BOLETIM INFORMATIVO. Vigilância através de câmeras térmicas

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1 BOLETIM INFORMATIVO Vigilância através de câmeras térmicas

2 Índice Introdução 3 1. Geração de imagens térmicas 3 2. O que possibilita o seu uso? 4 3. Quanto mais frio vai ficando detectores resfriados 5 4. Frios porém passíveis de aquecimento 6 5. Na chuva ou no sol 6 6. Uma tecnologia bem protegida 7 7. Bloqueio por um vidro 7 8. Um novo ponto de vista para o uso de câmeras térmicas 8 9. Um excelente complemento 8

3 Introdução Todas as câmeras de rede possuem uma limitação física básica: elas precisam de luz para operar. Pelo menos até agora. É claro, algumas câmeras de rede têm funcionalidades noite e dia que permitem que as câmeras operem em condições de iluminação muito escassa, abaixo de frações de um lux. Evidentemente, se a iluminação natural não estiver disponível, ela pode ser substituída por luz elétrica, visível ao olho humano ou à luz infravermelha. Porém, em alguns casos estas soluções possuem sérias desvantagens elas podem ser caras e de alto consumo de energia; além do fato da iluminação cria sombras onde um intruso pode se esconder para mencionar algumas das desvantagens. A primeira câmera térmica de rede verdadeira é um complemento perfeito para qualquer sistema de Vigilância sobre IP profissional; ela pode ser combinada com equipamentos existentes sem qualquer descontinuidade e pode proteger uma área ou um perímetro em completa escuridão. 1. Geração de imagens térmicas A geração de imagens térmicas não é nada de novo. Porém até recentemente, os custos a tornavam proibitiva, tornando as aplicações práticas fora do ambiente militar muito raras. Isto começou a mudar à medida que novos sensores, novos materiais e outras melhorias foram aumentando os volumes e tornando os preços mais razoáveis. As câmeras podem ser agora encontradas em várias tipos de negócios como, por exemplo, a indústria de aviões, a indústria de navios e de segurança e vigilância. A tecnologia é também utilizada em serviços públicos como combate a incêndio e aplicação da lei. Por fim ela já aparece em produtos para os consumidores, embora frequentemente de alto custo como em veículos de luxo. Escuridão completa, neblina, fumaça, chuva, neve, até luzes brilhantes e muito fortes uma câmera de rede térmica ainda poderá detectar pessoas e objetos. Como qualquer outra câmera, uma câmera térmica ou termográfica capta a radiação eletromagnética que é formada dentro de uma imagem. Porém, enquanto uma câmera convencional opera na faixa da luz visível, isto é, com comprimentos de onda entre aproximadamente 400 e 700 nanômetros (0,4 0,7 μm), uma câmera térmica é projetada para detectar a radiação com comprimentos de onda maiores, até cerca de nanômetros (14 μm). A radiação nesta parte do espectro eletromagnético é mencionada como infravermelha, ou comumente IR, que, por sua vez pode ser dividido em vários subgrupos. Luzes infravermelhas possuem um comprimento de onda de cerca de 0,7 a 1,5 μm, praticamente o que o olho humano pode ver. Sensores para câmeras, por outro lado, podem ser instalados para detectar e utilizar este tipo de radiação. Uma câmera denominada dia e noite utiliza um filtro de corte IR durante o dia para filtrar a luz IR, portanto não distorce as cores das imagens percebidas pelo olho humano. Quando a câmera está no modo noturno, o filtro de corte IR é removido. Considerando que o olho humano é incapaz de ver a luz infravermelha; a câmera exibe a imagem em preto e branco. A luz infravermelha também requer algum tipo de fonte de luz natural como, por exemplo, a luz da lua, ou artificial, como, por exemplo, as luzes da rua ou uma lâmpada IR dedicada. 3

4 Afastando-se da luz visível, o restante do espectro de IR é normalmente dividido nas seguintes categorias: > > Luz Infravermelha de Onda Curta (SWIR), aproximadamente 1 a 3 μm > > Luz Infravermelha de Onda Média (MWIR), aproximadamente 3 a 5 μm > > Luz Infravermelha de Onda Longa (LWIR), aproximadamente 8 a 12 μm > > Luz Infravermelha de Onda Muito Longa (VLWIR), aproximadamente 12 a 25 μm > > Luz Infravermelha de Onda Distante (FWIR), aproximadamente 25 μm a 1000 μm ou 1 mm Note que há aqui uma folga entre 5 μm (MWIR) e 8 μm (LWIR). Esta parte da largura de banda é virtualmente incomum para fins de geração de imagens térmicas devido à alta absorção espectral da atmosfera nesta faixa. As Microondas têm comprimento de onda além de 1 mm. Na extremidade do espectro estão ondas de rádio, com um comprimento de onda de 1 metro e mais. Na outra extremidade do espectro, comprimentos de onda mais curtos que aqueles da luz visível são sucessivamente mencionados como raios ultravioletas, raios-x e raios gama. Micrômetros (µm) 0.01(10-2 ) Raios-X Ultravioleta Visível Quase Infravermelha Infravermelha de onda curta Infravermelha de Onda Média Infravermelha Térmica Microondas Ondas de Rádio/TV (1 mm) (1 m) Câmeras convencionais operam na faixa da luz visível, isto é, com comprimentos de onda entre aproximadamente 0,4 a 0,7 μm. As câmeras térmicas, por outro lado, são projetadas para detectar radiação no espectro infravermelho muito mais amplo, até cerca de 14 μm (as distâncias no espectro acima não estão de acordo com a escala). 2. O que possibilita o seu uso? As imagens, como são percebidas pelo olho humano, podem ser descritas como luz refletida por diferentes objetos. A ausência de luz significa nenhum reflexo e assim o olho humano fica cego sob tais circunstâncias. As imagens térmicas por outro lado, não dependem da luz visível. Ao invés disso, as imagens são criadas operando no espectro infravermelho. Isto funciona perfeitamente bem na escuridão total já que o nível da luz ambiente não importa. O que torna isto possível é o fato de que todos os objetos orgânicos ou inorgânicos emitem uma certa quantidade de radiação infravermelha em função de sua temperatura. Isto é efetivo para todos os objetos que têm uma temperatura acima do zero absoluto, isto é, 0 graus Kelvin (-273 C ou -459 F). O que significa que mesmo objetos muito frios como, por exemplo, o gelo ou um poste de aço externo no inverno, emitem radiação térmica. A capacidade de emitir a energia absorvida é chamada emissividade. Todos os materiais possuem mais ou menos emissividade (e). Seus respectivos valores variam, dependendo de suas diferentes propriedades, de 0 a 1. O último valor aplica-se somente a um objeto teórico denominado Corpo Negro. Em geral pode-se dizer que quanto mais área de absorção e mais negro for um material, mais próxima sua emissividade se aproximar;a do valor absoluto 1. Por outro lado, quanto mais reflexivo um material, menor será o valor. Por exemplo, prata e bronze altamente polidos têm emissividade de cerca de 0,02 e 0,03 respectivamente. O ferro possui emissividade de 0,14 0,035 se polido, mas 0,61 se estiver na cor vermelha e enferrujado. Vidro comum, que bloqueia efetivamente a radiação térmica, tem emissividade de 0,92. 4

5 Todos os objetos emitem radiação térmica que pode ser detectada com uma câmera térmica de rede. As imagens são geralmente produzidas em preto e branco, porém podem ser artificialmente coloridas para facilitar a distinção de diferentes sombras. A radiação térmica de um objeto depende também de sua temperatura quanto mais quente estiver, mais radiação térmica irá emitir. Os seres humanos não podem ver isto, mas podemos sentir, por exemplo, quando nos aproximamos do fogo ou entramos em uma sauna. Quanto maior a diferença de temperatura em uma cena, mais claras são as imagens térmicas. Além disso, alguns materiais apresentam uma emissividade diferente no espectro infravermelho de onda média que no intervalo de onda longa. Para fins de geração de imagens estas diferenças na emissividade são, para a maior parte, de importância secundária considerando que a sensibilidade da câmera pode ser definida com sua capacidade para distinguir entre diferentes temperaturas. As imagens térmicas são ocasionalmente associadas às cores brilhantes e intensas que podem se misturar considerando que a câmera opera fora do espectro da luz visível. A resposta é que as cores são criadas digitalmente, denominadas pseudo-cores. Cada cor ou nuance representa uma temperatura diferente, normalmente branca e vermelha para temperaturas mais altas, além de verde, azul e violeta para as mais frias. A razão é principalmente prática já que o olho humano funciona melhor ao distinguir diferentes sombras de cores do que diferentes sombras de cinza. Detectores utilizados para a geração de imagens térmicas podem ser amplamente divididos em dois tipos: Geradores de imagens térmicas resfriadas que operam tipicamente na banda infravermelha de onda média (MWIR) e geradores imagens térmicas não resfriadas (passíveis de aquecimento) que operam na faixa infravermelha de onda longa (LWIR). 3. Quanto mais frio vai ficando... detectores resfriados Detectores infravermelhos resfriados estão normalmente instalados em uma caixa de proteção selada a vácuo e resfriada a temperaturas de 60 a 100 K (cerca de -210 C a -170 C ou -346 F a -274 F), dependendo do tipo e do nível de desempenho desejado. Estas temperaturas extremamente baixas são acompanhadas por assim chamados resfriadores criogênicos. O resfriamento é necessário para reduzir ruídos induzidos termicamente a temperaturas mais altas já que os sensores correm o risco de serem inundados ou ficarem cegos pela sua própria radiação térmica. O equipamento não somente torna os detectores relativamente volumosos e de alto custo, mas também de alto consumo de energia. Embora esta tecnologia seja cara e exija uma maior manutenção, ela oferece benefícios. Estes detectores operam na banda espectral de onda média, que proporciona melhor resolução especial devido aos comprimentos de onda serem muito mais curtos e fornecerem maior contraste térmico do que na banda de onda longa. Assim, os detectores resfriados podem distinguir diferenças menores de temperatura e produzir imagens mais nítidas e de melhor resolução. Outra vantagem é que quanto maior a sensibilidade, ele também permite o uso de lentes com um F-number mais alto. Consequentemente, os detectores resfriados são uma escolha melhor para detecção de longo alcance, isto é, 5 km a 16 km (3 a 10 milhas). 5

6 4. Frios porém passíveis de aquecimento O sensor em uma câmera térmica não resfriada não depende do resfriamento criogênico. Neste caso, o sensor é estabilizado a uma temperatura ambiente ou próxima a ela, utilizando menos elementos de controle de temperatura complexos. Os sensores deste tipo operam na banda infravermelha de onda longa. Um projeto de alcance amplo é baseado na tecnologia de microbolômetro. Este é tipicamente um resistor fino com propriedades dependentes de alta temperatura em um elemento de silicone, que é termicamente isolado e lido eletronicamente. Mudanças na temperatura da cena irão causar mudanças no bolômetro que são então convertidas em sinais elétricos e processadas em uma imagem. A sensibilidade da câmera à radiação infravermelha, isto é, sua capacidade para distinguir diferentes temperaturas em uma cena, pode ser expressa como seu valor NETD (Noise Equivalent Temperature Difference (Diferença de Temperatura Equivalente ao Ruído). Gerações mais recentes de bolômetros atingem o valor NETD até 20 mk. Sensores de imagem térmica não resfriados são menores e construídos com menos partes móveis. Isto não somente os torna de custo mais baixo em relação ao seu concorrente resfriado, mas também permite intervalos de serviço muito mais prolongados. Enquanto as câmeras resfriadas normalmente precisam de uma reconstrução para o resfriador criogênico a cada a horas, uma câmera não resfriada pode operar continuamente durante anos. 5. Na chuva ou no sol Câmeras térmicas não somente operam bem na escuridão total, mas também sob circunstâncias climáticas difíceis como, por exemplo, neblina, poeira, chuva, neve e fumaça. Em todas elas há limitações físicas para o desempenho de câmeras térmicas. Sombras densas ou outras situações de iluminação difícil as câmeras térmicas de rede são um excelente complemento às câmeras de vigilância comuns. Gotículas de água ou pequenas partículas de poeira no ar irão naturalmente ocultar a transmissão da radiação térmica de um único objeto, tornando-o mais difícil de detectar a partir de uma grande distância. Consequentemente, a neblina, neve e chuva irão prejudicar o desempenho da câmera. A água limita a radiação térmica e a umidade no ar altera as diferenças de temperatura entre diferentes objetos na imagem. Portanto, uma câmera térmica irá produzir imagens mais nítidas e claras durante o inverno com céu claro e condições climáticas boas do que sob condições atmosféricas comparáveis durante o verão quando a umidade é normalmente mais alta. Porém, mesmo com estas limitações consideradas, quando se trata de detecção, as câmeras térmicas são superiores às câmeras convencionais sob uma ampla gama de condições climáticas hostis. 6

7 6. Uma tecnologia bem protegida A integração das câmeras térmicas ao mercado de vigilância por vídeo convencional não está livre de desafios técnicos, bem como legais e outros relacionados. Diversos produtos e tecnologias que podem ser utilizados para fins militares e em aplicações comerciais são denominados produtos de uso duplo. As exportações destes itens foram regulamentadas no Acordo internacional de Wassenaar em 1996, que visa promover a transparência e maio responsabilidade nas transferências de armas convencionais bem como produtos e tecnologias de uso duplo. Não é surpresa que as tecnologias de geração de imagens térmicas, que frequentemente têm sido originalmente desenvolvidas para uso militar, são abrangidas por esta categoria. Portanto, os sensores térmicos só podem ser livremente exportados se a velocidade máxima de quadros for 9 fps ou menor. A maioria das câmeras para fins de vigilância estão dentro desta categoria. Câmeras com até pixels e uma velocidade de quadros de até 60 fps podem ser vendidas nos Estados Unidos, União Européia e diversas outras nações amigas, sob a condição de que os compradores sejam registrados e possam ser acompanhados. Independentemente destas restrições, as resoluções são geralmente muito mais baixas para câmeras térmicas do que para câmeras de rede convencionais. Isto se deve principalmente à tecnologia de mais alto custo do sensor, envolvida na geração de imagens térmicas. Contudo, a menor velocidade de quadros é menos que um problema na maioria das aplicações de vigilância já que as câmeras térmicas são as primeiras e mais usadas para detecção e não para identificação. As câmeras térmicas de rede também podem ser utilizadas em ambientes internos para melhorar o gerenciamento da segurança e de emergências. Elas podem verificar se alguma pessoa não está se escondendo em um prédio após o horário de expediente e prevenir vandalismos e motins institucionais. 7. Bloqueado por um vidro Mais perturbador, pelo menos de um ponto de vista econômico, é que não há padrão óptico para câmeras térmicas. Qualquer adaptação da distância focal ou um campo de visão especial necessário deve ser realizada na fábrica. A razão pela qual elementos ópticos e lentes normais como, por exemplo, uma lente de montagem CS ou montagem C padrão, não pode ser utilizada é que o vidro comum bloqueia efetivamente a radiação térmica. Os fabricantes, portanto, devem confiar em outros materiais. Atualmente, o Germanium é mais usado para elementos ópticos de câmeras térmicas. Este metalóide muito caro, quimicamente similar ao estanho e ao silicone, bloqueia a luz visível enquanto permite que a radiação térmica passe. Naturalmente, os mesmos requisitos aplicam-se às caixas de proteção, impossibilitando o uso de caixas de proteção padrão para instalações em ambientes externos. Como as lentes, as caixas de proteção devem estar especialmente adaptadas para as câmeras térmicas. 7

8 8. Um novo ponto de vista para o uso de câmeras térmicas Embora os custos de investimento sejam altos, as câmeras térmicas não são desconhecidas dentro do mercado de segurança e vigilância; pelo contrário. Elas são utilizadas principalmente em prédios de alta segurança e áreas como, por exemplo, instalações de energia nuclear, presídios, aeroportos, tubulações e seções sensíveis de vias férreas. Até agora, contudo, a incorporação das câmeras térmicas em um sistema de vigilância por vídeo convencional não tem sido uma operação fácil. Com o desenvolvimento das câmeras térmicas de rede, a compatibilidade será evidentemente um dos menores inconvenientes. Novos dispositivos serão integrados mais facilmente a, por exemplo, sistemas de gerenciamento de vídeo existentes. Entre outros benefícios que a vigilância IP oferece são as técnicas Power over Internet (PoE) (Alimentação sobre Ethernet), vídeo inteligente distribuído, compressão de vídeo padronizado e suporte de áudio. PoE é uma tecnologia para a transferência segura e simultânea de energia elétrica e dados em redes Ethernet, eliminando assim a necessidade de cabos de força, o que reduz desta forma os custos de instalação. O vídeo inteligente é um termo abrangente para qualquer solução onde o sistema de vigilância por vídeo realiza automaticamente uma análise do vídeo capturado como, por exemplo, detecção de movimento, detecção de áudio e cercas virtuais, ou o acionamento de alarmes quando as câmeras são submetidas a vandalismo ou violação. Com as câmeras de rede térmicas, estas análises podem ser distribuídas para as câmeras conduzindo a resultados mais eficientes e mais abrangentes. 9. Um excelente complemento Com a geração de imagens térmicas se tornando relativamente mais barata e uma parte integrante dos sistemas de Vigilância IP, uma ampla gama de usos se torna possível e economicamente viável. As câmeras térmicas podem ser um excelente complemento em diversas situações onde as câmeras convencionais são inadequadas ou insuficientes no que se refere a uma detecção eficaz. Elas são, evidentemente, inigualáveis em uma situação de escuridão total. Elas também podem ser uma opção em áreas de iluminação efetiva difícil, por exemplo, em portos, mares abertos, etc. Similarmente, a luz artificial não somente representa o risco de revelar onde as câmeras estão instaladas, permite que alguém evite ou pratique vandalismo, porém não criam sombras projetadas nas quais um intruso pode evitar a detecção. Além disso, os holofotes podem obstruir bem como iluminar. Portanto, as câmeras que não precisam da luz podem ser a solução preferida em diversas situações diferentes de trânsito, quer seja em túneis de trens, em trajetos percorridos pelo aviões ou em ruas da cidade. As câmeras térmicas, por outro lado, não podem ser obstruídas por luzes fortes ou feixes de laser. Além de tudo, as câmeras térmicas de rede complementam perfeitamente um sistema de vídeo em rede, assegurando que objetos, pessoas e incidentes sejam detectados durante 24 horas por dia, sete dias por semana. As primeiras câmeras de rede térmicas verdadeiras, AXIS Q1910, para aplicações em ambientes internos e AXIS Q1910-E, com caixas de proteção criadas especificamente para instalações em ambientes externos. 8

9 /BR/R1/1009 Sobre a Axis Communications A Axis é uma empresa de TI que oferece soluções para instalações profissionais. A empresa é líder do segmento no mercado global e impulsiona a contínua migração do sistema analógico de vigilância por vídeo para o digital. Seus produtos e soluções, baseados em plataformas de tecnologias novas e abertas, são focados em vigilância e monitoramento remoto. Axis é uma empresa Sueca, operando globalmente, com escritórios em mais de 20 países, e operando através de parceiros em mais de 70 países. Fundada em 1984, Axis está na Bolsa dos Países Nórdicos, NASDAQ OMX Stockholm, listada como AXIS. Para obter mais informações, visite o site Axis Communications AB. AXIS COMMUNICATIONS, AXIS, ETRAX, ARTPEC e VAPIX são marcas registradas ou aplicações de marcas comerciais da Axis AB em várias jurisdições. Todos os outros nomes de empresas e produtos são marcas comerciais ou registradas das respectivas empresas. Reservamo-nos o direito de inserir modificações sem aviso prévio.

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