I principi di funzionamento dei droni termici

Una rapida occhiata a come la tecnologia di imaging termica abbinata alla manovrabilità di un drone può portare benefici alla tua azienda.

La termografia in piccoli veicoli aerei senza pilota (sUAV) o droni sta guadagnando popolarità negli ultimi anni. Dalla valutazione del terreno in contesti agricoli all’ispezione delle linee elettriche nel settore dei servizi pubblici e dagli scenari di ricerca e soccorso all’ispezione e rilevamento di incendi, le applicazioni continuano a crescere.

Recentemente, le capacità di imaging termica dei droni DJI sono state fondamentali per aiutare i clienti di tutto il mondo a migliorare la sicurezza e le prestazioni. In Argentina, i droni DJI sono stati utilizzati per l’ispezione termica. In Bielorussia, i droni DJI sono stati utilizzati per estinguere gli incendi. Negli Stati Uniti, i droni DJI sono stati utilizzati per valutare i danni strutturali prima che i vigili del fuoco entrassero in un edificio infiammato. E in Vietnam, i droni DJI sono stati utilizzati per cercare i sopravvissuti alle inondazioni e alle frane. Questi sono solo alcuni esempi che dimostrano come i droni termici stiano aiutando le aziende a operare in modo più efficiente con meno rischi.

Se ti stavi chiedendo se è ora di passare a un drone con funzionalità di imaging termica, questo articolo è progettato per aiutarti a comprendere meglio la tecnologia sottostante e per aiutarti a valutare meglio la funzionalità di questi dispositivi.

Riscaldamento 101

Il calore non è altro che la vibrazione degli atomi: più vibrano, più diventano caldi. E mentre gli atomi vibrano, creano ciò che è noto come una firma di calore. Questa firma di calore è ciò che viene rilevato dalle termocamere.

La termografia è il campo di studio che si occupa del calore o della radiazione infrarossa (IR) che un oggetto emette naturalmente. Strumenti termografici come le telecamere termiche rilevano e visualizzano le firme di calore di oggetti animati e inanimati.

Ci sono alcuni fattori chiave sulla termografia che devono essere evidenziati prima di entrare nei dettagli della termografia. Innanzitutto, gli esseri umani possono sentire il calore, ma non possono vederlo perché il calore si verifica sulla lunghezza d’onda dell’infrarosso dello spettro elettromagnetico. Inoltre, la luce visibile che gli esseri umani possono vedere è in realtà solo un piccolo frammento dello spettro elettromagnetico. Le telecamere termiche, d’altra parte, catturano l’energia a infrarossi e rendono le immagini adatte alla nostra visione limitata.

In secondo luogo, è importante notare che non tutti gli oggetti emettono un’accurata firma di calore. Il grado in cui un oggetto assorbe o riflette il calore è chiamato emissività e varia notevolmente tra gli oggetti. Inoltre, gli oggetti con alta emissività, come il legno, possono essere facilmente rilevati da un dispositivo di imaging termica mentre quelli con bassa emissività, come queste piastrelle per terrazze, non possono essere facilmente rilevati da una termocamera.

Come funziona una termocamera

Le termocamere misurano principalmente la temperatura superficiale di un oggetto e sono progettate per rilevare sottili cambiamenti di temperatura. Tuttavia, specchi, oggetti lucidi e aree altamente levigate riflettono la radiazione termica e quindi non possono essere misurati con precisione da una termocamera. Invece, le superfici non riflettenti come il cemento, il legno e persino gli esseri umani hanno un alto grado di emissività e quindi possono essere misurate in modo più accurato utilizzando le immagini termiche.

Una termocamera è costituita da un obiettivo specializzato che consente il passaggio delle frequenze IR. Inoltre, la fotocamera include un sensore termico e un processore di immagini, tutti alloggiati in una custodia protettiva. La videocamera è generalmente montata sul gimbal di un drone che ruota fino a 360 gradi e aiuta a stabilizzare la videocamera. Mentre il drone vola, il sensore termico della telecamera rileva le lunghezze d’onda degli infrarossi e le converte in segnali elettronici. Dopo aver ricevuto i segnali, l’elaboratore di immagini crea ciò che è noto come un termogramma o un’immagine termografica che è composta da una mappa a colori che mostra diversi valori di temperatura.

In termini tecnici, il sensore termico è in realtà chiamato microbolometro. Questo sensore altamente sofisticato assorbe essenzialmente l’energia a infrarossi e quindi crea un termogramma basato sulle sue misurazioni. È interessante notare che i microbolometri del passato dovevano essere contenuti in materiali refrigeranti esotici ed erano quindi considerati “raffreddati”. Di conseguenza, il prezzo di quei primi microbolometri era molto alto. Fortunatamente, la tecnologia è avanzata al punto in cui i microbolometri possono ora essere “non raffreddati” e fornire comunque una qualità eccezionale.

Lettura di immagini termiche

Il software di imaging termica per drone offre una varietà di tavolozze di colori tra cui scegliere. Queste tavolozze in genere vanno da un’impostazione bianco caldo con elementi caldi visualizzati in bianco e elementi più freddi visualizzati in nero, a una configurazione nero caldo in cui i modelli di colore sono invertiti. Un’altra tavolozza di colori comune è l’impostazione arcobaleno che mostra il calore in una gamma di colori con gli elementi più caldi visualizzati in rosso, arancione o giallo mentre le temperature più fredde sono visualizzate in blu o nero.

I droni più avanzati di solito offrono una più ampia varietà di tavolozze di colori in modo che i clienti possano selezionare il display più ottimale per le loro esigenze particolari. Ad esempio, la termocamera Zenmuse H20T di DJI fornisce dodici tavolozze di colori mappate su 256 colori e visualizzate nei formati JPEG a 8 bit o MPEG-4.

Elaborazione delle immagini della termocamera

Dopo aver catturato le immagini della termocamera, il software del drone mostra ogni clip in una galleria su schermo in modo molto simile a come uno smartphone visualizza i segmenti video catturati. I clienti possono quindi utilizzare una varietà di pacchetti software per ispezionare e modificare quelle immagini.

In generale, le termocamere di fascia bassa catturano semplicemente le immagini termiche senza le letture della temperatura. Al contrario, le fotocamere di fascia più alta come la Zenmuse H20T misurano i dati termografici in ogni singolo pixel e di conseguenza registrano le letture della temperatura effettiva insieme alle immagini termiche. Questo livello di dettaglio, insieme alle informazioni GPS georeferenziate per ogni foto, rende la valutazione dell’immagine molto più veloce e conveniente.

Letture di superfici

Sebbene altamente sensibili, le termocamere possono essere influenzate da numerosi fattori come l’ora del giorno, le condizioni della superficie e la riflettività di un oggetto. Anche condizioni atmosferiche come aria calda, umidità, nuvole, pioggia e neve possono ridurre in modo significativo la precisione di una lettura termica. Inoltre, fumo, polvere e detriti possono avere un impatto negativo.

Anche il rivestimento superficiale di un oggetto può svolgere un ruolo. Ad esempio, due oggetti realizzati con lo stesso materiale possono ricevere misurazioni della telecamera termica variabili se uno degli oggetti è corroso o dipinto di recente o alterato in qualsiasi modo rispetto all’altro oggetto. In questo caso, la termocamera genererebbe letture di temperatura diverse per entrambi gli oggetti.

Anche altri fattori possono avere un ruolo nell’influenzare le misurazioni termiche. Ad esempio, nell’immagine sottostante, i pannelli solari sono tutti fatti dello stesso materiale, ma alcuni stanno generando letture termiche differenti a causa della posizione della telecamera rispetto alla posizione del sole.

Proprio per questi motivi, è importante fare sempre un’attenta valutazione delle letture termiche prima di giungere a qualsiasi conclusione.

Un errore comune è che le telecamere termiche possono vedere attraverso il vetro. In effetti, non possono. Invece misurano semplicemente la temperatura superficiale del vetro senza sbirciare attraverso di esso. Tuttavia, può essere difficile per le termocamere ottenere una misurazione accurata di un oggetto di vetro poiché potrebbe riflettere il calore del sole, del suolo o di altri oggetti vicini.

Fattori di lettura superficiale da considerare

Alcuni dei fattori che influenzano l’accuratezza delle misurazioni termografiche della temperatura sono:

1. Condizioni atmosferiche
2. Fumo, polvere e detriti
3. L’emissività di un oggetto
4. La trasparenza di un oggetto
5. La riflettività di un oggetto
6. L’ora del giorno
7. L’angolo di visione
8. Il tipo di vernice su un oggetto
9. La distanza della videocamera da un oggetto
10. La quantità di energia termica in un’area
11. La rugosità o levigatezza di un oggetto

Va inoltre notato che una termocamera non è in grado di rilevare fughe di gas. Tuttavia, DJI offre un rilevatore di gas metano laser chiamato U10 che può essere integrato perfettamente con Matrice 300 RTK e Matrice 210 RTK V2.

Sistemi a doppia fotocamera

I sistemi a doppia telecamera riprendono contemporaneamente sia immagini termiche che a colori. Un buon esempio di questa funzione è il carico utile termico ibrido Zenmuse H20T di DJI che è costituito da due fotocamere in una: una normale fotocamera a luce visibile e una termocamera. Comunemente, i sistemi a doppia fotocamera utilizzano un software avanzato per fornire letture termiche più accurate.

Isotermiche

Un’isoterma è un’impostazione di temperatura definita dall’utente. Questa funzione consente ai clienti di impostare intervalli di temperatura specifici da visualizzare sul pannello di controllo di un drone per evidenziare gli hotspot. Ad esempio, una guardia forestale potrebbe essere alla ricerca di letture di alta temperatura per essere avvisati di potenziali incendi e quindi potrebbe impostare il monitor del drone termico in modo che visualizzi solo letture isotermiche in intervalli di temperatura più elevati. Di conseguenza, la guardia forestale verrebbe avvertita in tempo reale di potenziali pericoli durante il volo con un drone termico invece di aspettare che le immagini registrate vengano renderizzate e quindi analizzate.

Prossima generazione di immagini termiche aeree

I droni con sensori termici integrati come Mavic 2 Enterprise Advanced possono misurare le informazioni termografiche in condizioni complesse come nebbia e fumo. Inoltre, Zenmuse H20T dispone di funzionalità software avanzate che consentono agli utenti di impostare allarmi quando le temperature superano determinati parametri, monitorare la temperatura degli oggetti evidenziati, controllare le temperature in tempo reale con un tocco sullo schermo, sovrapporre un oggetto luminoso visibile su un oggetto termico, e ottimizzare la chiarezza dell’immagine.

Fasce di prezzo della termocamera

Va notato che non tutte le termocamere sono uguali. Per questo motivo, ci sono diversi fattori chiave da tenere a mente quando si decide di acquistarne uno, come ad esempio:

1. Il campo visivo (FOV) si riferisce alla dimensione dell’immagine osservabile che la telecamera riprende.
2. La resistenza agli agenti atmosferici indica la capacità di un armadio elettrico di resistere agli elementi e viene misurata in livelli di protezione dall’ingresso (IP). Se prevedi che le tue missioni esporranno il tuo drone ei sensori termici a condizioni meteorologiche avverse come pioggia o nebbia, ti consigliamo di prendere in considerazione la combinazione M300 RTK + H20T che vanta una resistenza agli agenti atmosferici leader del settore.
3. La banda spettrale si riferisce alla gamma elettromagnetica che il sensore della fotocamera è in grado di rilevare.
4. La sensibilità termica indica la sensibilità della termocamera e in che misura la termocamera percepisce le differenze di temperatura. Questa è anche chiamata temperatura differenziale equivalente al rumore (NEDT).
5. La risoluzione dell’immagine si riferisce alla dimensione e al numero di pixel contenuti in un’immagine, nonché al livello di dettaglio dell’immagine.