Les caméras thermiques

Les caméras thermiques
Juin 2007
5 mai 2013
22 aout 2013
: Création
: Mise à jour générale
: Ajout des caméras Eneo pour la mesure de température
Conus Daniel
Distribution d'Équipement et de Matériel d'Alarme - DEMA SA
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Les caméras thermiques
C'est quoi ?
Les caméras conventionnelles sont comme l'œil humain : elles mesurent l'énergie lumineuse dans la gamme d'onde
de la lumière visible, plus le début de l'infrarouge (jusqu'à 950nm). La caractéristique principale de cette gamme de
lumière, c'est qu'elle est produite par un élément (Soleil, lune, lampes) et réfléchie par les obstacles qu'elle rencontre
(objets, gouttelettes de brouillard, poussières). On capte donc la quantité de lumière restante après réflexion, et on
construit ainsi une image globale de ce que l'on voit.
La caméra thermique mesure l'énergie IR dans une gamme de longueur d'onde encore plus longue, afin de percevoir
non plus une réflexion, mais une émission. Tout corps solides, et dans une moindre mesure gazeux, émettent ou
absorbent plus ou moins des IR. Cette caméra va observer cette différence d'émission d'énergie IR.
Ainsi, un corps chaud (un homme) ne sera plus caché par l'obscurité totale, ou ne pourra pas se fondre dans
l'environnement par une tenue de camouflage. Il sera trahi par son émission IR.
Un peut de physique
Les caméras thermiques sont en fait des caméras infra-rouges passives. Elles captent donc les ondes
électromagnétiques dans la gamme des infra-rouges, qui vont de 3 à 12 um, mais en évitant le trou d'absorption
énergétique de l'eau (vapeur, brouillard) situé entre 5 et 8 um.
Les IR de 3 à 5 um (MRW) permettent une
détection à distance moyenne, mais offrent
un très bon contraste. Le capteur utilisé
dans la caméra est un capteur refroidi.
Les IR de 8 à 12um (LRW) permettent une
détection à grande distance car c'est là où
le capteur mesure le plus d'énergie, mais
offrent un contraste moindre. Le capteur
utilisé dans la caméra est un capteur en
général non refroidi.
En observant le diagramme ci-contre, on
remarque que les caméras
conventionnelles captent moins d'énergies
que les caméras thermiques, et donc
voient moins loin…. par temps relativement
sec. Ce diagramme est en fait réalisé pour
la Suisse, avec une visibilité optique
conventionnelle jusqu'à 1200m. On voit
donc qu'une caméra thermique pourrait
détecter jusqu'à une distance théorique de 10km.
Qu'en est il dans le brouillard, pluie ou neige… ?
Le diagramme ci-contre montre une transmission d'énergie
pour une visibilité optique de 610 m.
On constate que les IR MRW se sont abaissés au niveau de
la lumière visible, et que les IR LRW ne sont plus aussi
performant.
Le diagramme ci-contre montre une transmission d'énergie
pour une visibilité optique de moins de 300 m.
On constate qu'il n'y a plus vraiment de différence.
La distance de détection dépend donc de la densité du
brouillard.
Capteurs refroidis et non refroidis
Les caméras thermiques non refroidies possèdent un capteur qui ne nécessite pas de système cryogénique. Elles
comportent souvent un micro bolomètre (une minuscule résistance en oxyde de vanadium), présentant un coefficient
de température élevé, sur une large surface de silicium présentant une faible capacité thermique et dotée d’une
bonne isolation thermique.
Toute variation de température dans la scène observée provoque une variation de la température du bolomètre. Cette
variation est convertie en signal électrique, qui permet lui-même de composer l’image. Les capteurs non refroidis sont
conçus pour travailler dans l’infrarouge lointain, la bande LWIR entre 7 et 14 um, où les objets terrestres émettent la
plus grande part de leur énergie infrarouge.
Elles ont moins de pièces mobiles et leur durée de vie est plus longue.
la caméra non refroidie peut fonctionner en continu pendant des années.
Résolution de l'image
Actuellement, nous disposons des tailles de capteurs suivantes :
160x128, 320x240, 640x480 et 640x512. Le prix est en proportion exponentiel au capteur.
La taille courante est 320x240 (CIF), ce qui donne 76'800 pixels. Ce n'est pas beaucoup, mais c'est déjà suffisant
pour ce que l'on demande. Car ce que l'on veut, c'est détecter une présence étrangère dans l'obscurité, brouillard, à
plus ou moins grande distance en couvrant un champ plus ou moins étendu. On ne demande pas de savoir si l'intrus
porte la barbe ou une casquette, si le véhicule est une 2CV ou une coccinelle.
Il suffit de l'allumage d'un ou deux pixels pour savoir qu'un corps étranger est là.
Avec quelques pixels, on peut différencier un humain d'un animal d'un véhicule.
Il reste à calculer la résolution de l'objet selon sa distance avec la caméra, du type
d'objectif utilisé et de la résolution du capteur, comme pour la vidéo conventionnelle.
Certains fabricants
proposent des
traitements d'image
intégré à la caméra,
comme le DDR (FLIR)
Image normale
Image DDR
Ne collez pas votre nez sur l'image, éloignez vous.
Une autre donnée importante est la sensibilité du Bolomètre. C'est un paramètre qui indique le pouvoir de résolution
dans les faibles variations de températures.
Plus cette valeur est bonne, et plus on pourra détecter une faible variation de température localisée.
Utilisation
On utilise cette caméra pour détecter des intrus sur une zone, ou des sources de chaleurs / départs d'incendies dans
les entrepôts.
Un type de caméra est actuellement apte à indiquer la
température réelle d'un point de l'image et à générer des
alarmes sur dépassement. Cette indication est vitale pour
détecter les départs d'incendies avec le moins de fausses
alarmes possible. C'est la Série A320 de FLIR (désolé pour la
publicité).
C'est ce capteur qui équipe les caméras thermiques Eneo.