Padělané peníze, skryté obrazy, zkažené ovoce – co ještě vidí infračervená kamera?

Blízké infračervené kamery jsou již dlouho používány armádou a záchranáři. V kouři, tmě a pod zatmavenými okny s nimi hledají osoby a vybavení. Postupně tyto kamery, pracující v rozsahu neviditelném pro člověka a termokamery, nacházejí uplatnění v každodenním životě. Pomáhají například určit pravost obrazu nebo ho dokonce najít – pod vrstvou barvy. N+1 spolu se specialisty z podniku, který je součástí holdingu Shvabe státní korporace Rostec, rozumí vlastnostem technologie a testuje ji – na plátnech skrývajících staré obrazy.

Co je SWIR?

V každodenním životě je kolem nás neustále přítomno elektromagnetické záření. Viditelné světlo se všemi barvami duhy tvoří pouze 0,0035 procenta elektromagnetického spektra, které začíná gama paprsky s vlnovou délkou menší než 0,01 nanometru a končí ultranízkofrekvenčními rádiovými vlnami o vlnové délce větší než 100 megametry. Obvykle lze elektromagnetické spektrum rozdělit do sedmi rozsahů:

  1. gama;
  2. Rentgen;
  3. UV;
  4. viditelné;
  5. infračervený;
  6. mikrovlnná trouba;
  7. rádiová vlna.

Téměř každý z těchto rozsahů lidé používají k řešení určitých problémů: rentgenové záření vám umožňuje „vyfotografovat“ lidskou kostru a orgány, ultrafialové záření vám umožní vytvořit otisk budoucího elektrického obvodu, mikrovlnné záření vám umožní zahřát jídlo a záření rádiových vln umožňuje přenášet informace na velkou vzdálenost. Infračervené záření se používá k vyhledávání různých objektů tepelným zářením, posuzování poškození konstrukcí a posuzování tepelných ztrát v obytných budovách.

Infračervené spektrum se obvykle dělí do pěti rozsahů: blízké (vlnová délka – 0,75-1,0 mikrometrů), krátké vlny (1,0-3 mikrometry), střední vlny (3-5 mikrometrů), dlouhé vlny (8-15 mikrometrů) a vzdálené (15 -1000 mikrometrů).

Vojenské a pátrací a záchranné služby používají k detekci osob a vybavení termokamery a zařízení pracující v rozsahu středních a dlouhých vln. Taková zařízení fungují na principu detekce objektů, jejichž teplota se liší od teploty okolí. Termokamera může například vidět odkryté části těla člověka nebo část karoserie automobilu vyhřívanou motorem.

Infračervené záření ve středních, dlouhých a vzdálených vlnách je vnitřní záření vyhřívaných nebo samozahřívacích předmětů. Krátkovlnné záření je převážně záření odrážené předměty. Z tohoto důvodu jsou zařízení schopná vidět v rozsahu SWIR (krátkovlnné infračervené) poskytovat známější obraz s přirozenou úrovní kontrastu a stínů a vnímání hloubky. Na základě snímku získaného pomocí SWIR kamery je snadné identifikovat snímaný objekt. Na termosnímku to nemusí být možné.

Krátkovlnné infračervené záření je některými materiály zcela nebo částečně pohlceno a některými je propuštěno téměř úplně. Polyetylen je tedy, stejně jako běžné sklo, téměř zcela průhledný pro krátkovlnné infračervené záření, zatímco voda jej zcela pohlcuje.

Co jsou SWIR kamery?

Jedná se o speciální kamery vybavené matricí na bázi arsenidu india galia. Citlivé prvky takové matrice jsou ve většině případů schopny vnímat infračervené záření o vlnové délce od 0,9 do 1,7 mikrometrů a změna poměru arsenidů india a galia ve struktuře citlivých prvků umožňuje rozšířit dosah vnímaný matrice do 2,5 mikrometru.

READ
Kde by se měla hortenzie nacházet?

Senzory s prodlouženým dosahem jsou v současnosti zvažovány jako komponenty pro infračervené lidary v systémech počítačového vidění pro samořídící automobily. Záření s vlnovou délkou asi dva mikrometry totiž moderní systémy měření a navádění vzdálenosti nevyužívají, takže ho mohou lidary využít ke skenování prostředí bez hlukové zátěže.

Moderní SWIR kamery se skládají ze speciální, ale stále relativně levné skleněné optiky – čoček, matrice, jednoduchého chladicího systému a řídicí elektroniky, která zpracovává obraz. Existují i ​​verze kamer bez chladicího systému. Kamery SWIR jsou kompaktní zařízení, která lze nainstalovat téměř kdekoli v závislosti na úkolech, které řeší.

Taková zařízení mají několik výhod oproti termokamerám a běžným kamerám. Jak bylo řečeno N+1 projektový manažer NPO Orion, součást holdingu Shvabe, Pavel Khrabrov, na rozdíl od termokamer zejména SWIR kamery nevyžadují složité speciální chladicí systémy, jsou schopny vidět mnoho infračervených naváděcích systémů a dálkoměrů a detekovat některé neviditelné v vzduchové oční plyny.

Komerční družice pro dálkový průzkum Země WorldView-3, vypuštěná v roce 2014, je vybavena SWIR kamerou. Tento přístroj je určen pro detailní fotografování zemského povrchu v panchromatickém a multispektrálním režimu. Díky své blízké infračervené kameře je satelit schopen vidět povrch přes mlhu, smog, prach a kouř. Kromě WorldView-3 je kamerami SWIR vybaveno několik dalších kosmických lodí pro stejný účel. Kromě toho se SWIR kamery používají jako součást průzkumného vybavení bezpilotních prostředků. Takovými kamerami jsou vybaveny například americké strategické drony RQ-4 Global Hawk.

Jak můžete používat SWIR kamery?

Blízké infračervené kamery se na rozdíl od přístrojů pro noční vidění a termokamer začaly používat relativně nedávno. O tuto technologii se jako první začala zajímat armáda, protože blízké infračervené kamery mohou vyřešit několik důležitých problémů. SWIR kamery v kombinaci s termokamerami mohou zejména výrazně zlepšit detekci, rozpoznávání a identifikaci objektů.

Ujasněme si terminologii. Pro mnoho systémů vidění znamená detekce jednoduše vidět objekt, ale nerozpoznat jej. Pokud stíhačka dokáže prostřednictvím zařízení určit i typ předmětu (zvíře, člověk, auto, letadlo nebo loď), pak mluvíme o rozpoznávání. Pojem identifikace implikuje přesné určení vlastností rozpoznaného předmětu – pohlaví osoby nebo typu vojenského materiálu.

SWIR kamery mohou také pracovat s infračervenými lasery. Díky tomu byly vyvinuty naváděcí systémy pro různé druhy zbraní, které byly pouhým okem neviditelné. Například naváděcí hlavice jedné z verzí americké protitankové střely BGM-71 TOW je vybavena SWIR matricí. Obecně platí, že naváděcí systémy založené na matici SWIR jsou dnes instalovány na několika typech protitankových střel pro přenosná a vrtulníková odpalovací zařízení.

Kromě toho jsou SWIR kamery užitečné také jako bezpečnostní systémy. Faktem je, že běžné tónované sklo je i při velmi hustém zabarvení propustné pro blízké infračervené záření. Díky tomu kamera umožňuje vidět, co se děje například i v silně tónovaném autě.

READ
Jak se jmenuje teplovodní kotel?

Brzy po zavedení režimu sebeizolace umělkyně Anastasia Nikitina zjistila, že jí došla prázdná plátna a bylo velmi obtížné koupit nová. Stejně jako ostatní umělci, kteří čelili stejnému problému, musela používat improvizované materiály a dokonce skicovat staré obrazy. Dopisovatelé N+1 šel do Anastasie, aby předvedl schopnosti blízké infračervené kamery.

Taková zařízení vám umožní posoudit pravost obrazu nebo zjistit, jak umělec maloval obraz. Specialisté ze Shvabe a Státního výzkumného ústavu pro restaurování pomocí blízkých infračervených kamer zkontrolovali ikonu z počátku XNUMX. století „Zázrak Jiřího draka“ a obraz „Zátiší s lososem Chum“ od Michaila Sokolova.

Faktem je, že vrchní vrstva barvy může být částečně průhledná pro blízké infračervené záření. Díky tomu je kamera schopna „vidět“ autorovy hrubé náčrtky a někdy i „najít“ pod vrstvou barvy jiný obraz – například obraz, který nepřežil koronavirový nedostatek. Chcete-li vidět, jak to vypadá a funguje, podívejte se na naše video.

Kromě armády a zástupců speciálních služeb projevily v posledních letech zájem o kamery SWIR také různé soukromé a veřejné společnosti.

„Vzhledem ke zvláštnostem přenosu infračerveného záření křemíkovými plátky lze takové kamery použít ke kontrole kvality solárních článků,“ říká Khrabrov. SWIR kamery umožňují odhalit úniky některých plynů při kontrole potrubí, posoudit míru vlhkosti půdy na polích, sledovat námrazu na železničních kolejích a dokonce identifikovat zkažené ovoce a zeleninu, které při běžné vizuální kontrole vypadají docela k sežrání.

Kdo vyrábí SWIR kamery?

Několik společností vyrábí blízké infračervené kamery po celém světě od poloviny 1990. let. Patří mezi ně Sensors Unlimited, Raptor Photonics, Xenics, Princeton Infrared Technologies, FLIR, Edmund Optics. V Rusku je největším vývojářem a výrobcem takových zařízení holding Shvabe, Rostec Group of Companies.

Specialisté vyvinuli SWIR kameru na konci roku 2015. Vývojáři tvrdí, že v určitém okamžiku zjistili, že společnost vlastní všechny technologie nutné k výrobě hotových SWIR kamer – od výroby senzorů až po výrobu kamery a vytvoření ovládacího softwaru. První takové zařízení bylo veřejnosti představeno v roce 2016.

„Od prvního dne, kdy jsme na této kameře začali pracovat, do obdržení prvního hotového zařízení nám to trvalo asi rok,“ řekl Khrabrov. Podle něj mluvíme pouze o technologickém cyklu; dodatečné testování a organizace hromadné výroby vyžadovaly více času.

Blízké infračervené kamery se používají ve vnějším sledovacím systému slibného ruského hlavního bojového tanku T-14, vytvořeného na jediné těžké platformě pásového obrněného vozidla Armata. Během bitvy může tank kolem sebe umístit kouřovou clonu, čímž se stane neviditelným pro pěchotu a část nepřátelských průzkumných systémů. Zároveň bude posádka T-14 díky kamerám SWIR schopna vidět nepřítele skrz kouř a vést na něj cílenou palbu. Blízké infračervené kamery také umožňují aktivnímu obrannému systému tanku detekovat infračervené lasery používané k navádění některých protitankových střel.

K dnešnímu dni se nám již podařilo zorganizovat výrobu kamerových komponentů pro sklad. To umožňuje urychlit realizaci příchozích objednávek. Hotové kamery se však na sklad nedodávají. Faktem je, že zákazníci často žádají o úpravu zařízení.

READ
Jak zjistit příčinu vypnutí RCD?

Dnes společnost vyrábí blízké infračervené kamery v kompaktním těle se dvěma typy matric: 320 × 256 a 640 × 512 pixelů. Tato zařízení jsou schopna snímat rychlostí až 200 snímků za sekundu. Kamera má v základní verzi rozměry 62 × 56 × 60 milimetrů, ale rozměry těla lze měnit dle přání zákazníka.

Matrice kamery je umístěna ve speciálním bloku naplněném inertním plynem. Toto řešení umožňuje výrazně zvýšit životnost citlivého prvku. V tomto případě je matrice chlazena pomocí Peltierova prvku.

Ve speciální verzi je tělo kamery vyrobeno v souladu se standardem IP67, to znamená, že dokáže chránit elektroniku zařízení před prachem a dokonce i vodou při krátkodobém ponoření do hloubky nejvýše jednoho metru. Zařízení váží 600 gramů (v civilní verzi pouze 250 gramů). Ruské blízké infračervené kamery lze instalovat na bezpilotní letadla, plavidla nebo terénní vozidla. Tato technika byla také vyvinuta v Shvab.

Výroba pokrývá výrobu matric, stejně jako konečnou montáž elektronických obvodů (samotné desky vyrábí na zakázku jiný ruský podnik) a hotových zařízení. Kromě toho společnost provádí celý cyklus testů. Shvab tvrdí, že jeho kapacita mu umožňuje vyrovnat se s jakoukoli zakázkou, hlavní je, že jsou v něm jasně definovány všechny parametry a termíny. V extrémních případech lze výrobu kamer SWIR rychle rozšířit a zvýšit tak objem výroby.

Na všemožné divoké režimy ve fotoaparátech smartphonů, zejména těch čínských, jsme zvyklí a většinou to nikdo nepoužívá.

I zde se zdá, že nový OnePlus 8 Pro má obvyklou sadu filtrů fotoaparátu: matný, jasný, černobílý. Takže, co to je? A nejedná se jen o barevné nafotografované fotky, ověřili jsme. Nový OnePlus dokáže střílet skrz předměty, vidět do nich a možná i přes oblečení! Co je to za kouzlo a jak to funguje? Pojďme na to přijít.

Začněme tím, že se nejedná o první kameru v zařízení, které dokáže vidět skrz věci, včetně nahých lidí. Byl tu ještě jeden, který byl spojen s obrovským skandálem!

Nás ale spíše zajímá, jak to funguje ve OnePlus. K tomu musíte pochopit, jak naše oči fungují a jak se liší od objektivů a matric fotoaparátů.

Jak to funguje?

Jak jsme již vysvětlili v jednom z předchozích videí, kde jsme hovořili o IR kameře v Pixel 4, lidské oko vidí pouze obvyklé barvy duhy. Zároveň se infračervené a ultrafialové spektrum, okem neviditelné, nachází na různých stranách tohoto spektra.

Přeloženo do nanometrů vidíme vlnové délky přibližně v tomto rozsahu – od 380 do 740 nm.

Obecně rozumíte – viditelný rozsah je velmi malý a je toho hodně, co nevidíme, ale senzory fotoaparátu vidí.

A to je problém pro kamery, na které jsme zvyklí: vidí příliš mnoho! V důsledku toho se objevují zbytečné artefakty a elektronika se plete ve správném nastavení zaostření.

READ
Co dát do vany, aby neklouzala?

Proto přišli se speciálními filtry, které odříznou infračervené záření. A ve skutečnosti mezi sebou výrobci fotografických zařízení soutěží – jak správně odříznout co nejvíce nepotřebných věcí a dosáhnout toho nejlepšího snímku. Jsou dobré i špatné příklady.

Někteří to však dělají naopak a specificky zaznamenávají infračervené záření a procházejí ho jinými filtry, aby zachytili neviditelné – a taková forma umění existuje!

IR fotografie

IR fotografie sama o sobě není ničím novým ani převratným. Vychází z toho, že fotografování probíhá v infračervené oblasti, tedy v oblasti přibližně od 740 do 820 nm. A to mění způsob, jakým se díváte na svět. Umělecký úkol: dívat se na realitu ve světle neviditelném pouhým okem. Pochopte a uvidíte nejbližší sousední paralelní svět. Nebe je černé, stromy jsou bílé, lidé jsou průsvitní.

Co udělal OnePlus

Model OnePlus 8 Pro má čtyři snímače – hlavní 48 MP, širokoúhlý 48 MP, zoom a poslední, čtvrtý snímač je pětimegapixelový, o kterém nejsou téměř žádné informace. Používá se u portrétů k měření hloubky scény. Kromě toho se ale nazývá fotochromatický a podle samotných OnePlus by vám měl umožnit vytvářet velmi neobvyklé fotografie, jen ve stylu „Infračervené fotografie“.

Ve skutečnosti tento snímač nemá nic společného s názvem „fotochromický“, protože fotochromní čočka je optika, která mění svou barvu pod vlivem ultrafialového záření. Například brýle, které samy na slunci ztmavnou.

Ale je tu také zajímavý fakt. Název režimu lze chápat jako odkaz na proces vytváření barevných snímků z barevných fotografických negativů přímým přenosem na litografické tiskové desky, který sahá až do devatenáctého století.

A dostali jsme možnost pořídit nový typ fotografie chytrým telefonem. Je to skvělé, i když je rozlišení pouze 5 megapixelů, je to stále skvělé – nový prostor pro kreativitu!

Na mém Instagramu se můžete například podívat na fotoseriál s názvem GadgetPORN.

Někdo na to ale najde praktičtější uplatnění.

Jak funguje fotoaparát na OnePlus

Než budu mluvit o skandálu s jinou společností, který možná čeká i OnePlus. Samotná společnost podrobnosti nesdílí, ale vše jsme vyřešili a dospěli k následujícím závěrům.

Čtvrtý senzor v OnePlus 8 Pro obsahuje filtr, který částečně ořezává „klasické“ spektrum pro lidské oko, ale zároveň umožňuje průchod světla v IR oblasti. To znamená, že ve skutečnosti dělá přesně opak všeho, co dělá běžný infračervený cut-off filtr, a přitom zanechává něco z viditelného spektra.

Právě tento filtr umožňuje fotoaparátu telefonu vidět skrz předměty. Různé materiály absorbují světlo v závislosti na vlnové délce. Stejně tak některé věci, které obecně vnímáme jako neprůhledné, jako je tělo Apple TV, černá barva nebo tónovaná skla elektrického sporáku!

Stejně tak je lidské tělo transparentní pro rentgenové vlnové délky. Pokud máte dostatek infračerveného světla (například ze slunečního světla), můžete vidět skrz materiály, které jsou neprůhledné pro pouhé oko – protože jsou pro infračervené světlo průhledné. A vidíme vnitřnosti, protože jsou vyrobeny z hustších materiálů – světlo od nich se odráží a vstupuje do fotoaparátu smartphonu.

READ
Jak se nazývají půlkruhová okna?

Může to mít i opačný efekt; věnujte pozornost oknům většiny aut, vypadají černá a není to tak, že by zde bylo všechno zabarvené – to znamená, že jimi neprochází IR světlo.

Nyní je veškerá pozornost upřena na zelené lavičky a modré sudy. Zřejmě něco v zeleném a modrém nátěru může odrážet infračervené světlo, a proto nabývají tak měděného nádechu – nejspíš zde probíhá nějaký softwarový postprocessing.

Co ale můžeme vidět, když se podíváme na světlo na ovladači televize nebo FaceID na iPhonech? Vidíme skutečnou záři.

Co je to za filtr? Společnost konkrétně neuvádí, ale snažili jsme se předpokládat, že se jedná o 720 nm filtr. Je to potvrzeno na fórech a samotné obrázky jsou podobné příkladům. Nejen to, ale ve skutečnosti jsou tohoto efektu schopny i jiné fotoaparáty smartphonů. Zde je snímek Apple TV se snímačem Face ID v iPhonu, ale kvůli nízkému rozlišení a chybějícímu následnému zpracování se to nedá nazvat kreativní a iOS nám to neumožňuje.

Ale co oblečení, ptáte se? Osobně jsem to kontroloval! Funguje!

Navíc i za oblačného počasí zhruba vidíme, co mají lidé pod tričky. Zdá se však, že to funguje pouze tehdy, když je oblečení velmi tenké a vyrobené z určitých materiálů.

Skandál

A tady se dostáváme k samotnému skandálu, o kterém jsem se zmínil dříve – stalo se to se Sony v roce 1998. Poté Japonci vydali videokameru s tehdy revoluční funkcí nočního videa. A vyrazili až 700 tisíc kusů! Očekávali jsme úspěch!

Ale bylo tu něco, co nebrali v úvahu. Know-how spočívalo v tom, že kamera používala o něco širší rozsah vlnových délek a uměla natáčet v infračerveném spektru!

Inženýři přemýšleli o umění noční fotografie, ale lidé se více zajímali o natáčení prostřednictvím oblečení. Sen každého školáka!

Řemeslníci našli řešení rychle – potřebovali speciální filtr! A syntetické plavky prostě zmizely jako mávnutím kouzelného proutku, zvláště hojně zalévané paprsky slunce.

V důsledku toho se Sony za takový vynález stydělo a muselo se omluvit. A k vlastnostem svého fotoaparátu se musel vyjádřit i OnePlus – na Weibo. Brzy tento režim programově zakážou, zřejmě aktualizací, a dokonce se omluvili. Ale naše odhady byly správné – neposkytovaly možnost s oblečením. Dodali také, že čip bude po zpracování vrácen. A řemeslníci s Androidem určitě vrátí plnou verzi.

Jasné je jen to, že šlápli na stejné hrábě – doufali, že se lidé začnou s pomocí tohoto senzoru ponořit hlouběji do umění IR fotografie, ale očekávání se jako obvykle liší od skutečnosti.