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Conceptos básicos de los drones térmicos

Una vista rápida de las ventajas que puede aportar a tu empresa la tecnología de imagen térmica combinada con la maniobrabilidad de un dron

By DJI Enterprise DJI Enterprise
noviembre 1, 2021

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 clientes de todo el mundo a mejorar la seguridad y el rendimiento. En Argentina, se utilizaron drones DJI para la inspección térmica. En Bielorrusia, se utilizaron drones DJI para extinguir incendios forestales. En Estados Unidos, se utilizaron drones DJI para evaluar el daño estructural antes de que los bomberos entraran a un edificio en llamas. Y en Vietnam, se utilizaron drones DJI para buscar supervivientes de inundaciones y desprendimientos. Estos son solo algunos ejemplos que demuestran cómo los drones térmicos ayudan a las empresas a operar de manera más eficiente y con menos riesgo. 

Si te has preguntado si es el momento de pasar a un dron con capacidades de imagen térmica, esta publicación se ha ideado para ayudarte a comprender mejor la tecnología subyacente y a evaluar mejor la funcionalidad de estos dispositivos.

Nociones básicas del calor

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.

Cup Visual vs Thermal

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.

Light Wavelengths

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.

Emissivity Example Visual vs ThermalWood has high emissivity

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.

Powerline H20T Visual vs ThermalImagen térmica de un poste de electricidad capturada con la H20T

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. 

Thermal Sensor Breakdown
Diagrama de cómo funciona una cámara térmica

MicrobolometerDiagrama de un sensor térmico (microbolómetro)

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.

Cómo interpretar imágenes térmicas

El software de imagen térmica del dron 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.

Color Palettes 4xCommon thermal color palette settingsConfiguración habitual de la paleta de colores térmicos

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 cámara térmica

Después de capturar imágenes con la cámara térmica, el software del dron muestra cada clip en una galería en la pantalla, al igual que un smartphone muestra los segmentos de vídeo capturados. Por tanto, los clientes 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, 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.

TempCheck H20TSoftware de imagen térmica en vuelo DJI

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.

Por estas mismas razones, es importante hacer siempre una evaluación minuciosa de las lecturas térmicas antes de llegar a cualquier conclusión.

Drone Visual Thermal ComparisonLas lecturas de superficie con las cámaras térmicas se pueden ver afectadas por varios factores 

Un error habitual es pensar que las cámaras térmicas pueden ver a través del cristal. En realidad, no pueden. Simplemente miden la temperatura de la superficie del cristal sin mirar a través de él. No obstante, puede resultar difícil para las cámaras térmicas obtener una medición precisa de un objeto de cristal, ya que puede reflejar el calor del sol, del suelo o de otros objetos cercanos.

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

También cabe destacar que una cámara térmica no puede detectar fugas de gas. Sin embargo, DJI ofrece un detector láser de gas metano llamado U10 que se puede integrar a la perfección con el Matrice 300 RTK y el Matrice 210 RTK V2. 

Para obtener más información sobre los drones en respuesta a materiales peligrosos, haz clic aquí

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.

H20T Thermal Zoom Dual ModeModo de pantalla dividida con la Zenmuse H20T

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, un guarda forestal podría buscar lecturas de alta temperatura para estar alerta ante posibles incendios y, por tanto, podría configurar la pantalla del dron con cámara termográfica para que solo muestre lecturas isotérmicas en los rangos de temperatura más altos. Como resultado, el guarda forestal conocería los posibles peligros en tiempo real haciendo volar un dron térmico, en lugar de esperar a que las imágenes grabadas se representen y luego se analicen.

Isothermal User-Defined Temp SettingAlarma de temperatura con la Zenmuse H20T

Próxima generación de imágenes térmicas aéreas

Los drones con sensores térmicos integrados, como el Mavic 2 Enterprise Advanced, pueden medir información termográfica en condiciones complejas, como con niebla y humo. Además, la Zenmuse H20T 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. 

M2EA + powerlinesEl dron Mavic 2 Enterprise con cámara de imagen térmica y cámara de luz visible

Precios de las cámaras térmicas

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 dron y a los sensores térmicos a condiciones climáticas adversas, como lluvia o niebla, te recomendamos que te plantees adquirir el pack M300 RTK + H20T que cuenta con una resistencia a la intemperie líder 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.

M2EA vs M2EDMavic 2 Enterprise Advanced: sensor 640 x 512 (izquierda) frente a Mavic 2 Enterprise Dual: sensor 160 x 120 (derecha)

Ejemplos de uso

A medida que mejora la tecnología en este apasionante campo, los amantes de los drones encuentran cada vez más formas de utilizar dispositivos de imagen térmica. Por ejemplo, las cámaras térmicas de los VANT se utilizan ahora 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 y mejorar la seguridad. 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 seguirá ampliándose.

Para ayudarte a decidir si un dispositivo de imagen térmica es adecuado para un conjunto de circunstancias específicas, ponte en contacto con un representante de DJI de tu zona.

Obtén más información sobre cómo los drones térmicos han marcado la diferencia para nuestros clientes.

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Tags: Seguridad Pública, Inspección

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