Тепловизор из смартфона своими руками: Самодельный тепловизор на базе Arduino менее чем за 100$ / Хабр

Самодельный тепловизор на базе Arduino менее чем за 100$ / Хабр

Не секрет что каждый из нас хоть раз но мечтал получить в свои руки настоящий тепловизор. Ведь это уникальный шанс взглянуть на мир вокруг совершенно «другими глазами», увидеть скрытое и возможно даже глубже познать суть некоторых явлений. И единственной преградой к этой мечте служит цена подобных устройств. Несмотря на весь прогресс, она остается непомерно высокой для простого смертного.
Однако подобно лучу света в непроглядном мраке безысходности на свет появилась разработка двух студентов из Германии. Их устройство на базе микроконтроллера Arduino является довольно простым в изготовлении и существует аж с 2010 года.

Создателями данного чуда являются Макс Риттер и Марк Коул из города Миндельхейм, что в Германии. Их проект принес им награду на научно-техническом молодежном форуме в 2010 году, и с тех самых пор в сети имеются исходники с подробным описанием конструкции.

Низкая стоимость устройства достигается благодаря использованию одного-единственного температурного датчика MLX90614, подобного тому, что используются в пирометрах и системы механической развертки изображения, состоящей из двух сервоприводов. Таким образом, датчик по сути обходит будущую картину, точка за точкой сканируя температуру. Само-собой, это выливается в долгое время получения изображения, что и является главным недостатком самодельного тепловизора. Но ведь если вспомнить о том, сколько мы сэкономили на цене, на это глаза сами-собой закрываются.

Итак, из компонентов для создания устройства, понадобится:

  • Старая веб-камера, разумеется, рабочая;
  • Микроконтроллер Arduino;
  • Сервоприводы, 2 штуки;
  • Датчик температуры MLX90614-BCI;
  • Китайская лазерная указка;
  • Корпуса для сервоприводов;
  • Любой штатив (оптимально).
  • Два резистора на 4.7кОм.

Веб-камера
Камера здесь будет являться источником исходной картинки а также своеобразным видоискателем для области сканирования. Подойдет практически любая дешевая вебка. Я нашел у себя в бардаке старую-добрую Logitech. Если же подходить к вопросу практично, чем меньше веб-камера по размерам, тем лучше. Поэтому огромный корпус моей старушки пришлось снять.

Сервоприводы и крепления
К этому моменту тоже можно подступиться с широким размахом. Нам понадобятся 2 сервопривода — один будет отвечать за движение по вертикали, второй по горизонтали соответственно. Учитывая, что на горизонтальном приводе держится и вертикальный и сама веб-камера, стоит взять более мощный. Хотя многие, уже сделавшие устройство спокойно пользуются одинаковыми маломощными.

Крепления для сервоприводов в оригинале называются «поворотно-наклонным механизмом» а у нас «Серво-кронштейном»
Я покупал все эти компоненты тут.
В сборе данный элемент конструкции выглядит примерно так:

Нижний привод крепится к штативу или другому корпусу/подставке туда же надо вставить и лазерную указку, к вертикальному сервоприводу приделывается веб-камера и датчик MLX90614 путем хитрых манипуляций с клеем или деталями от конструктора или например запчастями от старых электросчетчиков (как у меня).

Датчик температуры MLX90614-BCI
Самая сложная часть данной конструкции. Сложная в плане добычи. Найти его непросто (по крайней мере на отечественных сайтах) и он является самой дорогой частью конструкции. Сам я ждал его около двух месяцев, везли видимо из Китая. Подсказать где взять не смогу, ибо ту лавочку уже прикрыли. Автор проекта ссылается на Futureelectronics.

При выборе необходимо обратить особое внимание на последние буквы «BCI» в названии, что означает наличие у датчика насадки для обеспечения узкого поля зрения.
Выглядит он так:

Arduino и схема подключения
Схема подключения датчика и сервоприводов к микроконтроллеру простейшая:

Скетч для Arduino и программное обеспечение для работы с тепловизором можно скачать здесь:
Официальная страница проекта
Программное обеспечение (на JAVA)
Скетч для микроконтроллера
Также хочу обратить внимание, что авторы указывают на необходимость дополнительной настройки датчика при помощи специального скетча, что вроде как должно ускорить работу устройства. Однако в моем случае, датчик после конфигурации стал выдавать ложные значения температуры и я сделал откат.
После сборки всей схемы, ее можно поместить в корпус, и закрепить на штативе:

Небольшие пояснения:
В качестве корпуса для микроконтроллера взял пластиковую упаковку из-под автомобильного освежителя (на фото слева), он в свою очередь держится на штативе при помощи крепежа от учебного оптического прицела. В общем, строго выдержан принцип дешевизны и использования того, что было под рукой. Светится на фото фонарик, который был бонусом к лазерной указке и оказался весьма полезным при сканировании темных областей.

Процесс съемки
Зачем здесь нужен китайский лазер и как же происходит процесс сканирования легко понять на примере моего шикарного ковра:

Не удивляйтесь, что ПО на русском, просто я уже некоторое время занимаюсь его доработкой под свои нужды, попутно изучая язык Java. К несчастью, пока моих знаний недостаточно для окончательного оформления готового продукта.

Итак, на картинке с веб-камеры есть две желтые точки и точка нашего лазера (снизу по центру). Вся калибровка состоит в том, чтобы выбрать координаты центра и левого нижнего угла будущей термограммы. В этом собственно и поможет лазерная указка:

Сегодняшнее ПО поддерживает всего два типа разрешения будущей картинки, в то время, как прошлая версия была богата на это дело, насчитывая шесть разных разрешений. Особенно было забавно получать сильно «пиксельные» картинки за 15 секунд. Думаю, разработчики осознали ненужность остальных режимов и убрали их, хотя программно они остались и могут быть активированы.

Результаты на десерт
Приведенные термограммы в различном разрешении.

Как греется нетбук:

Мой Кот:

Старый счетчик:

Новый щит:

Окно:

Мой друг в темной комнате перед компьютером

Применение
Из-за большого времени сканирования, данный прибор не подходит для проведения энергетического аудита (по крайней мере, для профессионального применения), этот вопрос рассмотрен в этой Статье (Англ.).
Тем не менее, как мне кажется он мог бы стать отличным подспорьем для проверки на нагрев электрических соединений и силовых сборок. В моей практике (а я подрабатываю электриком) иногда использую этот тепловизор для оценки надежности соединений. Пирометр в данном случае проигрывает в наглядности.

Неудобства в работе связаны с жесткой привязкой прибора к компьютеру и необходимости всегда таскать нетбук. Какое-то время авторы вели разработку второй версии своего тепловизора, которая позиционировалась как обособленное устройство с другим датчиком температуры (который кстати использован в этом проекте) с собственным дисплеем и возможностью записи на карту памяти. Но к сожалению, как признался Макс Риттер, у него нет времени на завершение проекта.

В общем, дальнейшее развитие идеи лежит на плечах любителей и умельцев. Буду рад любым предложениям по доработке/усовершенствованию конструкции.
Спасибо за внимание!
Официальная страница проекта (Англ.)

Как старый фотоаппарат превратить в современный тепловизор

Наверное, многие смотрели фильм «Хищник» и немного завидовали способности видеть тепловое излучение, как пресловутый инопланетянин. Оказывается, не только на охоте можно пользоваться этой фишкой, а ещё во многих сферах производства и медицины. И не такое уж дорогое это удовольствие — тепловизор, а смастерить его своими руками можно даже из фотоаппарата а-ля мыльница. Как это сделать, и где девайс можно применить — тема сегодняшней статьи.

Тепловизор - Хищник

Содержание статьи

Для чего можно использовать тепловизор

Помимо спецэффектов в фантастических фильмах, прибор находит следующее применение:

Теплоизоляция

  • контроль утечки энергоресурсов —поскольку при плохом контакте происходит нагрев проводников, тепловизор даёт возможность легко выявить эту проблему;
  • оценка теплоизоляционных свойств строящихся зданий;
  • в качестве альтернативы прибора ночного видения — для обнаружения живой силы и техники противника;

Тепловизор - Шварценеггер

  • у спасателей — для обнаружения очагов возгорания, поиска людей, возможных выходов из помещений и оценки обстановки;
  • в медицине — для идентификации в толпе людей с повышенной температурой и для выявления патологий организма, в том числе онкологических очагов;
  • в металлургии и машиностроении — для получения представления о неоднородности нагревания объектов.

Выявление нагрева контактов

Помимо перечисленного, тепловизор находит применение в астрономических телескопах, при ветеринарном контроле и в системах ночного вождения. Словом, спектр его применения точно не ограничивается охотой.

Принцип работы прибора

Не вдаваясь в дебри физики, поведаю: все тела температурой выше абсолютного нуля излучают тепло. В среднем инфракрасном диапазоне (7-14 мкм), не видимом человеческим глазом, максимальная степень излучения у тел температурой от -50 до +50 градусов. На дисплее тепловизора отражается цветная картинка перепада температур изучаемой поверхности. Градация цвета происходит в диапазоне цветов радуги от фиолетового к красному, в зависимости от степени нагрева поверхности.

Для некоторых производственных процессов интересны температуры в несколько сотен градусов. Длина волны у излучения в этом спектре меньше — 3-7 мкм. Но по принципу действия используемые для замеров приборы, независимо от рабочих температур, полностью идентичны.

Термограмма

Если тело имеет температуру порядка тысячи градусов, вспомогательные девайсы уже не нужны, свечение видно невооружённым глазом.

Работа прибора включает три основных этапа:

  • регистрация излучения в инфракрасном диапазоне;
  • преобразование зафиксированных данных в цифровые значения;
  • вывод на дисплей полученной термограммы, то есть тепловой карты поверхности наблюдаемого объекта.

Современные устройства позволяют производить такие преобразования и получать изображения практически без задержки, в реальном времени.

Как переделать фотоаппарат в тепловизор

Вообще-то, переделывать ничего особо и не придётся. Изначально матрица фотоаппарата воспринимает инфракрасное излучение. Другое дело, что заводы-изготовители ставят в них так называемые тепловые фильтры, которые отражают либо поглощают попадающее на их поверхность ИК-излучение.

По-другому этот фильтр называют тепловое зеркало, в буржуйском исполнении — «hot mirror». В результате воспринимаемый матрицей фотоаппарата спектр становится примерно идентичным тому, что видит человеческий глаз.

Процесс переделки

Если извлечь из фотоаппарата ИК-фильтр, он начнёт работать как тепловизор. Можно (но не обязательно) установить вместо него фильтр видимого спектра. Как показывает практика, особой роли он не играет и на работу прибора влияния практически не оказывает.

Помимо фотоаппарата, подопытными (или жертвами — как процесс пойдет) для изготовления чудо-девайса могут послужить:

  • смартфон;
  • видеокамера;
  • веб-камера;
  • ИК-датчик.

Описывать технологию их переделки не буду, поскольку это уже совсем другая история. Да и технология доработки сложнее, а затрат — на порядок больше.

Подпишитесь на наши Социальные сети

Тепловизор из подручных материалов — «Хакер»

Термосъёмка (thermal photography) — очень полезная разновидность фотографии, которая показывает в кадре участки с разной температурой. Например, с помощью термосъёмки можно найти мостик холода на стене, самое холодное/тёплое место в комнате, источник сквозняка на оконной раме, место прокладки труб с горячей водой под полом или под асфальтом. В общем, полезных применений очень много. Например, съёмка частного дома с помощью тепловизора сразу показывает места утечки тепла, которые требуется утеплить, в кадре располагается шкала с отметкой температуры от 16°C до 24°C.

Проблема только в том, что тепловизоры — очень дорогие приборы, их стоимость может доходить до 10 тысяч долларов, а то и больше. К счастью, есть способ собрать практически аналогичное устройство из дешёвых подручных комплектующих.

Идея состоит в том, что можно взять какой-нибудь дешёвый инфракрасный термометр — это прибор, измеряющий температуру в конкретной точке на небольшом расстоянии. Через плату Arduino мы подключаем термометр к набору RGB-светодиодов из какого-нибудь фонаря. Далее, мы программируем систему таким образом, чтобы цвет фонаря зависел от показаний термометра. Как обычно, высокой температуре соответствует красный цвет, а низкой температуре — синий цвет. Теперь, направив фонарь со встроенным термометром на любой объект, мы автоматически «подсвечиваем» этот объект соответствующим цветом, в зависимости от его температуры.

А теперь ключевая идея: ставим цифровую камеру в режиме замедленной съёмки (time-lapse). Она делает кадры каждые несколько секунд и фиксирует освещение от фонаря. Нам остаётся только аккуратно обойти с фонарём всю комнату — и камера сделает фотографию, которая не уступает даже самому дорогому тепловизору. И это при том, что стоимость комплектующих в нашей самодельной конструкции не превышает 50 долларов: дешёвый термометр, фонарь на светодиодах за 8 долларов, плата Arduino и фотоаппарат.

Описание идеи самодельного тепловизора см. здесь.

Пошаговая инструкция по сборке и список комплектующих.

Ниже — примеры фотографий, сделанных самодельным тепловизором.

Доступный мобильный тепловизор Seek Thermal Compact / Гаджеты / iXBT Live

Небольшой обзор обновленной модели тепловизора Seek Thermal Compact.

Я постараюсь подробно рассказать, как и зачем нужен тепловизор для личных целей.

Тепловизор Seek Thermal Compact

На текущий момент Seek Thermal Compact — это самый доступный тепловизор с матрицей 206 х 156 точек. Обновленная модель получила подстройку фокуса, которой до этого могла похвастаться только старшая модель Compact XR.

Есть ряд близких по характеристикам моделей, но они либо дорогостоящие (FlirOne), либо менее качественные (китайский HT-102 с матрицей 32 х 32 точек). За небольшую плату вы получаете универсальный мобильный тепловизор-приставку для смартфона, которым очень удобно пользоваться в личных целях. Купон на скидку будет в конце обзора.

Seek Thermal Compact — это простой, универсальный тепловизор, который подходит для большинства устройств на Андроид (или iOS). Самые главные достоинства — бюджетная стоимость и универсальность. Он подходит практически для любого применения, для быстрой оценки тепловой проблемы, поиска неисправности (нагрев либо утечка тепла). Матрица 206 х 156 точек.  видит разницу в пару градусов, и легко уточнить место, где плохо запенили окно, забыли утеплить швы, перегревается электроустановочное изделие или имеется протечка воды.

Характеристики:
Бренд: Seek Thermal 
Модель: Compact
Разрешение теплового сенсора: 206 х 156 пикселей
Угол обзора FOV: 36 градусов
Дальность обнаружения: До 300 метров
Частота развертки: 9 Гц
Автофокусировка: Да

 И, скажу по собственному опыту, с учётом стоимости услуг данный тепловизор обходится проще, дешевле и быстрее.  А вот приобрести тепловизор для личного использования без заморочек с доставкой, таможней, налогами и экспортными ограничениями можно у официального локального дистрибьютора. Это будет проще, дешевле мейл-форвардера по пересылке с официальных магазинов США, или быстрее варианта с Алиэкспресс.

 Комплект Seek Thermal Compact содержит водо- ударозащитный кейс и инструкцию пользователя.

Кейс карманного размера, есть «ушко» для темляка.

 Внешний вид Seek Thermal Compact 

 Размер очень компактный: 4.4 х 2.5 х 2.5 мм В верхней части присутствует коннектор MicroUSB или Lightning
 Поворотное кольцо фокусировки со специальной Ge-линзой для ИК-излучения Тепловизор в защитном кейсе

 Если у вас смартфон с коннектором USB-C, то для работы можно использовать простой адаптер. Не экономьте, возьмите подороже, так как с дешевыми имеется люфт и дребезг контактов.

 

 Для чего же нужен тепловизор — для контроля температуры, замеров перепада температур, поиска утечек тепла и участков перегрева, локализации скрытого нагрева (теплый пол), поиска неисправностей (например, в радиаторах отопления), для ремонта аппаратуры. 

 Приведу несколько конкретных кейсов.

Поиск протечки тёплого пола с помощью тепловизора, обнаружение протечек в системах водоснабжения, отопления, канализации с помощью тепловизора. Зачастую требуется проверить эффективность работы инженерных систем, их состояние (протечки, засоры), а также расположение. Например, перед монтажными работами принято уточнять расположение провода или труб теплого пола, во избежание их повреждения. Процедура минутная, а вот проблем можно получить огромное количество, если пренебречь подобной проверкой.

Применение тепловизора в радиотехнике и электронике, ремонт материнских плат компьютеров, ноутбуков, сотовых телефонов и планшетов.  Тепловизионная картинка четко локализует компонент, область на плате с перегревом. Как правило, это пробитые или работающие в нерасчетном режиме транзисторы и активные элементы, а также пробитые конденсаторы, и так далее.

Существует ряд проверок, которые будут полезны не для личного использования, а для предприятий в целом. Это тепловизионный контроль качества кладки печей, тепловизионный осмотр систем хладоснабжения и заморозки, обследование теплотрасс (ТСЖ и ЖСК), применение тепловизора в механике, для предприятий, сборочных линий, конвейеров и так далее. У нас на предприятии проводится регулярное обследование оборудования на предмет возможных нарушений, которые будут видны на тепловизоре. Проводится обследование электрооборудования и электрических соединений на предмет окислов и непротяжек, редукторов, работающих без смазки, неисправных подшипников роторов. Все это контролируется и ставится в очередь для планово-предупредительных ремонтов.

 Еще один важный кейс — применение тепловизора для охоты и наблюдения за животными.  Тепловизор позволяет различить животное на некотором расстоянии, даже в густой траве и кустарнике. 

 

Перехожу к конкретному использованию. Для работы тепловизора требуется смартфон. Подключение не составляет труда, в моем случае с USB-C удобно использовать переходник.

Для работы с устройством потребуется скачать и установить специальное приложение “Seek Thermal” из App Store или Google Play

Перед работой постарайтесь изучить инструкцию. В приложении есть множество настроек и выбор нескольких палитр цветов для контрастирования тепловизионной картинки.

 Для примера, автомобиль BMW после продолжительной поездки. Видны характерные локализации тепла (капот, радиатор, тормозные диски).

 Обычная офисная картина. Мозговая деятельность вызывает приток крови к голове человека, на тепловизионной картинке это хорошо видно.

Тепловизором удобно искать утечки тепла через двери, окна и стены квартир и проводить обследование коттеджей, стен и крыш. На фото результат дополнительного утепления швов панельного дома. 

 А вот с утеплением труб теплоснабжения стоит поработать — хорошо видна область с неправильно сделанной (или поврежденной) внешней теплоизоляцией.

 Далее приведу для сравнения популярные модели тепловизоров.

 Seek Thermal Compact vs HT-102

Смысл практически одинаковый, HT-102 имеет более продолговатый корпус, а также установлена камера видимого диапазона.

А вот матрица у HT-102 стоит всего 32 х 32 точек, что дает более грубую картинку.

 Seek Thermal Compact — термограмма человека.

НТ-102 термограмма человека

Слабовыраженная и менее четкая картинка, чем у Seek Thermal  На термограммах HT-102 могут присутствовать «ошибки» и сдвиги наложения изображения из-за маленькой матрицы

 

Seek Thermal Compact vs Flir One

А вот аналогичное устройство от Flir «подкачало» — оно более дорогое (почти в 3 раза), не имеет регулировки фокуса, требует отдельного питания (встроенный аккумулятор в FlirOne требует подзарядки каждые 2-3 часа работы).

 Flir One более громоздкий. Flir One не имеет регулировки фокуса.

 А еще у FlirOne матрица всего 160 х 120 точек против 206 х 156 у Seek Thermal Compact .

 Seek Thermal Compact  vs Seek Thermal Compact  XR

 Практически похожие модели.Compact  XR имеет более длинный фокус

 Для сравнения — термограммы Seek Thermal Compact, Seek Thermal Compact  XR, FlirOne.

 Flir замечен в «дорисовывании» картинки, что может привести к ошибкам и искажениям результатов. 

  Разобранный Seek Thermal Compact (источник). Обратите внимание на устройство перекалибровки — электромагнитную катушку и шторку, закрывающую матрицу. В зависимости от режима и продолжительности работы, Seek Thermal Compact проводит перекалибровку каждые 1...8 секунд.

Прикрепляю видеообзор гаджета.

 

Плюсы устройства: компактность, доступность, бюджетность, универсальность. Это тепловизор начального уровня, который всегда может быть под рукой. Цена символическая, цены на профессиональные модели Flir стартуют от $400. Не забывайте про санкции (тепловизоры запрещены для экспорта из USA, самостоятельно с eBay привезти крайне проблематично).
Универсальность применения Seek Thermal Compact достигается совместимостью со всеми Android-смартфонами с MicroUSB и Type-C коннекторами. Для продукции Apple выбирайте Seek Thermal Compact с коннектором Lightning.

 Минусы устройства:  да за такую стоимость практически нет минусов. 

 Можно смело брать для себя или в подарок. Отличный подарок на новоселье. Подойдет для оценки качества ремонта или строительства. Seek Thermal Compact — отличный гаджет, который должен быть всегда под рукой, и который поможет вывести подрядчиков на чистую воду и вовремя найти дефекты.

Тепловизор Seek Thermal Compact с 1 по 31 июля 2019 г. продаётся по специальной цене со скидкой 15% по цене 19 465 р. Используйте промокод STЛето2 для получения скидки.

 Еще обзоры тепловизоров:

Самый доступный тепловизор HT-102Тепловизор третьего поколения Flir One Pro: последнее поколение лучших мобильных тепловизоровТоп-10 лучших тепловизоров с Али

Смотрите горячие темы:

Топ-10 полезных автомобильных гаджетов с Aliexpress

Топ-10 новых автогаджетов с Aliexpress

Умный дом с нуля: выбираем устройства Xiaomi MiHome

Лучшие модели осциллографов для радиолюбителя с Aliexpress на летней распродаже

Выбираем лучшие карманные осциллографы (DSO) с Али

Электроника, модули и промавтоматика с Али и не только. Недорого и очень выгодно

Подборка топ-10 аудиомагазинов с Aliexpress: компоненты для самодельных усилителей и акустических систем

 

90000 A Better, Cheaper Smartphone Thermal Imager 90001 90002 90003 90002 For the last few years, the prices of infrared thermal imaging devices have fallen through the floor, down from tens of thousands of dollars a decade ago, to just about a grand for a very high-resolution device. This dramatic drop in price was brought about by new sensors, and at the very low-end, there are quite a few very inexpensive low resolution thermal imaging devices. 90003 90002 The goal now, it seems, is to figure out some way to add these infrared devices to a smartphone or tablet.There have been similar projects and Kickstarters before, but [Marius] 's entry for The Hackaday Prize is undercutting all of them, and doing it in a way that's far, far too clever. 90003 90002 Previous 'thermal imagers on a smartphone' projects include the Mu Thermal Camera, a $ 300 Kickstarter reward that turned out to be vaporware. The IR-Blue is yet another Kickstarter we've seen, and something that's actually shipping for about $ 200. [Marius] expects his thermal imager to cost just $ 99. He's getting away with this pricing with a little bit of crazy electronics, and actually designing a minimum viable product.90003 90002 Both the Mu Thermal Camera and the IR-Blue communicate with their smartphone host via Bluetooth. [Marius] felt radio modules were unnecessary and inspired by the HiJack system where low-power sensors are powered and read through a headphone jack, realized he could do better. 90003 90002 Always the innovator, [Marius] realized he could improve upon the HiJack power harvesting solution, and got everything working with a prototype. The actual hardware in the sensor is based on an engineering sample of the Omron D6T-1616L IR array module, a 16 × 16 array of IR pixels displaying thermal data on a portable device at 4 FPS.90003 90002 It's interesting, for sure, and half the price and quadruple the resolution of the IR-Blue. Even if [Marius] does not win The Hackaday Prize, he's at least got a winning Kickstarter on his hands. Video of the 8 × 8 pixel prototype below. 90003 90016 90002 90018 The project featured in this post is an entry in The Hackaday Prize. Build something awesome and win a trip to space or hundreds of other prizes. 90019 90003 90016 90002 90023 90024 90003 .

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о