Conceptos básicos de los drones térmicos

La imagen térmica en vehículos aéreos no tripulados (VANT) pequeños o drones ha ido ganando popularidad en los últimos años. Desde la evaluación terrestre en entornos agrícolas hasta la inspección de líneas de tensión en el sector de servicios públicos, y desde casos de búsqueda y rescate hasta la inspección y detección de incendios, las aplicaciones continúan aumentando.

Últimamente, las capacidades de imagen térmica de los drones DJI han sido fundamentales para ayudar a profesionales de todo el mundo a mejorar la seguridad, la precisión y el rendimiento de sus tareas de relevamiento. Por citar algunos ejemplos, en Argentina, se emplean drones como los DJI Matrice 350, o Mavic 3T, para la inspección térmica, el control de parques nacionales, y la inspección de campos de trigo, maíz y soja. En Rusia, se utilizan drones como el Matrice 30T para controlar y prevenir incendios forestales. En Estados Unidos, especialistas utilizan drones DJI para evaluar el daño estructural antes de que los bomberos ingresen a un edificio en llamas. Y en Vietnam o Chile, se han utilizado drones como el Mavic 3T para buscar supervivientes de terremotos, inundaciones y desprendimientos. Estos son solo algunos ejemplos que demuestran cómo a empresas, gobiernos y fuerzas de seguridad, operan de manera más eficiente y con menos riesgo.

Si te estás preguntando si es el momento de pasar a un drone con capacidades de imagen térmica, esta publicación está pensada para ayudarte a comprender mejor la tecnología subyacente y a evaluar mejor la funcionalidad de estos dispositivos.

En segundo lugar, es importante tener en cuenta que no todos los objetos emiten una firma de calor precisa. El grado en el que un objeto absorbe o refleja el calor se llama emisividad y varía mucho entre los objetos. Además, los objetos con alta emisividad, como la madera, se pueden detectar con facilidad con un dispositivo de imágenes térmicas mientras que los de baja emisividad, como las baldosas, no se pueden detectar con facilidad con una cámara térmica.

Nociones básicas del calor

¿Cómo funciona una cámara térmica?

Las cámaras térmicas miden fundamentalmente la temperatura de la superficie de un objeto y están diseñadas para detectar cambios sutiles de temperatura. Sin embargo, los espejos, los objetos brillantes y las zonas muy pulidas reflejan la radiación térmica y, por lo tanto, no se pueden medir con precisión con una cámara térmica. En cambio, las superficies no reflectantes, como el hormigón, la madera e incluso los seres humanos, tienen un alto grado de emisividad y por ello se pueden medir con mayor precisión mediante imágenes térmicas.

Técnicamente, el sensor térmico en realidad se denomina microbolómetro. Básicamente, este sensor altamente sofisticado absorbe energía infrarroja y luego crea un termograma basado en sus mediciones. Curiosamente, los microbolómetros antiguos se tenían que contener dentro de materiales de enfriamiento exóticos y, por lo tanto, se consideraban "enfriados". En consecuencia, esos primeros microbolómetros eran muy caros. Por suerte, la tecnología ha avanzado hasta un punto en el que los microbolómetros ahora pueden "no enfriarse" y aún así brindar una calidad excepcional.

El calor no es más que la vibración de átomos: cuanto más vibran, más se calientan. Y, a medida que los átomos vibran, crean lo que se conoce como firma de calor. Esta firma de calor es lo que detectan las cámaras de imagen térmica.

La termografía es el campo de estudio que se ocupa del calor o la radiación infrarroja (infrared radiation, IR) que un objeto emite de forma natural. Los instrumentos termográficos, como las cámaras térmicas, detectan y muestran las firmas de calor de objetos animados e inanimados.

Antes de entrar en los detalles de la imagen térmica, existen varios factores principales sobre la termografía que se deben destacar. En primer lugar, los seres humanos pueden sentir el calor, pero no pueden verlo porque el calor ocurre en la longitud de onda infrarroja del espectro electromagnético. Además, la luz visible que los seres humanos pueden ver es, de hecho, solo una pequeña franja del espectro electromagnético. Las cámaras térmicas, por otro lado, capturan energía infrarroja y generan imágenes adecuadas para nuestra visión limitada.

Una cámara térmica consta de un objetivo especializado que permite el paso de las frecuencias IR. Además, la cámara incluye un sensor térmico y un procesador de imágenes que se encuentran almacenados en una funda protectora. Normalmente, la cámara está montada en el estabilizador de un dron que gira hasta 360 grados y ayuda a estabilizar la cámara. Mientras el dron vuela, el sensor térmico de la cámara detecta longitudes de onda infrarrojas y las convierte en señales electrónicas. Después de recibir las señales, el procesador de imágenes crea lo que se conoce como un termograma o imagen termográfica, que se compone de un mapa de color que muestra diferentes valores de temperatura.

Cómo interpretar imágenes térmicas.

El software de imagen térmica del drone ofrece una variedad de paletas de colores a elegir. Esas paletas suelen variar desde una configuración de blanco cálido con elementos calientes mostrados en blanco y elementos más fríos mostrados en negro, hasta una configuración de negro cálido donde se invierten los patrones de color. Otra paleta de colores habitual es la configuración del arcoíris que muestra el calor en una gama de colores con los elementos más calientes en rojo, naranja o amarillo y las temperaturas más frías en azul o negro.

Los drones más avanzados suelen ofrecer una variedad más amplia de paletas de colores para que los consumidores puedan seleccionar la mejor visualización para sus necesidades particulares. Por ejemplo, la cámara térmica Zenmuse H20T de DJI proporciona doce paletas de colores que se asignan a 256 colores y se muestran en formatos JPEG o MPEG-4 de 8 bits.

Procesamiento de imágenes con cámaras térmicas

Después de capturar imágenes con la cámara térmica, el software del dron muestra cada clip en una galería en la pantalla, al igual que -por ejemplo- un smartphone muestra los segmentos de vídeo capturados. Por tanto, los profesionales pueden utilizar una variedad de paquetes de software para analizar y editar esas imágenes.

Por lo general, las cámaras térmicas de gama baja simplemente capturan imágenes térmicas sin las lecturas de temperatura. Por el contrario, las cámaras de gama alta, como la Zenmuse H20T, compatible con el DJI Matrice 350, o la cámara de los Matrice 30T o Mavic 3T miden datos termográficos en cada píxel individual y, por consiguiente, registran las lecturas de temperatura real junto con las imágenes térmicas. Este nivel de detalle, junto con la información GPS geoetiquetada para cada foto, hace que la evaluación de imágenes sea mucho más rápida y práctica.

Lecturas de la superficie

Aunque son muy sensibles, las cámaras térmicas se pueden ver afectadas por numerosos factores, como la hora del día, las condiciones de la superficie y la reflectividad de un objeto. Las condiciones atmosféricas, como el aire cálido, la humedad, las nubes, la lluvia y la nieve, también pueden reducir de forma significativa la precisión de una lectura térmica. Además, el humo, el polvo y los residuos pueden tener una influencia negativa.

El revestimiento de la superficie de un objeto también puede influir. Por ejemplo, dos objetos fabricados con el mismo material pueden recibir diferentes mediciones de la cámara térmica si uno de los objetos está corroído o recién pintado, o alterado de alguna forma con respecto al otro objeto. En ese caso, la cámara térmica generaría lecturas de temperatura diferentes para ambos objetos.

Otros factores también pueden influir en las mediciones térmicas. Por ejemplo, en la siguiente imagen, los paneles solares están fabricados del mismo material, pero algunos generan lecturas térmicas diferentes debido a la posición de la cámara en relación con la posición del sol.

Factores a tener en cuenta en la lectura de superficie

Algunos de los factores que afectan a la precisión de las mediciones termográficas de temperatura son:

1. Condiciones atmosféricas

2. Humo, polvo y residuos

3. La emisividad de un objeto

4. La transparencia de un objeto

5. La reflectividad de un objeto

6. La hora del día

7. El ángulo de visión

8. El tipo de pintura de un objeto

9. La distancia de la cámara a un objeto

10. La cantidad de energía térmica de una zona

11. La rugosidad o tersura de un objeto

Sistemas de cámara doble

Los sistemas de cámara doble capturan imágenes térmicas y en color de forma simultánea. Un buen ejemplo de esta función es el instrumento térmico e híbrido Zenmuse H20T de DJI, que consta de dos cámaras en una: una cámara de luz visible normal y una cámara de imagen térmica. Por lo general, los sistemas de cámara doble utilizan un software avanzado para proporcionar lecturas térmicas más precisas.

Isotérmicos

Una isoterma es una configuración de temperatura definida por el usuario. Esta función permite a los clientes establecer rangos de temperatura específicos que se mostrarán en el panel de control del dron para destacar puntos calientes. Por ejemplo, si realizaras una inspección en una zona potencialmente peligrosa, podrías buscar lecturas de altas temperaturas para estar alerta ante posibles incendios y, por tanto, podrías configurar la pantalla del drone con cámara térmica para que solo muestre lecturas isotérmicas en los rangos de temperatura más altos. Como resultado, podrías conocer los posibles peligros en tiempo real haciendo volar un drone térmico, en lugar de esperar a que las imágenes grabadas se representen y luego se analicen.

Próxima generación de imágenes térmicas aéreas.

Los drones con sensores térmicos integrados, como el Matrice 30T, pueden medir información termográfica en condiciones complejas, como con niebla y humo. Además, la Zenmuse H20T, compatible con el Matrice 350 RTK tiene capacidades de software avanzadas que permiten a los usuarios configurar alarmas cuando las temperaturas superan determinados parámetros, rastrear la temperatura de los objetos resaltados, verificar las temperaturas en tiempo real con solo tocar la pantalla, superponer un objeto de luz visible sobre un objeto térmico y optimizar la claridad de la imagen.

Eligiendo la cámara térmica ideal

Cabe destacar que no todas las cámaras térmicas son iguales. Por este motivo, existen varios factores principales que deben tenerse en cuenta a la hora de decidir comprar una u otra, como por ejemplo:

1. El campo de visión (FOV, por sus siglas en inglés) hace referencia al tamaño de la imagen observable que capta la cámara.

2. La resistencia al clima indica el grado de resistencia de un cuadro eléctrico a los elementos y se mide en niveles de protección (IP). Si prevés que en tus misiones expondrás al drone y a los sensores térmicos a condiciones climáticas adversas, como lluvia o niebla, te recomendamos que te plantees adquirir el pack M350 RTK + H20T, o el Matrice 30T, ambos equipos disponen de una resistencia a los elementos y al clima líderes en el sector.

3. La banda espectral hace referencia al rango electromagnético que puede detectar el sensor de la cámara.

4. La sensibilidad térmica indica el grado de sensibilidad de la cámara térmica y hasta qué punto la cámara percibe diferencias de temperatura. Esto también se conoce como temperatura diferencial de ruido equivalente (NEDT, por sus siglas en inglés).

5. La resolución de la imagen hace referencia al tamaño y la cantidad de píxeles que contiene una imagen, así como al nivel de detalle de la imagen.

Ejemplos de uso

A medida que mejora la tecnología en este apasionante campo, los profesionales encuentran cada vez más formas de utilizar dispositivos de imagen térmica. Por ejemplo, los drones con cámaras térmicas ya se utilizan para mejorar la eficiencia de las plantas solares, rastrear e inspeccionar el ganado, detectar con rapidez el sobrecalentamiento de los interruptores en líneas de distribución eléctrica, inspeccionar equipos en minas, gestionar sistemas agrícolas, determinar estrés hídrico de cultivos, realizar busqueda y rescate de personas, e -inclusive- mejorar la seguridad permitiendo el rastreo nocturno. Estos son solo algunos de los casos de uso particulares para los drones con térmicos y, a medida que la tecnología avance, la lista de aplicaciones sigue ampliándose.

Para ayudarte a decidir si un dispositivo de imagen térmica es adecuado para el tipo de trabajos que quieras realizar, ponete en contacto con nosotros para poder asesorarte.