Bouw je eigen goedkope thermische camera: Een DIY-gids

Zoek je een manier om warmtesignaturen in de winter vast te leggen, maar kun je geen commerciële thermische cameras betalen? Dan heb je een DIY thermische imaging camera nodig.

Een thermische camera bouwen is niet zo moeilijk als het lijkt. In wezen gaat het proces over het activeren van de capaciteit van je camerasensor om infraroodlicht te zien.

De DIY thermische imaging camera is veel goedkoper dan de goedkoopste commerciële thermische camera, die tot twee honderd dollar kan kosten.

In dit artikel leer je hoe je een eenvoudige DIY thermische camera bouwt met soepel werking, en we laten zien hoe deze expertcamera's werken.

Als je ook meer wilt leren over thermische imaging camera circuits, is dit artikel voor jou.

DIY Thermische Imaging Camera

De gemiddelde thermische camera is een duur apparaat. Als je er een wilt huren, kost dat vijftig dollar per dag. Je kunt echter een betaalbaardere thermische camera bouwen.

Kortom: het is mogelijk om elke digitale camera om te zetten in een thermische camera. Waarom? Omdat er ingebouwde CCD-sensors op deze cameras zitten die het infraroodspectrum van licht kunnen vastleggen.

Telefooncamera met thermische imaging

Maar omdat langdurige blootstelling aan infraroodlicht de sensor kan beschadigen, gebruiken de meeste fabrikanten een infraroodblokkerende filter om deze functie te deactiveren. Toch kan het verwijderen van het infraroodfilter van je cameraobjectief je laten zien hoe mooi infrarood is.

In dit artikel gebruiken we de MLX90640 thermische camera met een resolutie van 24 bij 32 of 768 pixels voor onze DIY thermische imaging camera. We koppelen de MLX90640 aan een Raspberry Pi SBC, zodat het temperatuurkaarten kan opnemen met een redelijk hoge resolutie.

We zullen ook Python gebruiken om de RPI aan te sturen om bepaalde limieten te produceren. Vervolgens kunnen we de MLX90640 correct positioneren om een thermische camera te leveren met een resolutie van 320 bij 240.

Als je wilt dat de DIY thermische camera functioneert terwijl je rondloopt, heb je een manier nodig om de live output van de camera weer te geven en een batterij om het draaiende te houden. Het beste is dat je deze DIY thermische camera ook als beveiligingscamera kunt gebruiken, omdat de resolutie hoog genoeg is om kwalitatieve afbeeldingen vast te leggen.

Werkprincipe

Een thermische camera kan alleen het infraroodgedeelte van elk object vastleggen dat niet zichtbaar is voor het menselijk oog. Interessant genoeg kunnen de meeste dingen infraroodenergie produceren, wat je ook een warmtehandtekening kunt noemen. Daarom detecteert en meet een thermische camera de infraroodenergie van een object.

De camera converteert de gedetecteerde en gemeten infrarooddata naar een elektronische afbeelding. De elektronische afbeelding toont de oppervlaktetemperatuur van het gemeten object. Thermische cameras bevatten ook optische systemen die infraroodenergie verzamelen op een speciale detectorchip of sensorarray.

Thermische afbeelding

Daarnaast bevat de sensorarray duizenden detectorpixels in een roosterstijl. Hier is het beste: elke pixel op de sensorarray detecteert de infraroodenergie die erop gericht is en creëert een passend elektronisch signaal.

De cameraprocessor berekent vervolgens het signaal van elke pixel en creëert een kleurenkaart die de temperatuur toont. Elke temperatuurwaarde heeft een andere kleur. Uiteindelijk wordt de geproduceerde matrix van kleuren naar het geheugen van de camera verplaatst en wordt een thermische afbeelding van je gemeten object weergegeven.

De meeste thermische cameras worden geleverd met standaardcamera's die automatisch zichtbaar licht vastleggen en standaard digitale afbeeldingen maken. Wanneer je deze afbeeldingen combineert, kun je probleemgebieden in je thermische afbeelding gemakkelijk detecteren en ze matchen met het daadwerkelijke gebied en de apparatuur die je inspecteert.

Benodigde componenten

Je hebt twee componenten nodig om een DIY thermische camera te bouwen:

• Raspberry Pi 4 Computer
• MLX90640 thermische camera

Hoewel de prijzen voor de twee componenten kunnen variëren afhankelijk van waar je ze koopt, zou het project niet meer dan honderdvijftig dollar moeten kosten.

Stappen

Hier zijn de stappen die je moet volgen voor het bouwen van dit project:

Stap 1: Aansluiten

Eerst moet je je MLX90640 aan je Raspberry Pi aansluiten. Bekijk de onderstaande afbeelding om te zien hoe je je componenten moet bedraden.

Ook communiceren de Raspberry Pi en MLX90640 via een I2C-protocol. Dit I2C-protocol vereist de hardwarepinnen vijf of drie (SDA of SCL) van de Pi om te werken.

Bedradingsschema

Stap 2: Raspberry Pi instellen met MLX90640

Je hebt de Adafruit-bibliotheek nodig om het breakout board van de MLX90640 te programmeren. Voer daarom de volgende codes in je Raspberry Pi-terminal in om te controleren of je de sensor van de MLX90640 in Python kunt visualiseren:

Commando's voor installatie

Je moet ook dit doen: gebruik de volgende commando's:

Extra commando's

Gebruik de volgende commando's om te controleren of I2C is ingeschakeld:

I2C-configuratiecommando's

Het commando zou het opstartbestand op de RPi moeten starten. Zodra het open is, navigeer naar dtparam=i2c_arm=on en zorg ervoor dat uncomment niet uitgeschakeld is. Na het inschakelen van je I2C, herstart je je RPi met het onderstaande commando:

Herstartcommando

Als al je bedrading correct is, kun je de I2C-poort controleren om te zien of de RPI je MLX90640 registreert na het herstarten.

I2C-detectiecommando

Je zou de volgende resultaten op je terminal moeten krijgen:

Commando-resultaten

Je bent goed als je het nummer 33 op je terminal ziet. Omdat het I2C-adres van de MLX90640 0x33 is. Controleer dit echter wel op de datasheet van de MLX90640.

Nu zou je Raspberry Pi in staat moeten zijn om het breakout board van de MLX90640 te lezen. Maar je moet nog een paar andere bibliotheken installeren omdat je met de Adafruit-bibliotheek werkt. De volgende commando's kunnen je helpen:

Extra bibliotheekinstallaties

Vervolgens kun je Python IDLE (Integrated Development and Learning Environment) installeren, maar dat is geen vereiste stap. Je kunt de volgende code gebruiken om IDLE te installeren:

IDLE-installatiecommando

Ten slotte open je IDLE en probeer je de MLX90640-bibliotheek van Adafruit te importeren met de volgende testcode:

Testcode

Je kunt het probleem oplossen door de snelheid van het I2C-apparaat op de RPi te verhogen. Daarvoor moet je enkele aanpassingen maken in het "config.txt"-bestand met het volgende commando:

Config-bestand bewerken

Ga naar de sectie met ongecommentarieerde 'dtparam=i2c_arm=on' en voeg de volgende regel toe om de I2C-snelheid te verhogen tot 1Mbit/s: "i2c_arm_baudrate=1000000".

Stap 3: Visualiseren van de real-time thermische camera MLX90640

Er zijn verschillende manieren om de output van je MLX90640 te visualiseren tijdens het gebruik van Python. Een ervan is "imshow", waarmee je elke afbeelding kunt bekijken.

Hier is een eenvoudige implementatie van de MLX90640-visualisatie met imshow in Python:

Visualisatiecode deel 1

Visualisatiecode deel 2

Code voor visualisatie

Stap 4: Interpoleren van de MLX90640

De visualisatiecode hierboven is slechts een snelle en eenvoudige manier om een weergave te krijgen van je MLX90640 thermische array. Je moet de resolutie van je thermische camera en de normale plottingsnelheid verbeteren voor de laatste stap.

Eerst heb je de 'ndimage'-toolbox uit de Python-bibliotheek nodig om de zoomfunctie te activeren. Met dit commando kun je de 24×32 output van je camera interpoleren naar 240×320. Voeg het commando toe aan de visualisatiecode hierboven:

Interpolatiecommando

Vervolgens moet je de "blitting"-methode in "matplotlib" inschakelen om een bijgewerkte framerate te krijgen voor de geïnterpoleerde afbeelding. Hier is de code die je hiervoor nodig hebt:

Blitting-code deel 1

Blitting-code deel 2

Blitting-code

Afsluiting

Een DIY thermische imaging camera, die goedkoper is, is een geweldige manier om infraroodafbeeldingen vast te leggen zonder je zakken leeg te maken. Na het maken ervan kun je snel elk temperatuurverschil onderzoeken met je thermische imager.

Je kunt ook een thermische sensor bouwen die temperaturen weergeeft in hoge-resolutie afbeeldingen. Hoewel de resolutie van een DIY thermische camera niet kan concurreren met een commercieel variant, is het meer dan genoeg voor het detecteren van warmtelekkages of temperatuurveranderingen in je omgeving of een object.

Heb je vragen? Neem zeker contact met ons op, en we zullen blij zijn om te reageren en je verder te helpen.