedir a um fornecedor no lugar dos lúmens.
A resposta curta: o lúmen é definido em relação à resposta do olho humano, e a luz infravermelha fica fora dessa curva, então um iluminador infravermelho é especificado por potência radiante e irradiância a uma distância, e não por lúmens. Antes de comparar qualquer iluminador, confirme que a câmera remove o filtro IR-cut à noite ou não o possui, porque uma câmera com filtro fixo não enxerga luz infravermelha. Escolha 850 nm pelo alcance e 940 nm apenas quando o leve brilho vermelho na fonte for, em si, um problema.
Por que a câmera precisa de uma luz que o operador não consegue ver
Um sistema de detecção baseado em câmera falha no escuro pelo mesmo motivo que um operador: nenhuma luz chega ao sensor. A diferença é que a câmera pode ser alimentada com uma luz que não ilumina mais nada.
O alerta de colisão em máquinas de terraplenagem já é uma função normalizada. A ISO 21815-1:2022 estabelece requisitos gerais para detectar objetos e alertar o operador. Ela é escrita em torno da função, e não de um sensor específico, e os sistemas baseados em câmera estão entre os construídos para atendê-la. Uma câmera de detecção de pedestres em empilhadeira, uma câmera de ré em caminhão fora de estrada e o conjunto de câmeras de uma máquina operada remotamente têm uma necessidade em comum: luz suficiente na cena para formar uma imagem utilizável, em todas as horas em que a máquina trabalha.
Os faróis de trabalho brancos atendem a essa necessidade com um custo. Iluminam o canteiro inteiro, causam ofuscamento em quem está de frente para a máquina e são apontados para o campo de visão do operador, não para o da câmera. Um emissor infravermelho coloca luz exatamente onde a câmera olha, em um comprimento de onda que o sensor consegue usar e que uma pessoa mal percebe. É por isso que a iluminação infravermelha é padrão em câmeras de segurança fixas, e por isso ela começa a acompanhar a câmera para dentro da máquina.
A mesma consulta que motivou este artigo chegou com um desenho de especificação completo. Listava tensão, dimensões, fixação e conector. O que ela não podia listar, porque o valor não existe, eram os lúmens.
Um iluminador que o valor em lúmens não consegue descrever
O fluxo luminoso, a grandeza por trás de todo valor em lúmens, é definido ponderando a potência radiante da fonte pela sensibilidade espectral do olho humano. Essa função de ponderação, conhecida como V(λ), está estabelecida na ISO/CIE 23539, o sistema CIE de fotometria física, e a CIE publica seus valores de 360 nm a 830 nm. Acima de 830 nm a tabela publicada simplesmente termina, e qualquer radiação nessa região não contribui em nada para o valor em lúmens.
Os dois comprimentos de onda mais comuns de iluminação infravermelha ficam além desse limite. Um emissor de 850 nm ou 940 nm pode irradiar vários watts de potência óptica e ainda assim ter fluxo luminoso zero, porque o olho para o qual o lúmen foi definido não responde a esses comprimentos de onda. O valor é zero por definição.
Isso muda o que uma folha de especificações precisa dizer. Todo o vocabulário de comparação da luz branca, tratado no nosso verbete sobre lúmens, lux e candelas, tem um gêmeo radiométrico que descreve a mesma geometria sem o olho no caminho.
| O que você quer saber | Farol branco (fotometria) | Iluminador infravermelho (radiometria) |
|---|---|---|
| Luz total que sai da fonte | Fluxo luminoso, lúmens (lm) | Fluxo radiante, watts (W) ou miliwatts (mW) |
| Luz em uma direção | Intensidade luminosa, candela (cd) | Intensidade radiante, watts por esterradiano (W/sr) |
| Luz que chega à cena | Iluminância, lux (lx) | Irradiância, watts por metro quadrado (W/m²) ou mW/cm² |
| Onde está a energia | Temperatura de cor, kelvin (K) | Comprimento de onda de pico e largura espectral a meia altura, nanômetros (nm) |
| Largura do facho | Ângulo do facho, graus | Ângulo do facho, graus (sem alteração) |
O valor que decide se a câmera obtém uma imagem utilizável é a irradiância na distância de trabalho, exatamente como a iluminância na superfície de trabalho é o valor que decide para uma pessoa. Nosso artigo sobre por que 3.000 lúmens não são uma especificação defende esse argumento para a luz branca. Para o infravermelho, o valor em lúmens não é apenas inútil. Ele é inexistente.
Um fornecedor que cota um iluminador infravermelho em lúmens ou converteu a partir dos watts elétricos, o que nada diz sobre a saída óptica, ou está cotando a tênue cauda visível de um emissor de 850 nm. Nenhum dos dois números descreve o que chega à câmera.
850 nm ou 940 nm: alcance contra brilho
A escolha entre os dois comprimentos de onda padrão é uma troca entre até onde a câmera consegue enxergar e se alguém consegue ver o iluminador.
A Axis Communications, que integra iluminação infravermelha às próprias câmeras, expõe essa troca com clareza no seu white paper publicado sobre infravermelho em videomonitoramento: emissores de 850 nm produzem um leve brilho vermelho visível na fonte, enquanto emissores de 940 nm não produzem, mas o sensor de imagem é menos sensível a 940 nm, de modo que um iluminador de 850 nm de mesma potência alcança mais longe. Foi com base nisso que a Axis escolheu 850 nm para os próprios produtos.
| 850 nm | 940 nm | |
|---|---|---|
| Visível para uma pessoa | Leve brilho vermelho no emissor quando olhado diretamente; o facho em si não é visto | Nenhum brilho visível |
| Sensibilidade do sensor de imagem | Maior | Menor, então é preciso mais potência de emissor para o mesmo alcance |
| Alcance para a mesma potência de emissor | Maior | Menor |
| Motivo típico para escolher | Alcance de detecção, menos potência para uma dada distância | O brilho em si não pode ser visto |
| Em uma máquina à noite | O brilho serve também como indicador de "ligado" para o operador | O iluminador não dá sinal de que está funcionando |
Em uma máquina, o brilho de 850 nm costuma ser mais uma vantagem do que um problema. É a única forma de um operador circulando ao redor da máquina saber que o emissor está energizado, e não custa nada em alcance. Escolha 940 nm quando a aplicação realmente exigir que a fonte não mostre luz alguma, e, nesse caso, preveja mais potência de emissor ou um alcance de detecção menor.
Verifique o filtro IR-cut antes de comprar qualquer iluminador
O erro mais caro nessa categoria é comprar um iluminador infravermelho para uma câmera que não enxerga luz infravermelha. É comum, e é invisível na folha de especificações.
Os sensores de imagem coloridos são sensíveis bem adentro do infravermelho próximo. Essa sensibilidade estraga as cores durante o dia, então quase toda câmera colorida traz um filtro IR-cut na frente do sensor. Em uma câmera de filtro fixo, o filtro permanece no lugar o tempo todo, e a luz de 850 nm é bloqueada antes de chegar ao sensor. Em uma câmera dia/noite (day/night), o filtro é removido mecanicamente quando a luz cai abaixo de um limiar, e o sensor passa então a usar luz infravermelha. A Axis descreve esse comportamento de comutação no mesmo white paper. Câmeras monocromáticas usadas em visão de máquina muitas vezes não têm filtro algum.
A consequência é que a câmera, e não o iluminador, decide se a iluminação infravermelha funciona. Três perguntas resolvem a questão:
A câmera é do tipo dia/noite, com filtro IR-cut removível, ou é uma câmera colorida de filtro fixo? A folha de dados do fabricante vai dizer. Se não disser, pergunte.
Em que nível de luz ela comuta, e isso pode ser forçado? Alguns sistemas permitem ativar o modo noturno manualmente, o que importa em uma máquina que circula entre áreas iluminadas e não iluminadas.
O software de detecção roda no mesmo fluxo de imagem? Um sistema de detecção que usa um sensor separado da câmera de visão do operador pode precisar de iluminação própria.
Há também um teste de cinco segundos que dispensa folha de dados. A maioria dos controles remotos infravermelhos usa um emissor de infravermelho próximo. Aponte um deles para a câmera no escuro e aperte um botão. Se a imagem da câmera mostrar o emissor piscando, o sensor está recebendo luz do infravermelho próximo através de qualquer filtro que esteja na frente dele. Se a imagem não mostrar nada, um iluminador infravermelho também não mostrará.
Luz invisível também cintila
Um LED infravermelho acionado por modulação por largura de pulso liga e desliga muitas vezes por segundo, e uma câmera que amostra a cena enxerga essa comutação como faixas (banding) ou como quadros mais escuros que os vizinhos. Nenhuma pessoa vê a cintilação, porque nenhuma pessoa vê a luz, e é exatamente por isso que ela passa sem diagnóstico.
Os sistemas de câmera automotivos já tiveram de normalizar isso. A IEEE 2020-2024, a norma IEEE para qualidade de imagem de sistemas automotivos, lista a cintilação de LED entre os atributos de qualidade de imagem para os quais especifica métodos de medição. Um algoritmo de detecção trabalhando sobre um fluxo de imagem com cintilação tem menos informação utilizável em alguns quadros do que em outros, e os quadros que ele perde não são os que uma pessoa notaria.
Para um iluminador infravermelho em uma máquina, as perguntas práticas são se o driver é de corrente constante em vez de pulsado e, se for pulsado para dimerização, em que frequência. Peça o tipo de driver por escrito. A mesma eletrônica do driver também fica ao lado do cabeamento da câmera, que é o candidato mais próximo a vítima se o driver for ruidoso, e essa é uma questão de CISPR 25 que já tratamos do lado do rádio em por que faróis com E-Mark ainda interferem em rádios e GPS. A câmera é o próximo receptor dessa lista.
Luz invisível precisa da própria linha de segurança
A defesa normal do olho contra uma luz intensa é desviar o olhar, piscar e deixar a pupila fechar. Cada uma dessas reações depende de enxergar a luz. A luz infravermelha não aciona nenhuma delas.
A IEC 62471, a norma de segurança fotobiológica de lâmpadas e sistemas de lâmpadas, cobre a radiação óptica de 200 nm a 3.000 nm, o que inclui os dois comprimentos de onda de iluminação infravermelha, e avalia os riscos do infravermelho para a córnea, o cristalino e a retina separadamente dos riscos da luz visível. Os produtos são classificados em grupos de risco, de RG0, isento, a RG3, risco alto. Um iluminador infravermelho não está isento dessa classificação por ser invisível. Pelo contrário: a ausência de qualquer aviso à pessoa que olha para ele é justamente o motivo pelo qual a classificação existe.
Peça ao fornecedor o grupo de risco segundo a IEC 62471 e a distância na qual ele foi avaliado. Não reproduzimos aqui os limites de exposição, porque um limite copiado fora de contexto é a forma como uma tabela de segurança se torna um perigo por conta própria. Um grupo de risco na folha de dados, com a distância de ensaio, é o valor a comparar.
Dois pontos práticos decorrem da invisibilidade. Primeiro, um emissor infravermelho deve ser instalado e apontado usando a própria imagem da câmera, porque ninguém consegue ver para onde o facho está indo. Segundo, um iluminador que não dá sinal visível de funcionamento precisa de alguma outra indicação de que está energizado, seja o brilho de 850 nm, um LED de status ou um sinal de falha para o controlador da máquina.
O que colocar na consulta
Um fornecedor só consegue especificar um iluminador infravermelho em função da câmera que ele atende. A consulta que recebe uma resposta útil traz primeiro os dados da câmera e depois os do iluminador.
| Item | Por que importa |
|---|---|
| Marca e modelo da câmera, e se o filtro IR-cut é fixo ou removível | Decide se algum iluminador infravermelho vai funcionar |
| Distância na qual a detecção precisa funcionar, e o campo de visão | Define a irradiância e o ângulo do facho necessários |
| Comprimento de onda preferido, 850 nm ou 940 nm, ou "sem preferência" | Alcance contra brilho, e o orçamento de potência que decorre disso |
| Sistema elétrico da máquina, 12 V ou 24 V, e a alimentação disponível no ponto de fixação | Projeto do driver; faróis selados para essas máquinas costumam ser especificados para a faixa de 9–32 V CC |
| Posição de montagem e ambiente: lavagem sob pressão, vibração, temperatura | Mesmos requisitos de vedação e vibração dos faróis de trabalho brancos da mesma máquina |
| Tipo de driver exigido, corrente constante ou pulsado, e qualquer limite de cintilação do fabricante da câmera | Qualidade de imagem para o algoritmo de detecção |
| Grupo de risco IEC 62471 exigido pela obra ou pelo OEM da máquina | Segurança fotobiológica de uma fonte invisível |
Os faróis brancos da mesma máquina são especificados nos mesmos termos de vedação e vibração, e a linha de faróis de trabalho para serviço pesado mostra como esses valores aparecem em uma folha de dados. A linha de luzes de segurança para empilhadeira é onde a detecção de pedestres por câmera mais frequentemente encontra uma questão de iluminação pela primeira vez.
Perguntas frequentes
Uma câmera consegue ver luz infravermelha de 850 nm?
Só se nada a bloquear. Um sensor de imagem é sensível a 850 nm, mas uma câmera colorida com filtro IR-cut fixo bloqueia essa luz antes que ela chegue ao sensor. Uma câmera dia/noite remove o filtro em baixa luminosidade e passa a enxergar bem em 850 nm. Verifique o tipo de câmera antes de comprar qualquer iluminador infravermelho.
850 nm ou 940 nm: qual é melhor para uma câmera de máquina?
850 nm, na maioria dos casos. Os sensores de imagem são mais sensíveis a ele, então ele dá mais alcance para a mesma potência de emissor, e seu leve brilho vermelho na fonte permite que as pessoas percebam que o iluminador está ligado. Escolha 940 nm apenas quando a fonte não puder mostrar nenhuma luz visível, e espere pagar por isso em potência de emissor ou em alcance.
Luzes infravermelhas têm um valor em lúmens?
Não. Os lúmens são definidos em relação à curva de resposta do olho humano, e os comprimentos de onda infravermelhos ficam fora dela, então o fluxo luminoso de um iluminador infravermelho é zero por definição. Em vez disso, compare iluminadores infravermelhos pelo fluxo radiante em watts e pela irradiância na distância de trabalho.
É seguro olhar para lâmpadas LED infravermelhas?
Não automaticamente. Os iluminadores infravermelhos são classificados segundo a IEC 62471 nos mesmos grupos de risco das lâmpadas visíveis, e a reação habitual do olho a uma fonte intensa, desviar o olhar e fechar a pupila, não acontece com uma luz que ele não consegue ver. Peça ao fornecedor o grupo de risco e a distância na qual ele foi avaliado.
Comece pela câmera
A decisão que este artigo resolve é o que pedir. Confirme que a câmera enxerga infravermelho à noite, decida entre 850 nm e 940 nm pesando alcance contra brilho, e especifique o iluminador por irradiância na distância de trabalho, tipo de driver e grupo de risco segundo a IEC 62471, e não por lúmens.
Emissores infravermelhos para câmeras de máquinas são uma linha de produtos que estamos avaliando, e não uma que já conste do nosso catálogo hoje. Se você opera câmeras em máquinas à noite, informe-nos a câmera e a distância que ela precisa cobrir, e diremos o que um emissor selado para essa máquina precisaria ser. Enquanto isso, os faróis brancos da mesma máquina estão especificados na linha de faróis de trabalho para serviço pesado, e o argumento que deu origem a este artigo está feito para a luz branca em 3.000 lúmens bastam para um farol de trabalho.
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