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Wärmebildkamera 352x288

Veröffentlicht von Joe-C (jch) am Oct 23 2011
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Wärmebildkamera

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Einleitung

Die Kamera selbst, ist vom Hersteller eigentlich als Nachtsichtgerät konzipiert worden.

Das hat nun seine Vor und Nachteile.
Vorteile liegen beispielsweise in der schnellen Einschaltgeschwindigkeit und guten Auflösung.
Nachteile sind beispielsweise fehlende Temperaturanzeigen und fehlende Falschfarbdarstellungen.
Ebenso nicht ganz unwesentlich: die Kamera wurde als "Dual Use Good" eingestuft. Das heißt im Klartext, sie ist auch für militärische Zwecke vorgesehen, weshalb man mit Seriennummer und Einsatzzweck registriert werden muss.
Das hab ich aber auch erst erfahren, nachdem ich die Kamera gekauft und beim Hersteller wegen Software nachgefragt hab.
An und für sich, ist das Gerät auch nicht mehr absoluter Hi-Tec, aber es liegt hardwaremäßig immer noch über allem, was ich je in diesem Bereich hatte (zumindest was den Detektor betrifft, die elektronische Bildaufbereitung ist wieder eine andere Geschichte). Außerdem ist es unerheblich, ob zu erfüllende Auflagen Sinn machen... es muss eben gemacht werden. Aber nach ein paar Emails hin und her, ließ sich das regeln und ich bekam die Software zum ansteuern der Kamera.

Ein paar Daten:

Eigenschafft Kamera Bemerkung
Spektralbereich 8-14 µm  
Detektor 384x288 352x288 bei PC (Videograbber)
320x240 bei Camcorder
Mindestfocusabstand  5 cm Selbst angepasst (E-Focus)
Einschaltzeit 5 Sec. Einschalten -> Bootlogo -> Shutter -> Wärmebild
FPS 50 Hz bei PAL
60 Hz bei NTSC
30 FPS bei PC
25 FPS bei Camcorder
Fernsteuerung
(Seriell)
RS 232
RS 422
nur RS 232 wird verwendet (PC & PDA)
Temperaturbereich -20 bis +300 offizielle Angaben gab's nicht, daher selbst geschätzt
Stromversorgung
(mit DC/DC Wandler)
min: 6.7V
max: 30V
6.7V | 0.32A | 2.144W
30V | 0.1A | 3W
Kamerafunktionen
(nur ein paar
der wichtigsten)
 
Negativ
H Flip / V Flip
Digital Zoom
ENH
GPIO
Eingeschaltet: je wärmer desto dunkler
Horizontal Spiegeln / Vertikal Spiegeln
Eingeschaltet: x2 oder x4
Hi Pass Filter für besseren Kontrast (genauere Beschreibung unten)
8 Datenkanäle (In/Out) davon 3 durch Direkttasten belegt

Noch ein paar persönliche Bemerkungen zur Kamera:

  • Shutter
    der Shutter ist Linear und recht laut, aber ich konnte ihn mit kleinen Gummipuffern etwas dämpfen. Was ich aber besonders gut finde, der automatische Shuttereinsatz kann über die Kameraeinstellungen angepasst werden. Bei mir setzt er in den ersten Minuten nach dem einschalten noch automatisch ein und bleibt dann dauerhaft aus. So kann ich durch manuelles auslösen immer schön selbst festlegen, wann ich einen Abgleich haben will. So wird man nicht mitten in der Aufnahme unschön überrascht.
  • Mindestfocusabstand
    je geringer dieser ist, desto besser kann man kleinere Motive (z.B. Transistoren und Widerstände) aufnehmen. Ungünstiger weise ist aber natürlich auch die Optik an größere Entfernungen ausgelegt. Man will ja schließlich Personen von weitem erkennen können und nicht kleine Bauteile. Das hat zur Folge, dass Nahaufnahmen mit dieser Optik am Rand etwas verschwommen sind.
  • Temperaturanzeige
    die Kamera eignet sich zwar sehr gut zum Betrachten von Temperaturveränderungen usw. aber eine fehlende Temperaturanzeige stört mich sehr. So hab ich bei einem Transistor gesehen, wie er sich in kurzer Zeit von 40°C auf 70°C erwärmt hat. Das hab ich mit einem Infrarotthermometer abgelesen, bei der Kamera war es lediglich etwas deutlicher zu sehen, aber einen derartigen Temperaturanstieg hätte man so nicht registrieren können.
    Leider werden bei der Kamera die manuellen Einstellungen (Gain/Level) auf Relativwerte zur Automatik bezogen. Wenn man von Auto auf Manuell umschaltet, kann man Gain und Level von Hand einstellen (0-255), aber der Wert in der Mitte ist immer der, den es von Auto übernommen hat. Man hat also keine absoluten Werte, sondern immer nur welche, die sich relativ zum vorher betrachteten Bereich beziehen.
    Deshalb kann man leider auch nicht einfach vom PC einen Wert festlegen und anhand der Intensität im Bild die Temperatur berechnen lassen. Zumindest hab ich bisher noch keinen Befehl für sowas gefunden.
  • Auflösung
    Die Kamera liefert nur das Analoge Videosignal. Ein Digitalausgang (über USB) gibt es nur optional. Letztendlich hängt meine Auflösung also von meinen Möglichkeiten zur Umwandlung ab. Da der Videograbber für den Pc keine 384x288 sondern nur 352x288 liefert, muss ich eben dieses Format nehmen. Deshalb wird die Wärmebildkamera bei mir auch mit dieser Auflösung angegeben, da es eben die für mich höchst möglich nutzbare ist. (bei Aufnahmen vom Camcorder: 320x240)
  • GPIO
    Die Kamera hat 8 Digitale Ports, welche ein- und ausgeschaltet werden können. Wenn sie eingeschaltet sind, bekommt man an dieser Stelle eine 1 beim auslesen. Überbrückt man den Pin dann mit der Masse, erhält man eine 0. Dadurch können sie einfach als Ein- oder Ausgänge verwendet werden. 3 davon sind vordefiniert, sie können wie alle anderen verwendet werden, lösen aber von dem Wechsel von Hi nach Low eine Funktion aus: Shutter, Zoom und Negativ... bzw. 2 Navigatiostasten und eine Bestätigungstaste für das interne Menü (sofern im Kamerasetup auf Menüsteuerung umgeschaltet wurde).
    Ein Pin hat die gleichen Spannungs und Stromwerte wie alle anderen, lässt sich aber weder abschalten, noch im überbrückten Zustand als 0 Auslesen. Dieser scheint also leider defekt zu sein.

 

Bilder

  • Auktionsbild
    Leider hab ich vergessen, ein Bild vor "Urzustand" der Kamera zu machen und das Auktionsbild ist recht Auflösungsschwach. Früher war an der Kamera nur ein Steckanschluss. Das Kabelset hatte dann einen Anschluss für Stromversorgung, ein BNC für AV-Out und eine Sub-D 9 Polig für PC Verbindung.
  • nach Umbau 1
    nachdem die ersten Steuerungsversuche fehlschlugen, hab ich die Kamera umgebaut. 2 Tasten sorgten für Direktzugriff auf die Funktionen NUC (Shutter) und Digitalzoom. Eine Stromanschlussbuchse ist direkt am Gehäuse, genau wie ein BNC Anschluss für AV-Out. Der USB-B Anschluss war für einen Videograbber, der im Gehäuse untergebracht und parallel zur BNC Buchse geschaltet war. So hab ich die Kamera ohne Kabelsalat gut verwenden können, aber der ENH Filter war immer eingeschaltet und die fehlende Steuerungsmöglichkeit stellte mich ebenso nicht zufrieden.
  • Vorbereitung für Umbau 2
    Es stellte sich später heraus, dass die Kamera nur bei einer gewissen Übertragungsgeschwindigkeit auf eine Anfrage "antwortet". Eine Einstellung an der Software geändert und schon konnte ich sie ansteuern. Daher hab ich den Kamerakern freigelegt und alles brauchbare an eine Steckplatine für Versuche verbunden. Die Platine oben links mit dem LCD Bildschirm ist ein Monitor, welcher für Rückfahrkameras am Auto gedacht ist. Dieser Monitor kann ein Analoges Signal direkt anzeigen und sollte früher direkt an die Kamera montiert werden... bis mir die Idee mit dem Camcorder kam.

Auktionsbild
Auflösung: 300x225

nach Umbau 1
Auflösung: 1200x900

Vorbereitung für Umbau 2
Auflösung: 1200x900

 
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ENH Filter

Dieser Hi-Pass-Filter sorgt für eine deutliche Hervorhebung von Wärmeübergängen. Dadurch werden an allen Übergängen die Verhältnisse falsch angezeigt, was ihn für meine Zwecke recht unbrauchbar macht.

  • Vergleich
    2 Bilder von meiner Hand, mit und ohne ENH. Die Bilder wurden mit dem Spektrometer Programm ausgewertet. Die Messlinie liegt am Handgelenk, da dort die Flächen groß genug sind um die Arbeitsweise des Filters zu erkennen. An den Graphen sieht man, wie Temperaturdifferenzen angeglichen werden und dadurch die Darstellung insgesamt verfälscht wird.
  • Mainboard und Lötkolben
    Mainboard eines Sony UX nach 5 min Betrieb und das gleiche Mainboard 10 Sec. später, mit abgeschalteten ENH Filter. Wie massiv die Auswirkungen des Filters sind, erkennt man besonders gut im unteren Zentrum der Platine.
    Der Lötkolben wurde auf 300°C Eingestellt. Der Filter lässt hier um die Hitzequelle eine "Aura" entstehen.
  • Notebook und mein Gesicht
    Bei diesem Beispiel ist das linke Bild wieder mit ENH, das rechte ohne.
    Das Notebook wurde ca. 30 min vorher ausgeschaltet, war also nur noch schwach warm. Aber man kann erkennen, dass der ENH Filter recht hilfreich ist, wenn man auf Details aus ist. So kann man in beiden Bildern mit ENH mehr sehen (vor allem in Gebieten mit ähnlicher Temperatur) als ohne.

Vergleich
Auflösung: 808x553

Mainboard und Lötkolben
Auflösung: 702x573

Notebook und mein Gesicht
Auflösung: 705x573

 
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Erwärmung meiner Hand

Auflösung: 705x574

Erwärmung meiner Hand

Im Bild links ist ein zwischenzeitlicher Versuch zu sehen. Ich habe die Kamera auf ein Stativ platziert und auf meine Hand scharfgestellt. Danach hab ich kaltes Wasser drüber laufen lassen und die Hand wieder an der vorher eingerichteten Stelle abgelegt.

Ich wollte einfach mal sehen, wie die Durchblutung der Hand diese nach und nach erwärmt.
Interessant finde ich, dass sich erst die Fingerspitzen und dann der Rest des Fingers (Richtung Hand) nach erwärmt.
Erwartet hätte ich eigentlich eher, dass von der Handinnenfläche nach außen die Erwärmung stattfindet und es die Spitzen zuletzt trifft.

Erweiterung

Das geschraube am Objektiv hat mir nicht so sehr gefallen, da ich so auch gezwungen bin, das Objektiv so anzubringen, dass ich es gut verstellen kann. Also kam mir die Idee, es zu motorisieren. Auf der Suche nach einer geeigneten Möglichkeit dafür, bin ich in meiner Kramkiste fündig geworden.

Ich hatte mal von einem alten Notebook das CD-Laufwerk entfernt. Davon habe ich das Laser Transportsystem ausgebaut und mit der Kamera verbunden. Das Objektiv wurde direkt auf dem Laserhalter befestig und der Transportmotor durch einen kleinen Getriebemotor ersetzt.
Dadurch kann das Objektiv sehr viel weiter hin und her bewegt werden, als dies vorher möglich war. Außerdem erfolgt diese Bewegung rein Elektrisch, was mir gute Steuerungsmöglichkeiten offenlegt.

Jetzt ist es nicht mehr notwendig, das objektiv mit den Fingern greifen zu können. Daher hab ich mich dazu entschlossen, eine Klappe vor das ganze Objektiv zu bauen. Glücklicherweise war auch noch ein Batteriehalter, welchen ich mal aus einer Sony Digitalkamera ausgebaut hatte, vorhanden. Dieser hat den Vorteil, dass die Klappe mit einer Federung offen gehalten wird.

Der Getriebemotor wurde mit einer halben Servo-Platine Verbunden. Halb deswegen, weil ich nur den Leistungsbereich davon benutzt habe. Die Energieversorgung (2V) erfolgt über einen DC/DC-Wandler, direkt von der Versorgungsspannung. An der Platine wurden dann noch 2 Steuerleitungen abgegriffen.
Auf dem Steckboard hatte ich den GPIO Pin für den Shutter mit einem Draht verbunden. Wurde dessen Ende mit der Masse Verbunden, setzte die Shutterfunktion ein. Wurde dessen Ende hingegen mit einer der Signalleitungen verbunden, ist das Objektiv in die entsprechende Richtung gewandert. In diesem Zustand hätte man den Focus einfach über 2 Taster einstellen können.

  • E-Focus 1
    Bild nach dem ersten Funktionstest. Das Lasertransportsystem wurde an die Kamera befestigt und die Linse auf den Laserhalter geklebt. Dann wurden Zwischenräume mit Modelliermasse gefüllt und die Linse mit Garn festgebunden, welches nochmals in Kleber getränkt wurde. Die Linse jetzt wieder runter zu bekommen, dürfte nicht sonderlich leicht werden. Aber schließlich soll die Linse ja auch dauerhaft da halten.
    Wenn man sich die Schneckenwelle unten ansieht, sieht man ein weißes Plastikteil, was per Federkraft gegen die Welle drückt. An dem sind 2 diagonale Rillen, die sich in die Kerben der Welle legen. Durch dieses System kann man getrost an den Rand fahren... der Laserhalter bleibt dann einfach stehen und das Plastikteil rastet in die nächsten Kerben ein. Es wird weder der Motor überansprucht, noch die Zahnräder. Es klickt dann einfach vor sich hin, wenn der Motor weiterläuft. Somit ist das Transportsystem sicherer und wird nicht so schnell beschädigt. Außerdem zeigte sich, dass die Kamera einen wesentlich höheren Focusbereich hat, welche später ohnehin nicht voll ausgenutzt wird. Der Laserhalter soll später also nur in die Nähe der Ränder kommen.
  • E-Focus 2
    Bei diesem Bild sieht man die (noch unvollständigen) Mechanischen Verstärkungen des Kamerablocks.
    Verwendet wurden (unter anderem) diverse Böden aus Cappuccino Dosen. Diese silbrigen Scheiben vom Boden der Pappdose sind meistens aus beschichteten Stahl. Sie sind dünn, mechanisch stabil, magnetisch (gut für die EMV Abschirmung) und können mit Lötzinn benetzt werden. So hab ich sie mit einer Schere in einzelne Segmente zerteilt, die dann mit starrem Draht aneinander verlötet wurden.
  • E-Focus 3
    Hier nochmal in seitlicher Ansicht mit geschlossenen "Objektivdeckel".

E-Focus 1
Auflösung: 1200x900

E-Focus 2
Auflösung: 1200x900

E-Focus 3
Auflösung: 1200x900

 
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Später wurde ein 100kohm Potentiometer am Schlitten befestigt. Dieser gibt die Position der Optik als Analoges Signal raus. Neben dem Potentiometer befindet sich ein Power MOS-FET, der die Kamera in Betrieb nimmt.
Die Kamera hat einen Einschaltstrom von ca. 2.5 A, im Betrieb sind es später rund 0.3 A.
Sie kann nun rein elektrisch gesteuert werden, vom Filter bis zum Focus. Auch die Inbetriebnahme erfolgt durch ein einfaches 5V Signal.

Camcorder

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Einleitung

Die Suche nach einem geeigneten Camcorder war ein Krampf.
Kaum eins der "aktuellen" Geräte, hat einen Videoeingang... es sei denn, man greift finanziell tiefer in die Tasche. Hinzu kommt noch, dass gerade private Verkäufer nicht gerade oft die Daten der Camcorder richtig deklarieren. So hab ich verdammt viele Geräte mit "AV Eingang" angetroffen, die laut Datenblatt über keinen verfügten. Viele denken sich eben: "da kann man einen Stecker reinstecken, also ist es ein Eingang". Das einige Hersteller bei ihren MP3 Playern von "Kopfhörereingang" reden, hilft in der Hinsicht auch nicht gerade weiter.

Es lief letztendlich also immer darauf hinaus, dass ich bei jedem Angebot das Datenblatt oder die Bedienungsanleitung rausgesucht hab. Das hat mir irgendwann so gereicht, dass ich auf die Schnelle ein Programm geschrieben habe, wo ich meine Kamerafunde in Form einer Datenbank hinterlegt habe. Dann brauchte ich, nach dem Finden eines Angebots, nur noch die Typenbezeichnung rein kopieren und wusste bescheid.

Es stellte sich später heraus, dass Panasonic und Samsung vereinzelt Geräte mit Videoeingang haben. Cannon und Sony findet man damit schon etwas häufiger. Die meisten Geräte mit Videoeingang, waren Kameras mit DV-Kassette als speichermedium. Bei älteren Geräten, fehlten teilweise die LCD-Displays. Aber auch einige mit DVD hatten einen Videoeingang.
Ich hab unterschiedliche Geräte von unterschiedlichen Herstellern erworben. Dank eines Kollegen konnte auch ein weiteres Gerät getestet werden.

Ich hab mich bevorzugt auf Geräte gestürzt, die einen mechanischen defekt am Bandlaufwerk hatte. Ich wollte sowieso nur auf Speicherkarte speichern. Leider zeigte sich später, dass Speicherkarten sehr oft nur eine untergeordnete Rolle spielen.

Getestete Modelle:

  • Canon DM-MVX2I
    Eine DV Kamera mit SD-Karten Einschub. Die ganzen Knöpfe am Gehäuse und das Format haben mir anfangs sehr zugesagt. Aber im SD-Modus können nur Fotos aufgenommen werden. Videoaufnahme und Digitale Effekte gab's nur bei Verwendung des DV-Bandes. Im SD-Modus musste man den AV Eingang jedes Mal über das Menü aktivieren. Im Tape-Modus hingegen, konnte mit einer Taste der AV Eingang aktiviert werden.
    Durch die sehr schwache Unterstützung der Speicherkarte und der zu indirekte Zugriff auf den Videoeingang haben für mich das Teil ins Abseits befördert.
  • Panasonic VDR-M30
    Ein Camcorder mit Mini-DVD-RW und SD-Speicherkarten Einschub. Das Ding war der Knaller... laut Datenblatt hat es einen Videoeingang. Diesen hab ich aber nicht zum Laufen bekommen. Nachdem ich die Bedienungsanleitung durchwühlt hab stellte sich heraus: ich muss über das Menü den Videoeingang einschalten. Ungünstiger weise gab es diesen Menüpunkt aber nicht. Es ist das einzige Gerät mit einem Videoeingang, der nicht getestet werden konnte.
  • Sony DCR-PC100E
    Hat ein ähnliches Format die die Canon Kamera. Die erste Kamera, die ich als defekt erworben habe. Sie ließ sich meistens nicht einschalten, was an einem gebrochenen Flexleiter lag, wie sich später herausstellte. Das Problem dabei war, dass über diesen Flexleiter die Kamera nicht nur eingeschaltet wird... auch die Menüsteuerung und ein paar andere Funktionen liefen darüber. Ich konnte den VCR (Videorecorder) Modus kurz testen. Es zeigte sich, das bei Sony scheinbar ein erkanntes Videosignal direkt durchgeschaltet wird.
  • Sony DCR-DVD101E
    Hier war ich leider zu voreilig. Das Teil hat nämlich keine Benutzungsmöglichkeit für Speicherkarten. Deshalb hab ich nur den Videoeingang getestet und das Teil wieder vertickt.
    Dabei zeigte sich erneut, das Sony in Hinsicht meines Vorhabens eine gute Wahl zu sein scheint. Schaltet man auf Widergabe, wird ein angeschlossenes Analogsignal direkt und flink (<1 Sec.) auf dem Display angezeigt.
  • Panasonic NV-MX500
    Der einzige Camcorder mit 3CCD. Das Display ist 3,5 Zoll groß, was zum betrachten sehr angenehm ist. Gespeichert werden kann auch auf SD-Karte. Dennoch hat sie mich nicht zufrieden gestellt. Erstens braucht die Kamera ca. 5 Sec um ein Videosignal anzuzeigen (das nervt, wenn man zwischen VIS und FIR hin und her schaltet). Dann kommt noch hinzu, dass Videos auf SD Karte scheinbar nur mit 160x120 aufgenommen werden (und es ruckelt... werden wahrscheinlich nur 15FPS sein). Der Zugriff auf SD Karte erfolgt zudem nur langsam... die Kamera braucht ca. 2-3 Sec um von einem Bild aufs nächste zu schalten.
  • Sony DCR-HC30E
    Das Erste, was meine Erwartungen erfüllt hat. Neben Mini-DV kann man auch auf den Memorystick Modus schalten. Dort können Videos und Fotos aufgenommen werden. Videos werden mit 320x240 und 25FPS aufgenommen (außerdem sind die Videos relativ klar und weniger verpixelt im Gegensatz zur Panasonic). Auch hier wird das Videosignal relativ flink angezeigt, wenn man in den Wiedergabemodus schaltet. Zudem erfolgt die Bedienung über Touchscreen, was aber nur im ersten Moment wirklich spitze erscheint (es bedeutet nämlich auch, dass Einstellungsänderungen ein rumgeschalte im Menü voraussetzen)... aber trotzdem hats was. Ebenso eine nette Sony Funktion: Nightshot.
  • Sony DCR-TRV80E
    Ist größer als die HC30E, hat aber dafür auch ein 3,5 Zoll Touchscreen. Die Menüführung ist meiner Ansicht nach schlechter und die Bluetooth Netzwerkfunktion werde ich wahrscheinlich auch kaum ausnutzen. Aber sonst ist es ein super Teil.

Verwendetes Modell

Meine Wahl ist letztendlich auf die Sony DCR-TRV80E gefallen.
Das hat vor allem 2 Gründe:
- 3.5 Touchscreen
- Abmessungen der Kamera
Hätte ich die HC30E genommen, dann müsste ich die Wärmebildkamera versetzt oben Montieren (um den Zoomhebel und Nightshotschalter noch betätigen zu können) oder an der Seite, was zwar vom Handling her durchaus passen könnte, aber keinen Platz für die Steuerung (PDA/Smartphone) lassen würde.
Ich gedenke vorwiegend den speicherstick Modus zu verwenden. Im Speicherstick Modus verzichtet man allerdings auf diverse Digitaleffekte, aber die sind ohnehin nur Spielerei. Auch die Tatsache, dass die Kamera über einen Vernünftigen Nightshotmodus verfügt, sagt mir sehr zu. Das mechanische wegschalten des IR Filters ist bei beiden Geräten der Fall, aber bei der TRV80E erfolgt dies elektrisch. Dadurch kann ich diese Funktion auch extern bedienen. Andere Kameras hingegen drehen einfach die Belichtungszeit hoch und werden dann träge. Schade ist allerdings, dass der Speicherstick nur eine geringe Aufnahmequalität hat (320x240 @ 25fps als MPEG1). Es reicht für normale Aufnahmen, aber wenn's dann doch mal Qualitativ besser sein soll, werde ich wahrscheinlich mit DV-Band aufnehmen müssen.

Der Modus wird mit einem Schalter gewählt:

  • VCR (Videoeingang)
  • OFF
  • Camera (MiniDV Modus)
  • Memory/Network (Speicherkarten Aufnahme)

Ich hab durch Messungen am Mainboard die Signale für VCR und Memory abgegriffen. An den Videoanschluss hab ich von innen eine Verbindung hergestellt. Auch das Schaltsignal für Nightshot wurde von innen nach außen geführt.

Der Optokoppler am VCR Mode stellt eine Videoverbindung zur Wärmebildkamera her. Ist die Kamera nämlich nicht im VCR Mode, gibt sie automatisch ein Videosignal raus. Auf einem Testmonitor hab ich gesehen, wie sich die Videosignale von Camcorder und Wärmebildkamera vermischt haben. Es sah so aus, als sollte ich da mal was gegen machen.

DCR-TRV80E

Auflösung: 1200x900

Bild nach dem Vorumbau

Das Bild zeigt die inzwischen umgebaute TRV80E. Der Blitz musste leider entfernt werden, da ich einerseits den Platz brauchte, an den er sich vorher befand. Andererseits, war der Flexleiter des Blitzes natürlich von seiner Länge uns seinen Biegungen an einen gewissen Ort gebunden. Da ich den Blitz ohnehin wahrscheinlich selten verwendet hätte, hab ich mir den Aufwand gespart und das Teil einfach entfernt. Der Schwarze Kasten, der sich an der vorherigen Blitzposition befindet, ist ein DC/DC Wandler. Daneben sind ein paar Optokoppler, Widerstände und ein Transistor, die vorher Bestandteil der Wärmebildkamerasteuerung wahren.

Außerdem führen folgende Leitungen nach außen:

  • Stromversorgung (alles wird später über die Camcorderbatterie versorgt)
  • Videoeingang
  • Signalleitungen (für Nightshot, VCR und Memory)

 

Umbau

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Zusammenführen beider Kameras

Die beiden Geräte, wurden durch einen Zweikomponenten Klebstoff miteinander verbunden. Als dieser so weit ausgehärtet war, dass die Klebemasse in etwa die Konsistenz von Knete hatte, hab ich den Camcorder auf ein Stativ gesetzt und das Nachbarhaus "ins Visier" genommen. Da Glas in der Thermografie kaum durchsichtig ist, war außerdem das Fenster offen.
Nun wurden beide Kameras so ausgerichtet, dass bei beiden in etwa das gleiche Bild zu sehen war (beim Camcorder musste dafür etwas gezoomt werden).

Beide Kameras so auszurichten, dass sie parallel "blicken", schien mir am sinnvollsten zu sein. Da die Kamera ja keine übliche Einsatzentfernung haben soll. Andernfalls verschiebt sich das Bild mal nach oben und mal nach unten, je nach Entfernung.

Von einem defekten Camcorder mit 3.5" Display hab ich die Gehäusehälfte mit dem Displayscharnier entfernt. Das wurde dann so lange angepasst, bis ein PDA da rein passte. Der PDA ist zum Steuern vorgesehen und kann (wie das Display vorher) ausgeklappt und gedreht werden.

Verwendeter PDA: Fujitsu Siemens Pocket LOOX N560

  • Prozessor: Intel PXA 270
  • Taktfrequenz: 624 MHz
  • RAM: 64 MB
  • Displayauflösung: 640 x 480 Pixel
  • Speichererweiterungen: SDIO, MMC (2GB SD Karte verlötet)
  • USB-Port: USB 1.1 (+ USB Host)
  • Verbindung: WLAN (Wi-Fi) / Bluetooth / IR-Port / RS-232
  • Betriebssystem: MS Windows Mobile 5.0 (Englisch)

Dank der Seriellen Schnittstelle, kann der PDA direkt mit dem Mikrocontroller kommunizieren. Die anderen Features wie VGA Display und USB Host sind eher weitere Nettigkeiten nebenbei.

Umbaustufen:

  • Stufe 0
    Bevor ich die TRV80E erworben habe, wurde ein erster Kombinationsversuch mit der HC30E unternommen. Das Mini-DV Bandlaufwerk wurde entfernt und durch die Wärmebildkamera ersetzt. Allerdings fehlte so der Platz für einen PDA zum Steuern. Außerdem gab es noch ein paar andere Dinge, die aber weniger relevant sind... jedenfalls entschied ich mich nach den ersten Versuchen zu einem anderen Camcorder.
  • Stufe 1
    Hier die TRV80E mit befestigtem Wärmebildmodul. Alle Komponenten an der Seite sind keine normalen Bestandteile der Kamera:
    • Power MOS-FET (zum Ein/Ausschalten)
    • Schiebe Poti (zum auslesen der Linsenposition)
    • Motor und Getriebe (E-Focus)
    • DC/DC Wandler 2V (zum betreiben des Motors)
    • Steuerplatine für Motor
    Das Kunststoffgehäuse links enthält deinen Mikrocontroller mit 16 bit Portexpander.
  • Stufe 2
    Hier befindet sich die Kamera schon in einem unvollständigen, aber funktionstüchtigen Zustand. Der Taster ist zum Wechsel des Betriebsmodus (VIS oder FIR) und mit dem kleinen Finger kann der Focus verstellt werden (durch den kleinen Hebel in der Nähe des Objektivs).
    In dem Memorystick Gehäuse befinden sich diverse Datenanschlüsse. Im Gegenstück (mit dem goldenen Bügel), sind Brücken, die mit dem entfernen des Teils gelöst werden. So kann man die Verbindung zwischen Mikrocontroller und Kamera leicht lösen, wenn man die Kamera mal von einer anderen Quelle aus bedienen möchte (später wird nur der Mikrocontroller die Kamera steuern).

Stufe 0
Auflösung: 1200x900

Stufe 1
Auflösung: 1200x900

Stufe 2
Auflösung: 1200x900

 
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  • Stufe 3
    Display und Mainboard des PDAs wurden in das alte Displaygehäuse eingepasst. Eigentlich sind beides 3.5" Displays. Dennoch musste unten ein Teil runter geschliffen werden, damit man auf dem PDA alles erkennen kann.
  • Stufe 4
    Hier wurden alle wichtigen Anschlüsse (USB Client und Host sowie RS-232 samt Steuerleitungen) nach außen geführt. Aus Platzgründen ist die Speicherkarte (2GB) verlötet worden.
    Später wurde die Akkupatine ebenfalls direkt verlötet und die Li-Ion Zelle ist gegen eine kleinere getauscht worden (wieder aus Platzgründen). Ein Schalter an der Seite entscheidet darüber, ob der PDA Akku über den Camcorder geladen wird oder nicht. Standardmäßig wird nach jedem Akkuwechsel der PDA ein "Netzanschluss" erkennen und die interne Batterie voll aufladen.
  • Stufe 5
    Bei dieser sind bereits alle 3 Geräte miteinander verbunden. Der PDA ist in einem noch nicht fertiggestellten Gehäuse und kann bereits Steuerungsaufgaben übernehmen. Zumindest kann man hier erkennen, wie es später aussehen soll... 2 Ausklappbare Touchscreens bei denen der obere zum Steuern und der untere zum Betrachten ist.
    Außerdem wurde der Mikrocontroller an die Seite verlegt und einige andere Komponenten wurden anders platziert.

Stufe 3
Auflösung: 1200x900

Stufe 4
Auflösung: 1200x900

Stufe 5
Auflösung: 1200x900

 
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  • Stufe 6
    Hier ist schon mal das erste Steuerungsprogramm zu sehen. Man kann zwischen  VIS NIR und  FIR hin und her schalten, sowie die Position des E-Focus ablesen und einige Wärmebildkamerafunktionen sind auch schon integriert.
    Direkt über dem Wärmebildkamerakern ist außerdem ein Lüfter, der ebenfalls über den Mikrocontroller eingeschaltet werden kann. Der Luftstrom führt seitlich raus, wodurch man darauf achten muss, dass man den Lüfter nicht unbedingt an macht, wenn der PDA zugeklappt ist. Nach vorn ging nicht (hätte gegen die Linse geblasen, wenn ich nicht gerade noch einen Lüftungskanal eingebaut hätte, was wegen dem Platz aber einfach nicht ging). Nach hinten ist wahrscheinlich unangenehm, wenn man den Viewfinder (Sucher am Camcorder) verwendet. Und zur anderen Seite, hätte gegen die Hand geblasen.
    Die 2 USB Ports sind für Videograbber und RS-232 Wandler. Damit kann man festlegen, ob man das Kamerabild sehen möchte, oder die Kamera fernsteuern... oder beides.
    Die 2 unteren rot leuchtenden LEDs sind RGB LEDs, deren Farbe sich nach dem aktuellen Betriebszustand richtet. Die Rote LED weiter oben ist für Fehlermeldungen und zeigt an, wenn die Modustaste an der Seite gedrückt wird. Die Grüne, blinkt bei jeder Ultraschall Entfernungsmessung. Der Entfernungsmesser war vorher im Robo eingebaut und hat eine Reichweite von 16cm bis 6m. Der Taster neben der roten LED ist ein Reset Taster. Ursprünglich wurde er eingebaut, um die Bewegung des E-Focus zu unterbinden, wenn man ausversehen die falschen Zielwerte eingegeben hat. Er kann aber genauso gut verwendet werden, um beide Kameras sofort auszuschalten.
  • Stufe 7
    Bei diesem Bild ist der Deckel oben fast fertig. An der Seite sieht man die neue Halteschlaufe. Bei der alten, drückte die Kamera wegen des Gewichts gegen die Handinnenfläche, was recht unangenehm nach einiger Zeit wurde.
    Außerdem sieht man die seitlichen Bedienelemente:
    - 3 Schalter (Shutter, Zoomfocus, Empfangsquelle umschalten)
    - 2 Taster (Shutter, Modus)
    - 1 Hebel (zum einstellen des E-Focus)
    - 1 USB Port B (USB-Client vom PDA)
    - 1 USB Port A (USB-Host vom PDA)
  • Stufe 8
    Von vorn kann man die 2 Objektivabdeckungen sehen. In die untere Abdeckung ist inzwischen ein 850nm Filter eingebaut. Im normalen Modus sieht man nur wenig durch. Aber im NIR Modus ist es durchsichtig. Beide Klappen werden über eine Federung offen gehalten.
    Obwohl es eigentlich nicht geplant war und der Schwarze Kunststoff ca. 1mm stark ist, kann man mit zugeklapptem Deckel einen eingeschalteten Lötkolben sehen, aber nur recht schwach. Man könnte daher den Deckel daher als Hi-Temp-Filter sehen.

Stufe 6
Auflösung: 1200x900

Stufe 7
Auflösung: 1200x900

Stufe 8
Auflösung: 1200x900

 
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Steuerung

Die Hauptsteuerung erfolgt über einen Mikrocontroller mit 16 Bit I/O Erweiterung. Dieser wird über die serielle Schnittstelle (vom PDA oder PC) mit Befehlen versorgt und steuert Camcorder und die Wärmebildkamera.

Aufbaudiagramm

Auflösung: 921x623

Das Diagramm zeigt den schematischen Aufbau des Systems.

USB Komponenten
Über einen Schalter kann man festlegen, ob der Mikrocontroller seine Daten vom PDA oder PC (USB-Seriell Konverter) bekommt. Die Empfangsleitung läuft parallel, lediglich die Sendeleitung wird geschaltet.
Der Videograbber und der Seriell Konverter sind jeweils mit einem USB-B Anschluss an der Kamera ausgestattet. Eigentlich hätten auch beide über ein USB-Hub verbunden werden können, dafür hat aber der Platz gefehlt. Anderseits können die Komponenten so unabhängig voneinander verwendet werden.

Zoom E-Focus
Um den Focus leichter zu verstellen, wurde ein Zoomhebel von einem defekten Camcorder entwendet. Es handelt sich dabei um ein radiales 40k Poti, was von einer Federung in Mittelstellung gehalten wird. Wie auch das Positionspoti wurde es zwischen Masse und +5V angeschlossen, um mit dem Analogeingang des Mikrocontrollers den Zustand zu erfassen.
Der Analoge Wert wird entsprechend verrechnet und bewirkt eine Änderung der Pulsweite für die Motorsteuerung. Je weiter der Hebel bewegt wird, desto schneller bewegt sich auch der Focusmotor. So kann man schnell und fein Focussiern.
Die Wärmebildkamera verfügt außerdem über ein 2x/4x Digitalzoom. Wenn der Motor bewegt wird, wird bei der Wärmebildkamera auf Zoom x4 gestellt. Wenn der Motor 1 sec. still steht, wird der Zoom wieder auf 1x gestellt. Dadurch kann man den Focus sehr genau einstellen. Diese Zoomfunktion, kann über einen Schalter seitlich abgeschaltet werden.

Shutter Abgleich (NUC)
Wie bei Wärmebildkameras üblich, kann ein mechanischer Verschluss von den Detektor geschoben werden, damit daran die einzelnen Sensorelemente abglichen werden können. Durch ein Schalter kann der Shutter abgeschaltet werden. Das hat den Vorteil, dass man den Abgleich auch auf Oberflächen mit anderen Temperaturen machen kann. Oder man kann andere Wärmequellen "raus kalibrieren", wenn man sich nur für ein bewegtes Objekt interessiert.

Modus LEDs
Es gibt 2 RGB Modus LEDs. Eine für den Camcorder, eine für die Wärmebildkamera. Die Farbe der LEDs gibt Aufschluss über den aktuellen Zustand der jeweiligen Kamera. Über den Modustaster können 3 Zustände erreicht werden, alles andere kann nur per RS-232 Befehl eingestellt werden. Da jede Farbe über einen eigenen Ausgang geschaltet wird, kann man auch mehrere Kombinieren, um die Mischfarben zu erhalten (z.B. R+G = Gelb).

  • Sony VCR (Camcordermodus, bei dem ein Videosignal als Quelle dient)
  • Sony Mem (normaler Camcordermodus, Videos werden auf Speicherkarte aufgenommen)
  • Nightshot (aktiviert Nightshotmodus, sofern der Camcorder nicht auf VCR steht)
  • Thermal Pwr (Wärmebildkamera eingeschaltet)
  • Thermal Vid (Optokoppler, der das Wärmebild-Videosignal an den Camcorder verbindet)
Aktive Komponenten durch Modustaster LED 1 LED 2
Sony VCR + Termal Pwr + Thermal Vid ja    
Sony Mem ja    
Sony Mem + Nightshot -    
Thermal Pwr + Thermal Vid -    
Thermal Pwr -    
Thermal Vid -    
Sony Mem + Thermal Pwr ja    
Sony Mem + Nightshot + Thermal Pwr -    
Weisses Blinken -> Reset -    

Steckerleiste
Hinter der Klappe mit dem Mikrocontroller, befindet sich auch eine Steckleiste mit diversen Signalpins (Video, PDA RS-232 mit Steuerleitungen, Mikrocontroller Rx/Tx, Wärmebildkamera Rx/Tx). Dadurch kann man an wichtige Signale ran, ohne Lötverbindungen lösen zu müssen. Eine Steckerleiste ist mit entsprechenden Brücken versehen und steckt auf der Leiste mit den Signalpins. Wird diese entfernt, ist es möglich Beispielsweise möglich, den seriellen Ausgang zur Kamera zu überprüfen. Außerdem sind dort die derzeit noch ungenutzten seriellen Steuerleitungen des PDAs zugänglich.

Weiteres...

Der vordere Bereich über der Wärmekamera ist noch nicht geschlossen, aber der Rest funktioniert soweit.
Jetzt fehlt eigentlich nur noch ein vernünftig dimensionierter Akku, denn die gebrauchten Standardakkus halten nur 1-1,5h.

Inzwischen plane ich noch sehr viel tiefer in die Mikrocontrollertechnik einzusteigen. Sollte meine derzeitige Idee sich so umsetzen lassen, wie ich es mir derzeit Vorstelle, dann wird diese Kamera ein weiteres Mal Umgebaut.

Nachtrag 17.03.14

Das Projekt wurde fertiggestellt...nur nicht wie damals vorgehabt. Folgeprojekt: Wärmebildkamera Opgal Eye R25.

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Zuletzt geändert am: Mar 17 2014 um 4:34 PM

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