Прибор российских ученых способен видеть людей сквозь стены и завалы
Первое место и грант 500 тысяч рублей выиграла на конкурсе ЦНИИ «Электроника» группа томских ученых за создание прибора «Радиодозор-М». В различных чрезвычайных ситуациях устройство может обнаружить человека за преградами — железобетонными и кирпичными стенами, строительными конструкциями, завалами и т. д.
— Фактически это геолокатор, но в отличие от многих подобных приборов он излучает радиоволны, — говорит один из авторов проекта аспирант Томского государственного университета Илья Цепляев. — Предположим, что человек находится под завалом обрушившегося здания или взят террористами в заложники и где-то спрятан. «Радиодозор» направляет луч, он проникает сквозь стены и завалы на 15-30 метров и отражается от разных поверхностей, в том числе и от человека. Как его выделить на фоне множества «лишних» отражений? Получение такого радиоизображения и есть наше ноу-хау.
Дело в том, что весь «шум» отражается от неподвижных, статических объектов, а человек движется. Но даже если неподвижен, то он дышит, а это пусть и мизерное, но движение. И оно фиксируется чувствительным прибором. Для этого два отраженных сигнала, предыдущий и последующий вычитаются друг из друга, «неподвижные части» уничтожаются, и остается только разница динамических откликов. Она и позволяет найти человека, попавшего в беду.
Но «Радиодозор» может отыскать не только людей, он способен обнаружить тайники с оружием и различные инженерные коммуникации. Для этого надо передвигать сам локатор, тогда он фиксирует неподвижные объекты. Причем это не просто точка, а радиоизображение, почти точно воспроизводящее сам объект.
«Радиодозор» успешно прошел серию испытаний, сейчас авторы с учетом результатов вносят коррективы в конструкцию, делают ее более миниатюрной. По словам Цепляева, в мире есть единственный подобный прибор. Он выпускается в Израиле, его цена около 10 миллионов рублей, томский «Радиодозор» в пять раз дешевле.
Мой дом больше не крепость – какие технологии способны «видеть» сквозь стены
В начале 2015 года журнал USA Today опубликовал статью о портативных радарах Range-R, которые используются в американской полиции и других государственных учреждениях. Система «видит сквозь стены», а точнее говоря: регистрирует движение в помещении. Высокая чувствительность радар может определить дыхание человека, скрывавшего внутри здания, за несколькими стенами.
Существование такого устройства удивило многих журналистов, которые должны были написать о возможностях Range-R. Эти радары серийно производятся для армии и разведки и используются, например, ФБР – во время спасения заложников, пожарными – при поиске в разрушенных зданиях раненых, полицейскими США – для ловля беглецов.
Раньше эта технология была доступна только для некоторых государственных служб, однако, технологический прогресс внес свой вклад в падение цен, что позволило расширить круг пользователей. Радар Range-R стоит около 6 000 долларов, в то время как прототипы новых радиолокационных системы построены из легко доступных недорогих модулей Wi-Fi.
Как смотрят сквозь стены
Устройство Range-R имеет датчики, способные «заглянуть» за стены (Through-the-Wall Sensors, TTWS). Принцип действия такой же, как и в других радарах: датчики сканируют просматриваемую область радиоволнами, которые, при обнаружении препятствия, возвращаются к приемнику, а тот регистрирует отраженное излучения.
К сожалению, это только в теории. Создателям TTWS пришлось объединить в одном устройстве несколько технологий и передовые методы обработки данных. Операторы радара должны пройти длительное обучение, чтобы понять, как читать данные с него.
Большинство радаров TTWS работает в диапазоне частот 1-10 Ггц. Излучение в этом диапазоне подходит для проникновения сквозь бетон, дерево, пластик, стекло и другие стены. Чтобы в этом убедиться, посмотрите на распространение вашей домашней сети Wi-Fi.
Чем выше частота, тем меньше проникновение излучения сквозь стены. В свою очередь, более высокие частоты повышают точность в определении размеров объекта и расстояния. Более того, некоторые материалы, избирательно поглощают радиоволны в узком диапазоне. Из-за этого дополнительные сканеры имеют возможность переключения используемых частот или их можно использовать для широкого диапазона радиочастотного спектра.
Благодаря коротким импульсам, пользователь может оценить расстояние до объекта путем измерения времени, которое требуется на преодоление волной расстояние до препятствия и обратно. Обнаружения движения осуществляется на основе эффекта Доплера: волна, отраженная от движущегося объекта, мягко изменяет свою частоту, что позволяет, например, обнаружить небольшое движение грудной клетки дышащего человека.
Нет сомнения в том, что устройства TTWS имеют много ограничений. Одним из них является тот факт, что радиоволны не проникают через металл. В связи с этим, они не могут идентифицировать человека, находящегося в закрытом автомобиле или в здании, покрытом слоем алюминия. Подобные металлам свойства имеет вода: мокрый пористый бетон – это также очень хорошая защита от радиоволн TTWS.
Уровень сигнала ослабляет толстый слой бетона или кирпича, а если сумма толщины стен, отделяющих радар от желаемого объекта, превышает 30 сантиметров, обнаружить его будет невозможно.
Большинство устройств может обнаруживать препятствия на расстоянии 15-20 метров, а устройства с большими антеннами и мощными блоками питания могут дотянуться даже на 70 метров. Как правило, в доме много движущихся объектов, например, животные или шторы. Хотя радары, как правило, используются для обнаружения людей, интерпретация объекта не всегда верна, особенно если измерение длится слишком короткое время (менее минуты).
Большинство радаров портативные. Чтобы устранить колебания, оператор должен прижимать устройство к стене проверяемого здания. Однако, бывают ситуации, когда нельзя приблизиться к стене, поэтому некоторые модели оснащены штативами, установлены на роботах или дронах.
Самые простые радары TTWS показывают остался ли кто-то в живых и/или движется здании. Более сложные определяют расстояние до объекта и направление движения, позволяют определить приблизительную конструкцию здания и его внутренних помещений в двух или трех измерениях.
Многообещающе выглядят экспериментальные решения (по крайней мере, в лабораторных условиях). Например, мобильная система Wi-Fi, установленная на роботах, сгенерировал карту абсолютно незнакомого дома с точностью до 2 сантиметров. Пока что эта технология, однако, является фикцией, когда дело доходит до массового производства.
Как предотвратить. Лучшей защитой от TTWS является экранирования здания, просто укрепить свой дом толстой бетонной конструкцией. Хорошим решением является также покрытие его слоем алюминия или оклейка металлизированными обоями. Или заведите трёх собак – их постоянные и хаотичные движения собьют с толку большинство радаров.
Этот страшный (но, не очень) терагерц
Если Вы отслеживаете научно-популярную информацию, конечно, слышали что терагерцевые радары могут видеть сквозь любые стены и чувствовать бомбы издалека. Эта тема периодически появляется в интернете после того, как какая-нибудь лаборатория сообщит в своём пресс-релизе, что достигла большого успеха в этой области.
Дело в том, что терагерцовые радары уже используются для контроля пассажиров в аэропортах. О них стали громко говорить, когда оказалось, что они показывают очень подробное изображение тела человека, без учета одежды.
Большинство других вариантов использования терагерцовых волн (работающих в области спектра 300GHz-10THz) остается в области научной фантастики. На самом деле, есть ещё много нерешенных проблем: от исчезновения сигнала при проникновении через различные барьеры до проблемы создания компактных излучателей высокой мощности.
Ещё одна городская легенда: ИК-камеры, которые заглядывают за стену. Вопреки распространенному мнению, тепловые детекторы не могут этого сделать. Детектор ИК не может пройти даже через слой матового стекла или фанеры.
Как предотвратить. Снимать ли шапку из фольги – решать Вам.
Может ли тепловизор видеть сквозь стены и другие мифы о ИК технологиях
Нет, тепловизоры не могут видеть сквозь стены, по крайней мере, не так, как в кино. Стены обычно достаточно толстые и достаточно изолированные, чтобы блокировать любое инфракрасное излучение с другой стороны. Если вы направите тепловизор на стену, он обнаружит тепло от стены, а не от того, что находится за ней. Однако если что-то внутри стены вызывает достаточную разницу температур, тепловизор сможет почувствовать ее на поверхности стены. Специалисты по обслуживанию зданий часто используют тепловизоры для обнаружения таких проблем, как утечка воды или отсутствие изоляции, без необходимости разрушать стены для оценки проблемы.
Стойки внутри стены (вертикальные линии) холоднее, чем изоляция, что вызывает разницу температур на поверхности стены.
Может ли тепловизор видеть сквозь дым?
Да, тепловизионные камеры могут обнаруживать тепло через дым и широко используются пожарными для этой цели. Частицы сажи в дыме эффективно блокируют видимый свет, но пропускают инфракрасное излучение, позволяя сотрудникам МЧС ориентироваться в заполненной дымом среде.
Человек в дверном проеме скрыт дымом в видимом световом спектре, но легко обнаруживается с помощью тепловидения.
Может ли тепловидение видеть сквозь туман?
Туман и дождь могут серьезно ограничить дальность действия тепловизионной камеры из-за рассеивания ИК излучения на капельках воды. Однако в большинстве случаев тепловизионные камеры могут видеть сквозь туман гораздо лучше, чем камеры видимого света или человеческий глаз. Это одна из причин, по которой производители автомобилей включают тепловизоры в комплекты датчиков автономных транспортных средств.
При определенных обстоятельствах тепловидение может обнаруживать объекты сквозь туман гораздо более четко, чем детекторы видимого света.
Может ли тепловизор видеть сквозь стекло?
Интересный факт: стекло действует как зеркало для инфракрасного излучения. Если вы направите тепловизор на окно, вы не увидите ничего по ту сторону стекла, но получите красивое отражение себя в тепловом режиме. Это происходит потому, что стекло является высокоотражающим материалом, то есть оно показывает отраженную температуру объектов, а не пропускает инфракрасное излучение. Тот же принцип применим и к другим отражающим материалам, таким как полированный металл.
Цифровая камера видит сквозь стекло деревья снаружи, а тепловая камера видит отраженное тепло фотографа.
Может ли тепловидение видеть сквозь бетон?
Ответ на этот вопрос практически такой же, как и на вопрос о стенах — нет, но тепловизионная камера может быть способна обнаружить что-то внутри бетона, например, трубу или систему отопления, которая вызывает разницу температур на поверхности бетона.
Отопление под полом хорошо видно сквозь бетон.
Может ли тепловизор видеть сквозь металл?
Металл может быть сложным материалом в мире термографии. Блестящий металл — любой гладкий или полированный металлический предмет — будет отражать инфракрасное излучение, действуя как инфракрасное зеркало, подобно стеклу. Это может создать трудности для тех, кто пытается инспектировать трубы или машины на предмет перегрева деталей. Окисленный металл или металл, окрашенный матовым материалом, лучше поддается точному измерению. В любом случае, тепловизионные камеры никогда не видят металлические объекты «насквозь», но проводящие металлы могут показать горячие и холодные точки или уровень содержания вещества внутри металлического контейнера.
В инфракрасном диапазоне легко увидеть, насколько полны эти резервуары, благодаря разнице температур на металлической поверхности, вызванной жидкостью внутри.
Может ли тепловидение видеть сквозь деревья?
Тепловизионная камера не может обнаружить объекты через ствол дерева, но тепловизор может помочь обнаружить людей или животных в лесистой местности. Поисково-спасательные команды часто используют тепловидение для обнаружения тепловых следов при поиске на больших участках дикой природы.
Заблудившиеся туристы были найдены в лесу благодаря ИК-камере на подвесе дрона.
Может ли тепловидение видеть сквозь пластик?
Забавный трюк с использованием тепловизионной камеры — поднести тонкий непрозрачный лист пластика (например, пакет) к теплому предмету или человеку. Инфракрасное излучение пройдет через пластик, позволяя тепловизору обнаружить все, что находится за ним, в то время как видимый свет будет заблокирован. Однако этот трюк работает только с очень тонким пластиком — более толстый пластик будет блокировать инфракрасное излучение.
Видимый свет в основном блокируется пластиковым пакетом, но инфракрасное излучение пропускается.
Может ли тепловизор видеть в темноте?
Ответ: да! На тепловидение совершенно не влияет темнота, для визуализации тепла не требуется видимый свет.
Охранные камеры очень распространены для контроля периметра в темное время суток.
Как смотреть сквозь стены с помощью iPhone. Обзор тепловизоров Seek Thermal
В закладки
Что, если я скажу, что с помощью небольшого гаджета мой iPhone получил крайне необычную функциональность?
Во-первых, смартфон стал невероятно полезным для дома и дачи. Во-вторых, он стал круто развлекать, дав способности практически супергероев. Не верите? Зря.
Фантастическая штука, позволяющая видеть «сквозь» стены и определять температуры удаленных объектов. «Зрение Хищника», с помощью которого можно увидеть, например, неисправности проводки.
Рассказываю, что такое мобильный тепловизор, почему его возможности стоит попробовать каждому и почему наибольшей известностью среди таких помощников являются продукты фирмы Seek Thermal.
Что такое тепловизор и как он работает?
Тепловизор — устройство, позволяющее увидеть на экране различия температуры объектов.
Окружающие предметы по-разному нагреваются и испускают собственное инфракрасное излучение. Увидеть его можно с помощью специальных камер, которые оборудованы инфракрасными датчиками, так называемыми болометрическими (тепловыми) матрицами.
Инфракрасное излучение, собранное и сфокусированное на сенсоре объективом тепловизора, нагревает элементы матрицы в соответствии с распределением температуры наблюдаемого объекта.
Другими словами, полученное с помощью таких датчиков изображение анализируется, и на экране тепловизора выдается в виде контрастной картинки с переливающимися цветами. Каждый из оттенков означает определенную температуру объекта.
Долгое время тепловизоры были фантастическими гаджетами «из голливудских блокбастеров», недоступными простому обывателю. Используемая сложная оптика и соответствующие цены от 100 тыс. рублей переводили тепловизоры на полку с дорогими «игрушками».
Ситуация изменилась, когда стали появляться тепловизоры для смартфонов.
Зачем может пригодиться тепловизор в домашних условиях
Автор, ты уверен, что мне тепловизор нужен? Это же узкоспециализированная вещь! На самом деле это технологичная и увлекательная штука, она может быть полезной любому!
Сохраняем тепло в доме
Тепловизор можно (и нужно!) использовать для определения утечек тепла в межпанельных швах, стенах и окнах. Другими словами, устройство «проверит» подозрительно большие затраты на отопление. Особенно, если вы живете в коттедже.
Проверяем промерзающие стеклопакеты
Можно выявить энергоэффективные и плохо утепленные участки дома, или, например, найти стеклопакет с трещиной или требующую герметизации раму.
Экономия всего за один отопительный сезон запросто может превысить стоимость тепловизора.
Устраняем течь в кровле на даче
Тепловизор также поможет обнаружить влагу и устранить течь в кровле.
При испарении вода поглощает тепло из влажного материала, что создает нужный контраст температур для обнаружения тепловизором.
Между прочим, влага, разрушая теплоизоляцию, вызывает коррозию металлических конструкций и является причиной появления плесени и грибка. А это уже потенциальные проблемы не только с домом, но и со здоровьем! Стоит с этим быть всегда внимательными.
Выявляем проблемы с коммуникацией
Тепловизор поможет точно определить расположение коммуникаций, заглянуть внутрь труб, чтобы найти засор, или воздушную пробку в батарее отопления.
Убеждаемся в работоспособности осветительных приборов
В последнее время часто меняете лампочки? С помощью тепловизора можно легко понять, не перегреваются ли они. Это может привести не только к выходу её из строя, но и более серьезным последствиям.
Осматриваем проводку
Наконец, он поможет найти неисправности в электропроводке — где она критически греется. Там возможен потенциальный источник возгорания.
Как выбрать хороший тепловизор
Мобильный тепловизор представляет из себя компактное устройство, которое подключается к смартфону и соответственно, передает картинку на его экран. Большую часть вычислений берет на себя процессор смартфона, ведь он по мощности не уступает процессорам современных компьютеров.
Фишка в том, что изначально такие гаджеты стали производится на китайских заводах. Качество подобных устройств было соответствующим – отвратные дисплеи с низким разрешением и отсутствие адекватной гарантии.
Между тем, именно качество картинки и надежность – основные параметры, на которые стоит обращать при покупке. Никому не нужен тепловизор, который видит только с 5 метров, показывает мутное изображение и работает месяц.
Появление на рынке продукции Seek Thermal стало глотком свежего воздуха.
Американская компания специализируется на выпуске компактных самостоятельных «приборов ночного видения» (с дисплеем и батареей), не требующих подключения к смартфону, а также мобильных тепловизоров.
Здесь сразу несколько преимуществ: Seek Thermal обладают тепловыми матрицами высокого разрешения. Именно такие применяются в дорогих промышленных устройствах.
В теории, тепловизор должен показывать точную температуру тела, но это не так
Для понимания, у дешевых китайских разрешение матрицы всего 60 на 60 точек в то время, как даже в самой простой версии тепловизора от Seek Thermal установлена матрица с разрешением 206х156 точек.
В устройствах американской фирмы установлены халькогенидные линзы, которые позволяют увидеть излучение в диапазоне от 7 до 13 микрон при температурах от -40 до 330 градусов (в зависимости от модели).
Тепловизооры Seek Thermal могут похвастаться высокопрочными магниевыемыми корпусами. За надежность устройств можно не беспокоиться.
Наконец, устройства Seek Thermal собираются в солнечной Калифорнии (США), а не где-то в непонятных подвалах китайских заводов.
Другими словами, продукция отвечает высоким требованиям, которые можно предъявить к подобным гаджетам.
Работает прямо от смартфона: Compact Pro
На российском рынке сегодня можно найти три модели мобильных тепловизоров Seek Thermal – Compact, CompactXR и Compact Pro. Каждая из них продаются в нескольких версиях: с портом Lightning, microUSB или USB-C для Android.
Другими словами, либо для айфонов, либо для смартфонов на Android.
Визуально кажется, что все модели одинаковые. У них небольшой магниевый корпус, схожих размеров и формы. Отличие заключается лишь в цвете объектива.
Почти, как у объективов Canon. Все интересующиеся сферой фототехники знают, что красное кольцо на объективе означает серию L, то есть более дорогую и качественную оптику. Здесь похожая ситуация. Если у самой простой модели Compact вокруг стекла объектива черный пластик, то в дорогой модели Compact Pro он бордовый.
Базовая версия Compact – это разрешение матрицы 206х156 (32000 точек), частота съемки 9 кадров в секунду, угол обзора 36 градусов и дальность виденья – 300 метров.
Более продвинутая модель CompactXR имеет разрешение матрицы 206х156 (32000 точек) и ту же частоту съемки 9 кадров в секунду. Угол обзора составляет те же 36 градусов, но зато тепловизор «видит» аж до 550 метров.
Наконец, топовая Compact Pro обладает матрицей с разрешением 320х240 (76800 точек), делает 9 кадров в секунду, имеет угол обзора 32 градуса и способен «смотреть вперед» на расстояние до 550 метров.
Что касается теплочувствительной матрицы – она у всех моделей одинаковая и способна определять объекты в диапазоне температуры от -40 до +330 градусов.
Автономный тепловизор: Reveal Pro
Для тех, кто по каким-то причинам не хочет быть привязанным к смартфону (например, пользуется исключительно кнопочным телефоном) стоит смотреть в сторону самостоятельных портативных устройств, не требующих подключения к смартфону. У компании Seek Thermal серия таких устройств получила название Reveal.
Это компактные ударопрочные устройства с экранами высокого разрешения. Корпуса сертифицированы по стандарту защиты IPX5.
Другими словами, модели Reveal могут выдержать работу в жестких условиях, будь это проливной дождь или падение со значительной высоты.
У модели Reveal (blue) разрешение матрицы 206х156 (32000 точек), угол обзора 36 градусов, частота съемки 9 кадров в секунду, дальность – 150 метров.
Reveal XR обладает такой же матрицей (206х156) и частотой съемки (9 кадров в секунду), углом обзора всего 20 градусов, зато «бьет» аж на 275 метров.
Наконец, старшая модель в линейке Reveal Pro имеет матрицу с разрешением 320х240 (76800 точек) и угол обзора 32 градуса. Она делает 9 кадров в секунду и способна обнаруживать объекты на расстоянии до 550 метров.
Снимает сам и транслирует картинку на смартфон: Shot Pro
Наиболее заинтересовавшихся темой «ночного виденья» стоит смотреть на самую продвинутую линейку тепловизоров Seek Thermal под названием Shot Series.
Это линейка самостоятельных профессиональных тепловизоров, не требующих подключения к смартфону или компьютеру. Они обладают ударопрочными корпусами, защищенными по стандарту IP54 и способными выдержать случайное падение с большой высоты.
В линейке представлено две модели:
Seek Thermal Shot имеет тепловой сенсор (матрицу) с разрешением 206х156, угол обзора 36 градусов. Тепловизор способен делать до 9 кадров в секунду и бить на 300 метров вперед.
Самая крутая версия – Seek Thermal Shot PRO. Здесь установлена матрица с разрешением 320х240, а угол обзора составляет аж 57 градусов. Устройство делает 9 кадров в секунду и видит до 550 метров.
Но самое главное – обе модели Shot Series позволяют редактировать и анализировать полученные тепловизионные фотографий прямо на 3,5-дюймовом экране устройства.
Кроме того, с помощью функции SeekFusion можно регулировать соотношения естественной и тепловой картинки, тем самым быстро находя проблемные (чересчур холодные/горячие) места.
Также можно передавать и транслировать изображения по Wi-Fi на смартфон или планшет.
Shot Series это по-настоящему самостоятельные гаджеты. Тепловизоры обладают встроенным штативным креплением и идеально подойдут для установки в труднодоступные места для длительного стационарного наблюдения.
Можно практически устроить на даче фотоловушки для диких животных! Заряда встроенной батареи хватит на четыре часа «охоты», а объем встроенной памяти составляет 4 гб.
Выводы
Тепловизоры сегодня – это уже не дорогостоящая игрушка из фантастического боевика, а полезная и нужная в хозяйстве вещь. Они способны решать и находить множество проблем в домах и избежать рисков их появления. Будь то, неисправности в электропроводке, течь кровли или даже плесень на стенах.
Разнообразие линейки тепловизоров Seek Thermal позволяет найти подходящую под определенные параметры модель. Это может быть самостоятельное компактное ударопрочное устройство, продвинутая модель для профессионалов или удобная версия для смартфона. Как говорится, выбор за вами.
Купить тепловизоры Seek Thermal по специальной цене со скидкой 10% можно по промокоду STIP. Акция действует до 31 января 2020 года.
�� Все фотографии в статье:
