06.2.03.1 I diversi tipi di sensori di movimento

Sensori PIR, all’infrarosso attivo, meccanici etc.

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Il sensore è il componente più importante di una fototrappola o videotrappola: il suo compito è quello di individuare la presenza o il passaggio di un animale e inviare un impulso che fa scattare la fotocamera o fa iniziare la registrazione di un video.

Esistono diversi tipi di sensori utilizzati nel fototrappolaggio e nella fotografia Hi-Speed; quelli principali sono sensori all’Infrarosso, attivi o passivi, i sensori meccanici e i sensori Motion Detection (MD); si possono usare anche sensori acustici o radar o a ultrasuoni ma il loro uso è molto più limitato.

Introduzione all’InfraRosso (IR)

Prima di descrivere le tipologie principali di sensori è bene soffermarsi per dare qualche dettaglio sull’Infrarosso ; il termine Infrarosso infatti verrà usato spesse volte in questo manuale non solo parlando di sensori ma anche per gli illuminatori notturni.

La radiazione infrarossa è una radiazione elettromagnetica che ha una banda di frequenza nello spettro elettormagnetico inferiore a quella della luce visibile ma maggiore di quella delle onde radio; la sua lunghezza d’onda va dai 700 nm a 1 mm. Il termine infrarosso deriva dal latino e vuol dire “sotto il rosso” perché il rosso è il colore visibile con la frequenza più bassa. L’occhio umano è in grado di vedere la luce visibile che arriva ad una lunghezza di banda di 700 nm, l’infrarosso parte da poco sopra questa banda e dunque non è visibile all’occhio umano o animale. Nel fototrappolaggio si parlerà spesso di infrarosso attivo o passivo (infrarosso termico) per quanto riguarda i sensori mentre si parlerà di infrarosso visibile (850 nm) o invisibile (940 nm) per quanto riguarda gli illuminatori all’Infrarosso che vengono usati soprattutto nel videotrappolaggio. Cerchiamo dunque di capire meglio questi termini:

Infrarosso attivo (detto anche infrarosso vicino):

E’ una radiazione Infrarossa che va dai 0,75 µm a 1,4 µm (detta anche NIR), è ad esempio quella prodotta dai telecomandi delle tv. E’ una radiazione piuttosto vicina alla luce visibile, infatti anche se l’occhio umano non riesce la luce prodotta da un illuminatore o un led all’infrarosso, può comunque vedere l’illuminatore o il led acceso.  Questo succede con l’infrarosso così detto “visibile” (850 nm); esistono anche illuminatori all’Infrarosso attivo “invisibile” (940 nm) in questo caso l’occhio umano non riesce a vedere ne’ la luce prodotta ne’ l’illuminatore acceso.

L’infrarosso attivo viene usato nel fototrappolaggio in due situazioni:

1) Sensori attivi: barriere all’infrarosso o fotocellule

2) Illuminatori all’infrarosso (visibile o invisibile) per i video notturni

Infrarosso passivo (detto anche infrarosso lontano o infrarosso termico)

E’ una radiazione Infrarossa che va da 15 µm a 1000 µm (1 mm) ed è detta anche FIR.  E’ associato alla temperatura poichè ogni oggetto con temperatura superiore allo zero assoluto emette spontaneamente radiazione in questa banda; secondo la legge di Wien inoltre aumentando la temperatura il picco di emissione di infrarosso si sposta sempre più verso il visibile fin quando l’oggetto non diventa incandescente. 

Nel fototrappolaggio l’infrarosso passivo o termico viene usato per una sola applicazione e cioè i sensori passivi detti PIR (Passive Infra Red).

1) SENSORI ATTIVI

Un sensore a infrarosso attivo  è costituito da un trasmettitore che emette un sottile raggio di luce infrarossa (come nei telecomandi delle tv) e da un ricevitore. Se trasmettitore e ricevitore sono separati si parla di barriera infrarossa (o barriera IR), se sono collocati vicini su uno stesso apparato si parla di sensore a riflessione. Mentre in una barriera infrarossa l’interruzione del raggio tra trasmettitore e ricevitore fornisce l’input per far scattare la fototrappola, nel sensore a riflessione è il “ritorno” verso il ricevitore della luce infrarossa emessa dal trasmettitore e riflessa dal soggetto che fa scattare il sistema. I sensori attivi all’infrarosso hanno un consumo energetico superiore ai sensori passivi che vedremo dopo e sono dunque meno adatti al fototrappolaggio remoto dove è necessario massimizzare l’autonomia. Essendo il fascio di luce IR molto sottile hanno un campo d’azione molto ristretto e dunque hanno elevata precisione, per questo motivo sono i preferiti nella fotografia Hi-Speed.

In commercio esistono pochi prodotti specifici per la fotografia, nella maggioranza dei casi, se si è esperti, si modificano sensori usati per gli allarmi adattandoli alle fotocamere. Se non avete possibilità di costruirvi in casa un sensore IR attivo potete acquistare dei sensori appositamente e studiati e realizzati per la fotografia naturalistica Hi-Speed.

2) SENSORI PASSIVI

Un sensore ad infrarossi passivo (PIR, Passive InfraRed detto anche sensore piroelettrico) è un sensore che riesce a percepire i raggi infrarossi irradiati dagli oggetti per effetto della temperatura stessa degli oggetti (InfraRosso Lontano o Termico). O meglio, un PIR identifica nel suo campo d’azione (angolo di copertura) le differenze termiche che possono verificarsi in ogni momento rispetto alla temperatura che il PIR aveva memorizzato come normale/media quando è stato acceso. Tutti gli oggetti con temperatura superiore allo zero assoluto, infatti, emettono energia sottoforma di radiazione IR, che è invisibile all’occhio umano a meno che la temperatura non sia molto elevata (incandescenza). Dunque quando passa un animale che ha una certa temperatura più alta (o anche più bassa!) rispetto alla temperatura media registrata dal PIR, si crea una differenza termica che verrà individuata dal sensore. La soglia può essere, in alcuni sensori, modificata dalle impostazioni (sensibilità).

In genere i sensori PIR usati in fototrappolaggio hanno una distanza di rilevamento di 10-15 metri e un campo d’azione di forma conica che può arrivare fino a 300 gradi; si tratta dunque di sensori meno “precisi” rispetto a quelli attivi visti in precedenza. Il consumo energetico di un sensore PIR è molto basso proprio perché si tratta di un sensore passivo e ciò rende i sensori PIR particolarmente adatti per il fototrappolaggio remoto dove si deve massimizzare l’autonomia energetica.

Anche questi sensori si possono realizzare in casa se si ha un po’ di competenza in elettronica; in caso contrario è possibile acquistare sensori PIR appositi per la fotografia, trovate tutte le informazioni necessarie in questa pagina.

3) SENSORI MECCANICI O A VIBRAZIONE

Esistono diverse categorie di sensori meccanici che possono funzionare sulla base di diversi principi fisici. Il più semplice è il contatto diretto tra due poli fissati a due piastre; altri tipi di sensori meccanici funzionano a vibrazione (per esempio quelli usati per allarmare le finestre). I sensori meccanici hanno un consumo energetico nullo proprio perché funzionano meccanicamente mentre il loro campo d’azione è variabile in base alla configurazione; se per esempio si fissa un sensore a vibrazione su della rete metallica di 30×40 cm il campo d’azione sarà appunto di 30×40 cm, mentre se si fissa il sensore a vibrazione su un posatoio il sensore provocherà lo scatto solo quando un uccello si poggia sul posatoio.

4) MOTION DETECTION

Il termine Motion Detection è molto generico e in teoria indicherebbe ogni tipo di sensore in grado di individuare i movimenti come ad esempio i PIR. In realtà il termine Motion Detection (MD)  è usato per indicare una particolare categoria di sensori, che esistono sia in versione analogica che digitale e che letteralmente consentono di individuare il movimento analizzando un’immagine video. I sensori MD analogici hanno quindi una entrata video analogica (in genere VGA) attraverso cui possono essere collegati ad una qualsiasi videocamera; il circuito interno analizza il flusso video analogico individuando le variazioni del segnale video che indicano il passaggio di una persona o un animale nell’area inquadrata dalla videocamera. I sensori MD digitali fanno lo stesso lavoro analizzando però un segnale digitale (i pixel dei fotogrammi) e rilevando i cambiamenti di luminosità dei pixel tra un fotogramma e l’altro. I sensori MD digitali sono i più comuni (ormai è difficile trovare in commercio sistemi MD analogici) e si trovano in alcune Action Cam ma possono essere implementati anche su alcuni modelli di fotocamere compatte o Reflex usando appositi firmware alternativi di terze parti (Magic Lantern o CHDK). Il campo d’azione di un sensore MD dipende dal campo inquadrato e il consumo energetico è molto elevato poiché il processore della camera deve continuamente confrontare i fotogrammi per individuare il movimento (in genere su una fotocamera compatta o un’Action Cam l’autonomia, una volta attivata la modalità Motion Detection, è di circa 1-2 ore). Il principale vantaggio dei sensori MD è quello di poter coprire aree anche remote, senza bisogno di posizionare fisicamente un sensore; per esempio si può puntare un nido di Aquila reale a 300 metri di distanza e far scattare automaticamente una fotocamera quando si verifica un movimento nel nido, per esempio all’arrivo di un adulto con la preda. Essendo inoltre integrati all’interno del software di alcune Action Cam o fotocamere, i sistemi Motion Detection sono molto utili perché consentono di avere una fototrappola “temporanea” sempre con se.

Maggiori dettagli su come utilizzare il Motion Detection sulle fotocamere sono presenti nel manuale avanzato di fototrappolaggio

Trap-focus

Il Trap-Focus è paragonabile per certi versi ad un sensore MD e si può attivare solo su alcune fotocamere dal menu originale oppure tramite firmware alternativi come il Magic Lantern. In poche parole si deve impostare sulla fotocamera, andando sul menù relativo all’autofocus, l’opzione dello “scatto solo se a fuoco”, in questo modo la fotocamera scatterà solo se arriverà un soggetto in corrispondenza di uno dei punto di autofocus; ovviamente per ottenere un sistema di scatto automatico sarà necessario usare un telecomando dotato di blocco dello scatto (tipicamente usato per il bulb). Facciamo un esempio per capire meglio: immaginiamo un posatoio, un ramo che esce dall’acqua, distante dal nostro appostamento e non raggiungibile se non immergendosi in acqua, questo ramo è utilizzato da diverse specie di uccelli, per esempio dal Martin pescatore; se vogliamo che la nostra fotocamera scatti automaticamente appena un soggetto arriva sul posatoio impostiamo nel menù lo “scatto solo se a fuoco”, impostiamo solo il punto autofocus centrale o il punto centrale esteso, impostiamo la messa a fuoco della fotocamera in manuale (MF), fuocheggiamo manualmente sul posatoio, quindi alziamo l’inquadratura, in modo tale che il punto centrale si trovi sopra il posatoio, colleghiamo un telecomando con blocco di scatto e blocchiamo lo scatto; in poche parole è come se avessimo il dito premuto sul pulsante di scatto della fotocamera che però non scatterà perchè in corrispondenza del punto di autofocus non c’è alcun soggetto e dunque il punto autofocus non si attiva; non appena il soggetto arriverà sul posatoio il punto autofocus si attiverà e la fotocamera scatterà automaticamente. Il Trap-focus consuma rapidamente la batteria delle fotocamera (perchè il processore dell’autofocus è sempre attivo), più o meno come il Motion-Detection e funziona in maniera simile, è comodo da usare se la vostra fotocamera non ha la funzione Motion Detection.

5) ALTRI TIPI DI SENSORI

Radar e Ultrasuoni

Sono poco usati nella fotografia naturalistica, consumano molta energia rispetto ai PIR ma non presentano particolari vantaggi.

Sensori di luminosità

Sono generalmente utilizzati per fotografare i fulmini, e non sono adatti alla fotografia di animali. I sensori di luminosità possono essere via software (ad esempio con firmware alternativi come Magic Lantern o CHDK) oppure fisici, come per esempio in alcuni modelli di sistemi multi-sensore.

Sensori acustici

Anche in questo caso si tratta di sensori non adatti alla fotografia di animali, sono utilizzati principalmente per la fotografia delle gocce d’acqua o di palloncini che esplodono; possono essere via software (ad esempio con firmware alternativi come Magic Lantern o CHDK) oppure fisici, come per esempio in alcuni modelli di sistemi multi-sensore.