Θερμικές Κάμερες. Η εξέλιξη και η σημερινή αποδοχή

Μπορεί για πολλά χρόνια οι θερμικές κάμερες να ήταν ταυτισμένες με ειδικές εφαρμογές επιτήρησης κρίσιμων υποδομών ή και αναζήτησης ανθρώπινων στόχων σε επιχειρήσεις καταδίωξης, όμως σήμερα, η τεχνολογική τους εξέλιξη και η μείωση του κόστους αγοράς, τις έχει κάνει αποδεκτές για χρήση σε ένα πολύ πιο διευρυμένο πεδίο εφαρμογών ασφάλειας.

Του Αριστοτέλη Λυμπερόπουλου

Για πολλά χρόνια η αίσθηση που ερχόταν στο νου κάποιου, όταν άκουγε για θερμικές κάμερες σε εφαρμογές ασφάλειας, είναι ότι πρόκειται για μια εξεζητημένη λύση, που χρησιμοποιείται κυρίως σε στρατιωτικές και άλλες ειδικές εφαρμογές επιτήρησης συνόρων, λιμένων ή και για τον εντοπισμό ανθρώπινων στόχων σε επιχειρήσεις καταδίωξης από αέρος. Μια εντύπωση που μέχρι πριν κάποια χρόνια δεν απείχε άλλωστε πολύ από την πραγματικότητα. Αν και έχουν περάσει αρκετές δεκαετίες από την πρώτη τους εμφάνιση, για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα η χρήση τους είχε περιοριστεί σε συγκεκριμένες κατηγορίες εφαρμογών με ειδικές προδιαγραφές ασφάλειας. Ο περιορισμός της χρήσης των θερμικών καμερών, μόνο σε ειδικές εφαρμογές αυτού του είδους, δεν οφείλονταν μόνο στο κόστος τους, το οποίο ασφαλώς και έπαιξε ένα καθοριστικό παράγοντα, καθώς ήταν ασφαλώς υψηλότερο από τις συμβατικές κάμερες που κυκλοφορούσαν εκείνη την εποχή. θα πρέπει να επισημάνουμε όμως ότι και οι δυνατότητες των θερμικών καμερών της προγενέστερης γενιάς, δεν βοηθούσαν σε εφαρμογές απλής επιτήρησης που το ζητούμενο είναι όχι απλά ο εντοπισμός μιας εν δυνάμει “αόρατης απειλής” ή εύρεση ενός στόχου, αλλά η συνεχής επιτήρηση του χώρου και η λεπτομερής αναγνώριση προσώπων που εισέρχονται σε αυτόν. Κάτι στο οποίο όπως θα δούμε και στη συνέχεια του άρθρου, μέχρι πριν λίγα χρόνια δεν ήταν εφικτό από τις θερμικές κάμερες των προγενέστερων γενεών.

Αρχή λειτουργίας και η διευρυμένη χρήση

Μπορεί η τεχνολογία θερμικής απεικόνισης να έχει εξελιχθεί σημαντικά με την πάροδο των ετών, αλλά η βασική αρχή λειτουργίας των θερμικών καμερών δεν έχει μεταβληθεί και βασίζεται στην ανίχνευση της υπέρυθρης ακτινοβολίας.  Όλα τα έμβια όντα και όλα τα αντικείμενα εκπέμπουν αόρατη υπέρυθρη ακτινοβολία. Οι θερμικές κάμερες καταφέρνουν να ανιχνεύσουν αυτήν την υπέρυθρη ακτινοβολία  και να την μετατρέψουν σε ορατές εικόνες, χρησιμοποιώντας ηλεκτρικούς παλμούς. Οι θερμοκρασιακές διαφορές που καταγράφονται από τις συγκεκριμένες κάμερες απεικονίζονται στις οθόνες με διαφορετικές αποχρώσεις.  Καθώς η θερμική ενέργεια έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος από το ορατό φως, οι θερμικές κάμερες δεν επηρεάζονται από τις συνθήκες φωτισμού του χώρου που επιτηρούν. Οι θερμικές κάμερες, είναι σε θέση να παρέχουν εικόνες υψηλής ποιότητας, τόσο σε συνθήκες έντονης ηλιοφάνειας, όσο και σε συνθήκες απόλυτου σκότους. Επιπρόσθετα, η ποιότητα των εικόνων δεν επηρεάζεται από δυσμενείς καιρικές συνθήκες, όπως ομίχλη, χιόνι ή και βροχόπτωση.  Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά διασφαλίζουν τη δυνατότητα 24ωρης επιτήρησης, κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες.

Οι θερμικές κάμερες αποτελούσαν από την πρώτη στιγμή της εμφάνισης τους, ιδανική επιλογή για τον εντοπισμό ανθρώπινων στόχων σε εφαρμογές επιτήρησης μέσα στο σκοτάδι. Αυτό, διότι συνήθως σε συνθήκες νύχτας, τα διάφορα αντικείμενα που υπάρχουν μέσα στο φόντο της εικόνας είναι ψυχρότερα από τους ανθρώπους και τα ζώα που συνυπάρχουν στον ίδιο χώρο. Οπότε στις ιδανικές συνθήκες λειτουργίας όπως προαναφέραμε, οι άνθρωποι καταγράφονται με μια έντονη διαφοροποίηση τη νύχτα, επειδή ακριβώς φαίνονται περισσότερο φωτεινοί από το υπόλοιπο φόντο. Όμως, όταν αναφερόμαστε σε συστήματα επιτήρησης εξωτερικών χώρων είναι πολύ δύσκολο να πετύχουμε λειτουργία στην κατάσταση των επονομαζόμενων ιδανικών συνθηκών. Ειδικά δε, κατά τη διάρκεια της ημέρας όταν τα σκοτεινότερα σε χρώμα αντικείμενα απορροφούν μεγαλύτερες ποσότητες ηλιακής ενέργειας και την αποδίδουν με την μορφή θερμότητας στο περιβάλλον, τότε εμφανίζεται ένα φαινόμενο γνωστό και ως θερμική υπερφόρτωση (thermal loading). Σε αυτήν την περίπτωση, όταν αυξάνεται σημαντικά η θερμοκρασία όλων των αντικειμένων στη σκηνή που καταγράφει η κάμερα, τότε είναι δύσκολο να χαρτογραφηθούν με επιτυχία οι θερμοκρασιακές διαφορές και να μετασχηματιστούν σε μια αξιοποιήσιμη εικόνα. Το τελικό αποτέλεσμα είναι μια εικόνα με μεγάλες περιοχές όπου επικρατεί ένα απροσδιόριστο λευκό ή γκρι χρώμα χωρίς να προσδιορίζεται με σαφήνεια τι περιέχει η εικόνα. Ένα αποτέλεσμα που προφανώς δεν μπορεί να αξιοποιηθεί αποτελεσματικά από τα στελέχη ασφαλείας και σίγουρα δεν θεωρείται ικανοποιητικό. Η έλλειψη ξεκάθαρων εικόνων δημιουργεί προβλήματα λοιπόν στην εργασία των υπεύθυνων για την ασφάλεια και άρα εγκυμονεί κινδύνους για το επίπεδο προστασίας των εγκαταστάσεων.

Ο τρόπος λειτουργίας των θερμικών καμερών επιτρέπει την καταγραφή ενός μεγάλου όγκου δεδομένων καθώς οι κάμερες μπορούν να αντιλαμβάνονται πολύ μικρές θερμοκρασιακές διαφορές. Η πρόκληση για τους σχεδιαστές των καμερών, είναι ότι πρέπει να μετατρέψουν αυτές τις διαφορές σε εικόνες υψηλής ποιότητας, ώστε οι χειριστές των συστημάτων να μπορούν να αντιληφθούν το περιεχόμενο των εικόνων. Στο παρελθόν οι θερμικές κάμερες δεν είχαν πολύ καλά αποτελέσματα σε αυτό το πεδίο. Όταν το θερμικό φορτίο ήταν μεγάλο, οι εικόνες ήταν ασαφείς. Για το λόγο αυτό, οι εικόνες που προέρχονταν από συστήματα θερμικών καμερών ήταν θολές και χαρακτηρίζονταν από μια έντονη ασάφεια. Αυτά τα στοιχεία έκαναν σχεδόν αδύνατο τον προσδιορισμό των προσώπων που υπήρχαν μέσα στην εικόνα. Σήμερα, οι σύγχρονες θερμικές κάμερες ενσωματώνουν  ειδικές τεχνολογίες επεξεργασίας των εικόνων οι οποίες τους επιτρέπουν να παράγουν εικόνες υψηλής ευκρίνειας. Πλέον είναι εφικτή η διαφοροποίηση μεταξύ αντικειμένων, ανθρώπων και ζώων και του φόντου της εικόνας, ανεξάρτητα από τις συνθήκες που επικρατούν και το θερμικό φορτίο που υπάρχει στο συγκεκριμένο χώρο.

Στην περίπτωση λοιπόν που οι εγκαταστάτες και οι μελετητές παρόμοιων συστημάτων έχουν καιρό να δουν πως λειτουργούν οι σύγχρονες θερμικές κάμερες, θα έχουν μείνει προφανώς στην εντύπωση των παλιών μοντέλων με τις προβληματικές και θολές εικόνες. Όμως τα δεδομένα έχουν αλλάξει και οι αλλαγές αυτές επιτρέπουν την είσοδο των θερμικών καμερών σε χρήσεις που μέχρι σήμερα χρησιμοποιούνταν οι συμβατικές κάμερες των συστημάτων επιτήρησης.

Πλεονεκτήματα των σύγχρονων θερμικών καμερών

Οι πιο πρόσφατες εξελίξεις λοιπόν στις τεχνολογίες των φακών, επιτρέπουν στις σύγχρονες θερμικές κάμερες να καλύπτουν ακόμα μεγαλύτερες αποστάσεις και μεγαλύτερους χώρους. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται μια σημαντική εξοικονόμηση στην συνολική εγκατάσταση, καθώς μειώνεται ο αριθμός των καμερών που απαιτούνταν σε διαφορετική περίπτωση για να καλύψουν μια μεγάλη έκταση, αλλά και το κόστος εγκατάστασης που χρειάζεται για την τοποθέτηση περισσότερων καμερών. Όμως τα πλεονεκτήματα των σύγχρονων θερμικών καμερών έναντι, άλλων συστημάτων νυχτερινής επιτήρησης συνεχίζονται. Πρώτα από όλα, όπως προαναφέραμε δεν χρειάζονται καθόλου επιπρόσθετο φως σε συνθήκες χαμηλού ή καθόλου φωτισμού. Δηλαδή, τα άλλα συστήματα νυχτερινής απεικόνισης, όπως οι συμβατικές κάμερες των συστημάτων επιτήρησης χρειάζονται πηγές φωτός για να μπορέσουν να καταγράψουν καθαρές εικόνες. Πηγές φωτός που προέρχονται, είτε από εξωτερικούς προβολείς, είτε από ενσωματωμένα στην κάμερα συστήματα φωτισμού IR. Οι θερμικές κάμερες δεν απαιτούν επιπρόσθετο φωτισμό, οπότε και μέσα σε συνθήκες απόλυτου σκότους μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς κανένα πρόβλημα.

¶λλο ένα σημαντικό πλεονέκτημα, είναι ότι ακριβώς επειδή βασίζονται στην υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπουν τα διάφορα αντικείμενα ή οι ζωντανοί οργανισμοί, μπορούν να εντοπίσουν πρόσωπα ή οχήματα τα οποία χρησιμοποιούν κάποια κάλυψη που με τη χρήση των συμβατικών καμερών, δεν θα μπορούσαν να γίνουν αντιληπτά. Οπότε οι θερμικές κάεμρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν με αξιοπιστία σε εξωτερικούς χώρους που περιβάλλονται από διάφορα φυσικά εμπόδια ορατότητας, όπως πυκνή βλάστηση και δέντρα.

Εφαρμογές περιμετρικής προστασίας

Σε κάθε περίπτωση η χρήση της θερμικής τεχνολογίας απεικόνισης μπορεί να αποτελέσει μια αξιόπιστη και σχετικά πλέον οικονομική λύση για την επιτήρηση της περιμέτρου των εγκαταστάσεων. Ειδικά στην περίπτωση που η ανάγκη για περιμετρική προστασία υφίσταται καθ’ όλη την διάρκεια τόσο της ημέρας, όσο και της νύχτας. Οι θερμικές κάμερες διαθέτουν μεγάλο εύρος εμβέλειας και μπορούν να ανιχνεύσουν οποιαδήποτε κίνηση ακόμα και αν αυτή γίνεται υπό κάλυψη, αν για παράδειγμα αναλογιστούμε μια εγκατάσταση η οποία βρίσκεται περικυκλωμένη από πυκνή βλάστηση όπως προαναφέραμε. Σε αυτή την περίπτωση, αν χρησιμοποιούνταν συμβατικές κάμερες, τότε οι επίδοξοι εισβολείς θα γίνονταν αντιληπτοί λίγο πριν παραβιάσουν την περίμετρο. Ενώ με τη χρήση των θερμικών καμερών, θα μπορούσαν να γίνουν αντιληπτοί από τους υπεύθυνους ασφαλείας πολύ πιο έγκαιρα.

Σε ότι αφορά το κόστος για την ανάπτυξη ενός συστήματος επιτήρησης που θα κάλυπτε αποτελεσματικά όλη την περίμετρο μιας μεγάλης εγκατάστασης, πολλοί θα θέσουν ενστάσεις, θεωρώντας ότι το συνολικό κόστος θα εκτοξευτεί καθώς ο μέσος όρος της τιμής μιας θερμικής κάμερας είναι υψηλότερος από τις τιμές των συμβατικών καμερών ημέρας/νύκτας. Όμως συνήθως παραβλέπονται κάποιες σημαντικές παραμέτρους. Πρώτον, για την κάλυψη μιας μεγάλης περιμέτρου θα χρειαστούν πολύ λιγότερες θερμικές κάμερες σε σχέση με τις κάμερες ημέρας/ νύκτας. Παράλληλα θα χρειαστούν και λιγότερες υποδομές σε ότι αφορά την ενίσχυση του φωτός με την τοποθέτηση προβολέων (τους οποίους χρειάζονται οι απλές κάμερες) αλλά και άλλες υποδομές όπως ηλεκτρική καλωδίωση και δικτυακή σύνδεση. Αν σε αυτούς τους παράγοντες συνυπολογίσουμε και το μικρότερο κόστος εργατικών, τότε ο προϋπολογισμός του έργου φθάνει περίπου στα ίδια επίπεδα είτε με τη χρήση των θερμικών καμερών είτε επιλέγοντας κάμερες ημέρας/ νύκτας.

Όμως κάθε περίπτωση είναι ειδική. Πριν γίνει επιλογή των καμερών που θα τοποθετηθούν για την περιμετρική προστασία μιας εγκατάστασης θα πρέπει όπως σε όλα τα τεχνικά έργα να έχει προηγηθεί μια σωστή μελέτη που να εξετάζει τις ιδιαιτερότητες της εφαρμογής. Μια λύση πάντως που δίνει συνήθως τα καλύτερα αποτελέσματα είναι η χρήση ενός υβριδικού μοντέλου με την χρήση θερμικών καμερών σε σημεία δύσκολα να φωτιστούν ή σε σημεία που υπάρχουν εμπόδια που πιθανώς να καλύπτουν την κίνηση κάποιων που θέλουν να εισέλθουν παράνομα στην εγκατάσταση και απλών καμερών ημέρας/ νύχτας στα άλλα σημεία πιθανής εισόδου ή σε σημεία που χρειάζονται τεχνολογίες πλήρους αναγνώρισης του προσώπου ή του αντικειμένου όπως αναγνώριση πινακίδας οχήματος.

Video analytics

Η τεχνολογία θερμικής απεικόνισης μπορεί να συνδυαστεί αποτελεσματικά και με μια άλλη πολύ διαδεδομένη τεχνολογία στο χώρο των συστημάτων επιτήρησης. Την τεχνολογία των video analytics, για την οποία έχουν γραφτεί και ειπωθεί τόσα πολλά στο περιοδικό μας. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι δυνατότητες που επιφέρει η ενσωμάτωση των video analytics σε θερμικές κάμερες. Οι δύο αυτές τεχνολογίες έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό. Στοχεύουν στην έγκαιρη ανίχνευση μιας απειλής ή ενός ενδεχόμενου κινδύνου. Αναλογιστείτε λοιπόν, πόσο πολύ μπορεί να αναβαθμιστεί ένα σύστημα ασφάλειας όταν συνδυαστούν αυτές οι δύο τεχνολογίες. Η αποτελεσματική περιμετρική προστασία μιας εγκατάστασης, βασίζεται κυρίως στη δημιουργία μιας διαβαθμισμένης εικονικής ζώνης στην οποία η είσοδος θα είναι απόλυτα ελεγχόμενη. Κάθε παραβίαση αυτής της ζώνης που σημαίνει εισβολή στην περιοχή ελέγχου, θα πρέπει να ενεργοποιεί και να μεταδίδει συναγερμό στο κέντρο ελέγχου της περιοχής. Μέχρι σήμερα, με τα συμβατικά συστήματα επιτήρησης τα οποία διαθέτουν τεχνολογία video analytics, έχει βελτιωθεί κατά πολύ η δυνατότητα των χειριστών να εστιάζουν σε μια ενδεχόμενη απειλή. Αρκεί φυσικά αυτή η απειλή να ήταν ορατή ώστε να μπορούσε να καταγραφεί από τις συμβατικές κάμερες ημέρας/ νύκτας και στη συνέχεια να επεξεργαστεί μέσω της τεχνολογίας video analytics, ώστε να ενεργοποιηθούν οι διαδικασίες καταγραφής του συμβάντος και ενημέρωσης των χειριστών. Υπήρχε όμως ένα κενό στην περίπτωση που η απειλή δεν ήταν ορατή. Τότε όπως είναι φυσικό οι κάμερες δεν μπορούσαν να καταγράψουν κάποια κίνηση και άρα έμενε ανεκμετάλλευτη η τεχνολογία video analytics. Με τη χρήση της θερμικής απεικόνισης καλύπτεται και αυτό το κενό. Με τη χρήση θερμικών καμερών, οποιαδήποτε ύποπτη κίνηση καταγράφεται και άρα υπάρχουν πολλές περισσότερες πληροφορίες διαθέσιμες, ώστε αυτές να γίνουν αντικείμενο επεξεργασίας από τα συστήματα video analytics και αναλόγως να ενεργοποιηθούν οι απαραίτητες διαδικασίες σε περίπτωση που από την επεξεργασία προκύψει ότι υπάρχει κάποια παραβίαση. Ο συνδυασμός λοιπόν αυτών των δύο τεχνολογιών (video analytics και θερμική απεικόνιση) μπορεί να προσφέρει πολύ σημαντικά αποτελέσματα στην αναβάθμιση της περιμετρικής προστασίας των εγκαταστάσεων.