giovedì 31 ottobre 2013

Come costruirsi una videocamera a infrarossi

Quella dentro la bottiglia è
proprio CocaCola!
Proseguiamo con la nostra caccia agli ORBS infrarossi. In questo articolo vedremo come costruirci una sofisticatissima videocamera a infrarossi, degna del più ardito cacciatore di fantasmi, utilizzando una vecchia webcam, un paio di occhiali da film 3D e un po' di pazienza.

Cominciamo col dire che tra la vostra webcam e una videocamera di sorveglianza notturna, dal punto di vista della sensibilità all'infrarosso, c'è ben poca differenza. Non ci credete? Allora continuate a leggere!

Entrambe raccolgono luce tramite dispositivi elettronici particolari quali i sensori CCD (charge coupled device, dispositivo ad accoppiamento di carica) o quelli CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) presenti in ogni webcam, fotocamera, videocamera, telefonino, scanner, fotocopiatrice, fax, ecc.

Questi sono sensibili a un intervallo dello spettro elettromagnetico che comprende sia il visibile che l'infrarosso vicino. Potete rendervene conto puntando un qualsiasi telecomando verso la fotocamera del vostro telefonino. Quando premerete un tasto del telecomando vedrete una tenue lucetta sul display, invisibile però a occhio nudo. In realtà il vostro sensore vede molto più infrarosso di così! La frazione infrarossa viene infatti bloccata da un apposito filtro (un vetrino speciale opaco all'infrarosso) perché modificherebbe in modo importante la resa cromatica delle immagini che sono rappresentate sui display in termini di rosso, verde e blu, le componenti della luce cui è sensibile l'occhio umano. Nelle videocamere per la sorveglianza notturna questo filtro, semplicemente, manca (e l'immagine è in bianco e nero, o verdastra).

Nelle webcam questo filtro infrarosso è presente ma spesso è facilmente rimovibile. Vediamo come fare.

Rimuovere il filtro infrarosso

La mia webcam, prima
della trasformazione
Cominciamo col dire che rimuovere il filtro infrarosso significa in effetti spesso romperlo. Non è grave (beh, dipende da quanto costa, da chi è il proprietario, insomma: questione di punti di vista) ma la vostra webcam da quel momento in poi sarà solo usabile nel "nuovo" modo.

Per evitare problemi con la mia, discreta, ho comprato una webcam economica su eBay. Qui a fianco c'è l'oggettino acquistato dalla Cina per circa 6€ spese di spedizione comprese. Tempo di consegna: 5/6 settimane.

Ha una risoluzione di 640×480 pixel e dichiara 30 fotogrammi al secondo, un campo non particolarmente ampio ma nemmeno troppo ristretto, una discreta luminosità, viene riconosciuta senza bisogno di scaricare driver aggiuntivi e ha il fuoco manuale, cosa che per il nostro esperimento vien comoda sia per la facilità di rimuovere l'obiettivo che proprio per il fatto di poter lasciare il fuoco fisso sulla distanza che ci interessa. Purtroppo è automatica l'esposizione il che riduce la fluidità in ambienti scuri: tempi di esposizione più lunghi significano immagini più luminose ma anche meno fotogrammi al secondo.

Era in offerta su un negozio online cinese ma a quanto pare è esaurita a quel prezzo. Prendetene una che abbia un obiettivo di dimensioni sensate. Questa, per esempio, è migliore (campo più ampio, migliore resa cromatica) ma ha un obiettivo piccolissimo che non si riesce a svitare. Non comprate questo tipo: ha una definizione pessima.

Nelle webcam economiche con fuoco manuale l'obiettivo può spesso essere svitato completamente e rimosso senza nemmeno dover ricorrere al cacciaviti. In questo caso è protetto da una maschera inserita a pressione che può essere sfilata facilmente, dopo di che è possibile svitare l'obiettivo.
Rimuovendo la mascherina, l'obiettivo può essere svitato e rimosso.
Il sensore (un CMOS in questo caso) è il quadratino in fondo al "buco" dov'era infilato l'obiettivo. Il filtro infrarosso è quel vetrino quadrato sotto l'obiettivo. A occhio nudo manda riflessi rossastri. In questo caso è incassato in un'apposita maschera e bloccato agli angoli da una gocciolina di colla. Può essere sfilato facilmente con l'ausilio di uno spillo facendo leva con delicatezza negli angoli:
Rimozione del filtro infrarosso
Fate molta attenzione a non toccare il sensore in nessun modo e a non fare entrare polvere.

Non resta che rimontare l'obiettivo e reinserire la maschera. La webcam sarà riconosciuta subito e la si potrà facilmente rimettere a fuoco: avvitando (senso orario) si mettono a fuoco oggetti sempre più lontani (e oltre una certa distanza sembrano tutti a fuoco). Svitando si mettono a fuoco gli oggetti vicini. Noterete subito la resa dei colori completamente sfasata e una luminosità molto maggiore.

Un filtro per la luce visibile

In questo momento la webcam sta registrando sia il visibile che l'infrarosso, mescolati assieme. Per il nostro esperimento potrebbe andar bene anche così (e per la videosorveglianza va meglio così) ma sarebbe preferibile far passare solo l'infrarosso o quasi. Come fare? Così come prima c'era un filtro che bloccava l'infrarosso, così ora ce ne serve uno che blocchi o limiti la luce visibile. Ecco alcune possibilità.

Due filtri polarizzatori possono
bloccare la luce visibile
Una soluzione economica sono gli occhiali 3D che vi danno al cinema. La prossima volta che andate a vedere un film 3D non buttateli. Noterete che la "lente" è in realtà una pellicola di plastica. Il telaio degli occhiali si apre facilmente e si sfilano i due fogli. Provate ad appoggiarli l'uno sull'altro su un foglio bianco e a ruotarne uno. Se non succede nulla, giratene uno continuate a ruotare. A un certo punto vedrete che le lenti si oscurano completamente. Succede perché quelli che avete fra le mani sono filtri polarizzati che fanno passare le onde luminose solo se orientate in un certo modo. Se i due filtri sono nello stesso verso la luce passa altrimenti no. La cosa bella è che sono polarizzati per la luce visibile ma trasparenti per l'infrarosso. Morale: tagliate due cerchietti che possano stare tra la maschera e l'obiettivo, inseriteli ruotati in modo da non far passar la luce ed il gioco è fatto. Funziona benone ma secondo me sfoca leggermente l'immagine (o forse erano solo i miei occhiali 3D ad essere un po' rovinati).

Un'altra possibilità sono i vecchi floppy disk: il supporto magnetico dovrebbe essere opaco alla luce visibile ma abbastanza trasparente all'infrarosso.

Oppure si può usare un pezzo sovraesposto (appare nero) di una vecchia pellicola fotografica. Evitate di lasciare impronte.

Per finire, c'è la soluzione che ho scelto io: l'infragram filter di PublicLab (cercate il link DIY infrared photography). È una pellicola di plastica trasparente blu che di fatto "schiaccia" lo spettro della luce visibile nel solo canale blu, lasciando l'infrarosso vicino nel canale del rosso. Costa più o meno 10€ spese di spedizione comprese e arriva in meno di due settimane. Sono due foglietti, sufficienti per decine e decine di filtri.
Come montare il filtro per la luce visibile
Sono tutte soluzioni economiche e facili da realizzare. Si tratta di ritagliare dei dischetti di plastica da piazzare tra la maschera e l'obiettivo. Se non ci fosse la maschera, con un po' di attenzione si può comunque provare a fissarli davanti all'obiettivo. In alternativa, facendo molta attenzione, possono essere messi al posto del filtro infrarosso, fissandoli con una goccia microscopica di colla cianoacrilica (supercolla tipo Attak) da applicare con parsimonia con la punta di uno stuzzicadenti.

Fate molta attenzione a non lasciare impronte sulle pellicole, sull'obiettivo e a non toccare il sensore.

Il mondo all'infrarosso

La mia webcam a infrarossi
Bando alle ciance. In questi due fotogrammi potete vedere come alcuni oggetti cambino completamente aspetto se visti all'infrarosso:

Primo mito da sfatare: gli infrarossi non ci sono solo di notte ma anche di giorno. Anzi, di giorno ce ne sono molti di più! La fonte più importante di infrarossi è in effetti il Sole (che emette in tutto lo spettro elettromagnetico). Altra fonte importante sono le lampade a incandescenza. Neon, led, lampade ad alta efficienze energetica invece non emettono nell'infrarosso. Due fonti particolarmente comode e a portata di mano solo i telecomandi e gli accendini. Secondo mito da sfatare: i flash delle fotocamere (a meno che non siano dei led) sono visibili nell'infrarosso, eccome.

Ecco come appare il mondo visto dalla nostra webcam infrarossa.


Natura morta... infrarossa!
A illuminare la scena è il lampadario, con due lampade ad alto risparmio energetico e due a incandescenza, tutte piuttosto fioche. L'immagine a colori è di bassa qualità perché la luce ambientale è scarsa. Quella infrarossa è fin troppo luminosa.

La prima immagine è ripresa con una webcam normale, la seconda con quella a infrarossi. La pianta è completamente bianca, come sono bianchi i due pomodorini, La vernice nera della torcia è completamente trasparente all'infrarosso. La scatola di plastica è molto più trasparente e si vede bene un oggetto all'interno (è la scocca di plastica di un portachiavi). La banconota da 10€ mostra solo il numero di serie. La custodia viola della mia fotocamera è bianca, anche se rimane nero il tessuto elasticizzato. Sullo sfondo la coperta che ricopre il divano è completamente decolorata e nella borsa che c'è adagiata sopra si vedono delle bande di tessuto diverso, più chiare. Anche la CocaCola cambia colore: nell'immagine di apertura si vede come sia trasparente all'infrarosso,

Siamo quasi pronti per la caccia ai fantasmi. Manca solo l'illuminatore a infrarossi. Lo vedremo alla prossima puntata.



Vedi anche:

7 commenti:

  1. Un articolo esauriente sull'argomento che fa capire. Grazie mille!

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  2. io ho in casa una web cam lg modello lpc-um10 e vorrei modificarla ma non ci sono r5iuscita perchè (non sono esperta) il cip è un tutt'uno col filtro l'obbiettivo piccolino è un corpo unico (ma forse dovrei fare altri tentativi. cmq a tuo parere è modificabile?? e come? mi eviterei di fare altri acquisti... grazie Paola

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    1. Non conosco la webcam in questione (d'altra parte ce ne sono migliaia!) ma se il filtro è incollato sul chip, rischi di danneggiarlo con le scheggine di vetro che inevitabilmente si formeranno quando tenterai di rimuoverlo, se non agisci con estrema cautela.

      Mi vien da pensare che comunque sia incollato, per cui aiutandosi con uno spillo e forzandolo pian piano negli angoli forse lo si riesce a scalzare. Cerca di lavorare tenendo il vetro in basso e il chip in alto.

      Se riesci a mettere da qualche parte le foto del retro dell'obiettivo e del chip magari riesco a farmi un'idea.

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  3. Ciao. Ho un obiettivo varifocale IR ma mi piacerebbe renderlo normale e bloccare gli infrarossi diminuendo il meno possibile la luminosità. Cosa mi consigli? Grazie

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    1. Faccio fatica ad esserti utile. Non sono un esperto.
      Un conto è giocare con una webcam da pochi euro, un conto mettere le mani su qualcosa di costoso.

      Se il tuo obiettivo fa passare solo gli infrarossi, allora deve avere un qualche filtro per "cancellare" la luce visibile. In quel caso, se aggiungi un cut-off per gli infrarossi, non vedi nulla.
      Se invece lascia passare tutto, mi viene da pensare che possa bastare applicare un qualche filtro infrarosso. D'altra parte se il tuo apparecchio nasce per "vedere" gli infrarossi non è detto che - togliendoli - tu abbia una buona resa cromatica.

      Per una prova veloce potresti procurarti - non so dove, però - un ritaglio o un campione di quelle pellicole che si applicano ai vetri delle finestre.


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