サーマルカメラとアプリケーション

By 250 in PC, サイエンス, テクノロジー, 自作, 電子工作 2021年12月12日

　サーマルカメラは熱に反応し物体の温度を可視化することができるカメラです。通常のカメラと同様に被写体に対してサーマルカメラを向けるだけで温度を計測することができます。建物入館時の体温計測や建築のひび割れの確認、機材の異常検知に応用されています。さらに、光を検出する通常のカメラと比較し、温度を可視化するサーマルカメラは真夜中などの暗い状況下でも撮影が可能であるため監視カメラとしても用いることができます。

サーマルカメラの原理

　あらゆる物体は遠赤外線と呼ばれる目には見えない電磁波を発しています。暖かい物体ほど多くの遠赤外線を発します。サーマルカメラはこの物体が発する遠赤外線がもつエネルギーを検出するカメラです。

サーマルカメラ製品

　サーマルカメラを製造販売するメーカはいくつかありますが、今回は最大手であるFLIR社のサーマルカメラを某オークションサイトにて入手したので、レビューを行います。FLIR社はさまざまなサーマルカメラを取り扱っていますが、その中でも比較的高解像度なboson 360を手に入れました。スマホに接続するタイプのものや液晶がセットになったデジカメに似たタイプの製品が有名ですが、今回手に入れたものはモジュールタイプとなっているものです。スマホ用のサーマルカメラは160×120ピクセル程度しかありませんが、Boson 360は320×256ピクセルあり、より高解像度になります。一方で、PCとのインタフェース部分は製品に含まれておらず別途準備する必要がありました。そこで、インタフェース用の基板作成を行います。

Boson360用インタフェース基板

　Boson360は非常に小型なカメラモジュールです。その中でも今回は2.3mmのレンズが搭載されたモデルを購入しました。魚眼レンズに近い広角タイプになります。製品ラインナップとしてはより狭い視野角のものなどさまざまなラインナップがあります。

　カメラ裏面のコネクタからはUSBカメラ用のUSB信号、電源、パラレルデジタル信号線が出ています。今回は接続が容易なUSB信号を用いてPCに接続します。カメラの電源電圧は3.3VでありUSBの5V電源を直接接続する事はできません。そのため、5Vを3.3Vに降圧するDCDCコンバーターが必要になります。また、静電気によるカメラの破壊を防ぐためにツェナーダイオードを取り付けます。
　コネクタは0.5mmピッチのコネクタを用いているため専用の基板を起こすべきでしたが、試用が目的であるためサンハヤトの変換基板を用います。カメラ用コネクタ、DCDCコンバーター、面実装ツェナーダイオード、USBコネクタを変換基板上に載せました。今回利用した0.5mmコネクタとサンハヤトの変換基板の組み合わせではコネクタのハンダ不良が多発したため、試作を行われる方は専用の基板を起こされることをおススメいたします。

PCとの接続

　USBケーブルを用いてカメラとPCを繋ぐと通常のUSBカメラとして認識されます。Bosonではいくつかのカラーパタンが用意されており、まず専用アプリを用いて設定を行いました。カラーパターンとしてはモノクロ出力、カラー出力などが選択できます。今回は高温部が白、低温部が黒となるモノクロ出力のパタンを選択しました。他にもさまざまな設定を変更することができます。

試写

　それでは、いろいろな物の写真を撮ってみます。初めに、水とお湯を入れたコップを撮影しました。