Тепловидение завтрашнего дня. Необычное применение тепловизоров и новые перспективы

Тепловидение завтрашнего дня начинается сегодня. Вернее, сегодня начинается тепловидение послезавтрашнего дня, а то, что будет завтра, началось уже вчера. Интересно посмотреть, что будет в тепловидении завтра, для этого нужно увидеть, что было разработано вчера, и попробовать сделать предположения. (По материалам моей статьи в журнал "Системы Безопасности") 

Сейчас преимуществом тепловидения пользуются военные и коммерческие организации, и постепенно открывается путь к частному пользователю. Я хотел бы обратиться к одним из наиболее интересных, с моей точки зрения, устройств и проектов с тепловизорами. Это может показать перспективу развития тепловидения.

Миниатюрность и удешевление

В Америке идет программа по созданию миниатюрных тепловизионных детекторов с планомерным уменьшением размера пикселя детектора. Одни из первых неохлаждаемых детекторов имели размер пикселя 40--50 мкм. Это было около 10 лет назад. Сейчас в массовом производстве находятся детекторы с размером пикселя 17 мкм технологии. Уже выпущены образцы на 5 мкм технологии. Уменьшение размеров пикселя влечет за собой огромные преимущества, которые основываются как на уменьшении физических размеров дополнительных компонентов тепловизора, так и на самом технологическом процессе изготовления тепловизионного детектора. На одной и той же подложке на 5 мкм технологии можно изготовить радикально большее количество детекторов, что ведет к снижению стоимости. Уменьшение размеров дополнительных компонентов, основным из которых является тепловизионный объектив, также дает значительное снижение стоимости конечного прибора. Объектив тепловизора является дорогой деталью из-за сложной технологии изготовления и дорогостоящего материала -- германия. Уменьшение физических размеров объектива влечет за собой значительное уменьшение его стоимости.
Одним из ключевых факторов, сдерживающих продвижение тепловизоров на массовые рынки, где потребителями могут быть обычные люди или предприятия, для которых нужны сотни или тысячи тепловизионных приборов, является все еще относительно высокая стоимость тепловизоров. Сейчас стоимость простых тепловизоров измеряется в тысячах долларов. Цена в диапазоне 1000--5000 долл. -- пока среднее значение для простых тепловизоров. Для выхода на массовый потребительский рынок цена должна упасть на порядок -- до 100--500 долларов. Но, на мой взгляд, эту стоимость должен иметь не сам тепловизор как таковой и не тепловизионный модуль, а конечное устройство, которое, помимо тепловизионного изображения, дает пользователю некие дополнительные функции, ради которых он и будет покупать прибор.
Вот об этих дополнительных функциях, которые вовсе не дополнительные, и хотелось бы поговорить.

Кому и зачем нужен тепловизор

Когда пограничник берет тепловизор и идет с ним осматривать местность, ему по большому счету не нужно видеть в темноте, его основная задача -- обнаружить нарушителя границы. Когда специалист подразделения по борьбе с оборотом наркотиков берет с собой тепловизор -- ему опять же не нужно видеть в темноте, ему необходимо узнать, где и что происходит, кто с кем и как взаимодействует. То есть получить необходимую информацию. Когда оператор системы видеонаблюдения смотрит на экран монитора с тепловизионным изображением, его функция в темноте или при свете -- вовремя принять правильное решение при возникновении угрозы защищаемому объекту. Задача инженера-электрика, использующего тепловизор в своей работе, -- обеспечить бесперебойную работу электрооборудования предприятия. С помощью тепловизора он может быстро идентифицировать проблемные участки электрической инфраструктуры -- найти перегретые или, наоборот, "холодные", неработающие устройства и электрические линии. Задача водителя автомобиля -- безопасно проехать по необходимому маршруту. Использование тепловизора как средства, показывающего дорожную обстановку, помогает водителю принимать более обоснованные и взвешенные решения при вождении в темное время суток.
Поиск таких задач, которые помогает решить тепловизор, и является ключом к приоткрыванию завесы над тепловизионным будущим.

Первый массовый гаджет

Дальновидным выглядит выпуск компанией FLIR нового гаджета для iPhone. Гаджет называется FLIR ONE. Это насадка на смартфон, которая позволяет делать тепловизионную фото/видеосъемку. Заявленная ритейл-стоимость гаджета составляет 349 долл. Немало для гаджета смартфона, который сам может быть дешевле. Но в то же время такая цена уже действительно доступна для массового потребления тепловизионной технологии.
FLIR ONE -- гаджет, у которого может сложиться очень интересная судьба. Во-первых, это первый тепловизионный гаджет для массового рынка. Во-вторых, для этого гаджета сразу выпускается SDK (комплект разработчика программного обеспечения). В третьих, использование этого гаджета включит работу массового сознания на изобретение новых возможностей тепловизионной технологии, что, в свою очередь, откроет дорогу новейшим миниатюрным тепловизионным детекторам, так как для них появятся новые применения. Таким образом, FLIR ONE -- это что-то абсолютно новое, чего не было до сих пор на массовом рынке для обычного потребителя. И своего рода экзамен для концепта производителя Infared Everywhere ("Тепловизоры везде"), который он имеет все шансы сдать на отлично.
По технологии гаджет содержит в себе тепловизионный детектор 80х60 пкс и VGA-камеру. Необычное сочетание. Разрешающая способность детектора 80х60 пкс, скажем прямо, небольшая, и фото/видеоизображению, получаемому с такого детектора, далеко до многопиксельного идеала, к которому все привыкли в обычных камерах смартфонов. Использование этого детектора отдельно для выдачи изображения нерационально ввиду малой разрешающей способности -- велик шанс не оправдать ожидания пользователей. Для решения проблемы качества тепловизионного изображения в гаджет введена VGA-видеокамера. Изображения с тепловизора и с видеокамеры складываются, и пользователю выдается интегральная картинка VGA-качества. Это уже намного интереснее, чем 80х60, и с учетом новизны подачи тепловизионной картинки выглядит очень привлекательно.

Помимо персональных гаджетов, тепловизоры начали осваивать ритейл и системы управления зданием. Это две наиболее очевидные отрасли, где применимы тепловизоры с невысокой разрешающей способностью

Уникальный инструмент для ритейла

В ритейле тепловизоры устанавливают для подсчета посетителей и для систем управления торговлей.

Подсчет посетителей

Тепловизоры показывают тепловую картину перемещения покупателей по магазину и, что очень важно на высококонкурентных рынках Западной Европы, позволяют оценивать число людей в очереди в кассу. Плотность магазинов очень высокая, и наличие очереди вынуждает покупателя идти в соседний, конкурирующий магазин. Магазины заинтересованы в том, чтобы в очереди на кассе стояли не более 2 человек. При начале скопления людей перед кассами управляющему магазином необходимо сразу открывать новые кассы и точно прогнозировать дальнейшее развитие ситуации во времени, чтобы оперативно управлять кассирами.

Управление торговлей

Тепловая картина перемещения покупателей по магазину -- уникальнейший инструмент для мерчандайзинга, планирования сейлов и маркетинговых акций. Использование тепловой картины позволяет определить равномерность распределения покупателей по площади магазина, выделить наиболее "горячие" точки. Помимо грамотного распределения товаров по ходу движения покупателей можно планировать распродажи, помещая товары в наиболее "продаваемые" места, которые отлично видны по "горячим" точкам на тепловизионном изображении схемы магазина.

Еще более умные здания

Системы управления зданием также скоро начнут пользоваться низкостоимостными тепловизорами. Управление системами отопления и кондиционирования станет более интеллектуальным и энергоэффективным. Помимо собственно температуры в помещениях, тепловизоры дают информацию о наличии и числе людей, их перемещениях и скоплениях. Охранные и пожарные датчики получат новые возможности для анализа обстановки и совмещения своих функций с видеонаблюдением, в том числе в полной темноте даже без ИК-подстветки -- ведь тепловизоры работают только на принципе приема теплового излучения в диапазоне от 3 до 15 мкм. Сейчас даже сложно представить, какие новые алгоритмы и интеллектуальные возможности будут открыты при интегрировании тепловизоров в системы безопасности зданий и системы управления энергоэффективностью зданий.

Тепловизионный видеоанализ

Массовое использование низкостоимостных тепловизоров с невысокой разрешающей способностью послужит драйвером снижения цены и на стандартные тепловизоры для систем видеонаблюдения. Последние, в свою очередь, еще дальше шагнут на рынок систем видеонаблюдения, в основном в проекты по защите периметра. Если именно так и будет развиваться рынок тепловизоров, то станет очень актуальным вопрос интеллектуальной основы для использования тепловизоров в системах защиты периметров или, другими словами, алгоритмическое обеспечение -- алгоритмы систем видеоанализа, разработанные для тепловизоров.
Тепловизоры на периметре очень хороши. Они работают как днем, так и ночью без освещения. Работают на довольно приличные расстояния: 100, 300 и даже 1000 м -- это вполне нормальные расстояния для одного тепловизора, чтобы надежно работать совместно с системой видеоанализа. Малое количество факторов, оказывающих негативное воздействие на качество видеоанализа (например, практически незаметное влияние шевеления листвы в поле зрения тепловизора), плюс высококонтрастное изображение выгодно позиционируют тепловизоры как первоочередное средство в системе видеонаблюдения при защите периметра.

Будущее тепловизоров

Совершенно очевидно, что тепловизоры еще только в начале своего пути на рынок видеонаблюдения. Но уже сейчас их использование позволяет создавать технически и экономически эффективные системы. С течением времени применение тепловизоров станет еще более экономически эффективным, и тогда они уже прочно займут свою нишу в спектре средств безопасности, потеснив видеокамеры и, думаю, еще какие-нибудь технические средства безопасности.