Imagens termográficas em veículos aéreos não tripulados (sUAVs), também conhecidos como drones, vêm ganhando popularidade recentemente. Desde terras em áreas agrícolas a inspeções de linhas de alta tensão na indústria de serviços, de cenários de busca e resgate a inspeções e detecções contra incêndios, os possíveis usos dos drones só aumentam.
Recentemente, as habilidades de imagens termográficas dos drones DJI têm sido fundamentais em auxiliar consumidores ao redor do mundo a aumentar sua segurança e rendimento no trabalho. Na Argentina, drones DJI foram utilizados para inspeção térmica. Na Bielorrússia, drones DJI foram usados para extinguir incêndios em florestas. Nos Estados Unidos, drones DJI foram usados para avaliar danos em estruturas antes da chegada dos bombeiros ao local em chamas. E no Vietnã, drones DJI foram usados para buscar sobreviventes de enchentes e deslizamentos. Estes são só alguns exemplos de como drones termográficos vêm auxiliando empresas a operar de forma mais eficiente e com menos riscos.
Caso esteja se perguntando se é o momento de trocar de drone e adquirir um com habilidades de imagem térmica, este post foi criado para te ajudar a melhor entender a tecnologia por trás do produto e os recursos da aeronave.
Introdução ao calor
O calor nada mais é que a vibração de átomos: Quanto mais eles vibram, mais calor produzem. E conforme eles vibram, criam o que é chamado de “assinatura de calor”. E é justamente esta assinatura de calor que é detectada por câmeras com imagens térmicas.
A termografia é o campo de estudos responsável pelo calor ou por radiação infravermelha (RI), emitida por objetos naturalmente. Instrumentos termográficos como câmeras termográficas são capazes de detectar e exibir a assinatura de calor tanto de objetos animados quanto inanimados.
Há alguns fatores fundamentais sobre a termografia que precisam ser evidenciados antes de entrarmos nos pormenores de imagens térmicas. Primeiramente, humanos são capazes de sentir calor, mas não podem vê-lo já que ocorre no comprimento de onda infravermelho de espectros eletromagnéticos. Além disso, a luz visível que humanos enxergam na verdade não passa de uma pequena porção do espectro. Câmeras termográficas, por outro lado, capturam energia infravermelha e tornam imagens capazes de serem vistas por nossa visão limitada.
Além disso, é importante perceber que nem todos os objetos emitem uma assinatura de calor precisa. O grau pelo qual um objeto absorve ou reflete calor é chamado de emissividade e pode variar grandemente de acordo com o objeto. Além disso, objetos com alta emissividade (como madeira), podem ser facilmente detectados por um dispositivo com imagens térmicas, enquanto os que apresentam baixa emissividade (como tijolos) não são detectados com facilidade por câmeras termográficas.
Madeira possui alta emissividade
Como câmeras termográficas funcionam
Câmeras termográficas são usadas primeiramente para medir a temperatura da superfície de objetos, e foram criadas para detectar mudanças sútis na temperatura. No entanto, espelhos, objetos reluzentes e superfícies extremamente polidas refletem radiação térmica e portanto não podem ser medidas com precisão por uma câmera termográfica. Ao invés disso, superfícies não reflexivas como concreto, madeira e até mesmo humanos possuem um alto teor de emissividade, podendo ser medidas com maior precisão ao usar imagens térmicas.
Imagem térmica de um poste elétrico capturado pela H20T
Câmeras termográficas são compostas por uma lente especializada que permite a entrada de frequências de raios infravermelhos. Além disso, a câmera possui um sensor termográfico e um processador de imagens visuais, todos alojados dentro de um compartimento de proteção. A câmera costuma ser acoplada no estabilizador de um drone, sendo capaz de girar em até 360° e auxiliando a estabilização da câmera. Conforme o drone voa, o sensor térmico da câmera detecta comprimentos de onda infravermelhos e os converte em sinais eletrônicos. Depois de receber os sinais, o processador de imagem cria o que é conhecido como termograma ou imagem termográfica, composta por um mapa de cores exibindo diferentes valores de temperatura.
Diagrama de como câmeras termográficas funcionam
Diagrama de um sensor térmico (microbolômetro)
Em termos técnicos, o sensor térmico é na verdade chamado de microbolômetro. Este sensor altamente sofisticado absorve essencialmente a energia infravermelha e, em seguida, cria um termograma com base em suas medições. Curiosamente, os microbolômetros antigos precisavam ser envoltos em materiais de resfriamento exóticos e, portanto, eram considerados “resfriados”. Assim sendo, estes primeiros microbolômetros eram muito caros. Felizmente, a tecnologia avançou a tal ponto que os microbolômetros agora podem ser “não resfriados” e ainda fornecer qualidade excepcional.
Lendo imagens térmicas
O software de imagem térmica dos drones DJI oferece uma variedade de paletas de cores para você escolher. Estas paletas normalmente variam entre uma configuração de branco quente com itens quentes exibidos em branco e itens mais frios exibidos em preto, a uma configuração de preto quente onde os padrões de cores são invertidos. Outra paleta de cores comum é a configuração do arco-íris, que mostra o calor em uma variedade de cores, com os itens mais quentes exibidos em vermelho, laranja ou amarelo, enquanto as temperaturas mais frias são exibidas em azul ou preto.
Configuração comum de paletas de cores térmicas
Drones mais avançados geralmente oferecem uma ampla variedade de paletas de cores para que consumidores possam selecionar a opção mais adequada para suas necessidades. Por exemplo, a câmera térmica Zenmuse H20T da DJI oferece doze paletas de cores que são mapeadas para 256 cores e exibidas em formatos JPEG ou MPEG-4 de 8 bits.
Processamento de imagens de câmeras termográficas
Após capturar as imagens da câmera termográfica, o software do drone exibe cada clipe na Galeria na tela da mesma forma que um smartphone exibe os segmentos de vídeo capturados. Consumidores podem então usar uma variedade de pacotes de software para inspecionar e editar estas imagens.
Geralmente, câmeras termográficas de baixo custo simplesmente capturam imagens térmicas sem as leituras de temperatura. Em contraste, câmeras de última geração, como a Zenmuse H20T, medem dados termográficos em cada píxel individualmente e, consequentemente, registram as leituras de temperatura reais junto com as imagens térmicas. Este nível de detalhe, junto com as informações georreferenciadas do GPS para cada foto, torna a avaliação da imagem muito mais rápida e conveniente.
DJI in-flight thermal imaging software
Leitura de superfícies
Embora altamente sensíveis, as câmeras termográficas podem ser afetadas por vários fatores, como a hora do dia, as condições da superfície e a refletividade de um objeto. Condições atmosféricas como ar quente, umidade, nuvens, chuva e neve também podem reduzir significativamente a precisão de uma leitura térmica. Além disso, fumaça, poeira e detritos podem ter um impacto negativo.
O revestimento da superfície de um objeto também pode influenciar. Por exemplo, dois objetos feitos do mesmo material podem receber medições de câmeras térmicas variadas se um dos objetos estiver corroído, recém-pintado ou alterado de alguma forma em relação ao outro objeto. Nesse caso, a câmera termográfica geraria diferentes leituras de temperatura para os dois objetos.
Outros fatores também podem afetar as medições térmicas. Por exemplo, na imagem abaixo, os painéis solares são todos feitos do mesmo material, mas alguns estão gerando leituras térmicas diferentes devido à posição da câmera em relação à posição do sol.
Por estas mesmas razões, é importante sempre fazer uma avaliação cuidadosa de suas leituras térmicas antes de chegar à qualquer conclusão.
Surface readings by thermal cameras can be affected by a number of factors
Uma falácia comum é que as câmeras termográficas são capazes de enxergar através do vidro. Na verdade, elas não conseguem. Em vez disso, elas simplesmente medem a temperatura da superfície do vidro sem olhar através dele. No entanto, pode ser difícil para as câmeras termográficas obter uma medição precisa de um objeto de vidro, pois ele pode estar refletindo o calor do sol, do solo ou de outros objetos próximos a ele.
Fatores de leitura de superfícies a serem levados em conta
Alguns dos fatores que afetam a precisão da medição de temperaturas térmicas são:
- Condições atmosféricas
- Fumaça, poeira e entulho
- A emissividade de um objeto
- A transparência de um objeto
- A refletividade de um objeto
- O horário do dia
- O ângulo de visualização
- O tipo da pintura da superfície de um objeto
- A distância da câmera até o objeto
- A quantidade de energia térmica na área
- A maleabilidade de um objeto
Também vale ressaltar que câmeras termográficas não são capazes de detectar vazamentos de gás. No entanto, a DJI criou um detector de vazamentos de gás metano a laser chamado U10, perfeitamente compatível com o Matrice 300 RTK e o Matrice 210 RTK V2.
Para saber mais sobre como os drones estão transformando a resposta a materiais perigosos, clique aqui.
Sistemas com câmeras duplas
Sistemas com câmera duplas são capazes de registrar tanto imagens visuais quanto térmicas ao mesmo tempo. Um bom exemplo do uso deste recurso é a carga térmica híbrida DJI Zenmuse H20T, possuindo duas câmeras: uma câmera comum com luz visível e uma câmera para imagens térmicas. Sistemas com câmeras duplas utilizam software avançados para conceder maior precisão na leitura de temperaturas.
Split mode with the Zenmuse H20T
Isotermia
Isotermia é uma configuração de temperatura definida pelo usuário. Este recurso permite que usuários definam um alcance de temperatura específico a ser exibido no painel de controle do drone, de forma a destacar áreas mais quentes. Por exemplo, guardas florestais normalmente precisam estar atentos aos alertas de leituras de altas temperaturas para evitar possíveis incêndios, podendo configurar o monitor do drone termográfico para exibir apenas leituras térmicas em áreas com temperaturas elevadas. Assim sendo, o guarda florestal seria alertado sobre possíveis riscos em tempo real enquanto voa com seu drone termográfico, ao invés de esperar para checar as imagens gravadas.
TempAlarm with the Zenmuse H20T
A próxima geração de imagens aéreas
Drones com sensores termográficos integrados, como o Mavic 2 Enterprise Advanced, são capazes de medir informações térmicas em condições complexas, como sob neblina ou fumaça. Além disso, a Zenmuse H20T possui habilidades avançadas de software, possibilitando que usuários definam alarmes quando a temperatura exceder determinados parâmetros, rastrear a temperatura de objetos em destaque, conferir temperaturas em tempo real com um só toque na tela, sobrepor um objeto da câmera visual sobre a exibição da câmera termográfica e otimizar a iluminação das imagens.
Drone Mavic 2 Enterprise com câmera termográfica e câmera visual
Principais fatores a levar em conta antes de adquirir uma câmera termográfica
Perceba que nem todas as câmeras termográficas são semelhantes. Por isso, há vários fatores a serem levados em conta antes de decidir qual produto mais se adequa às suas necessidades, como:
- O Campo de visão (FOV) refere-se ao alcance de observação da imagem capturada pela câmera.
- A resistência ao vento denota quão bem um revestimento elétrico é capaz de suportar elementos da natureza, sendo medido atrás do Índice de proteção (IP). Caso sinta que suas missões poderão expor seu drone e sensores termográficos a condições meteorológicas adversas como chuva ou neblina, recomendamos adquirir ambos o M300 RTK como a H20T, já que oferecem a melhor resistência meteorológica do mercado.
- O Alcance espectral refere-se ao alcance eletromagnético, capaz de ser detectado pelo sensor da câmera.
- A sensibilidade térmica denota quão sensível a câmera termográfica é e em qual nível é capaz de perceber diferenças na temperatura. Também conhecido por “diferencial de temperatura referente a ruídos” (NEDT).
- A resolução da imagem refere-se às dimensões e à quantidade de píxeis contida nela, assim como quão detalhada uma imagem é.
Mavic 2 Enterprise Advanced: 640x512 sensor (left) vs. Mavic 2 Enterprise Dual: 160x120 sensor (right)
Cenários de uso
À medida que a tecnologia nesta área aumenta, os entusiastas de drones estão descobrindo mais e mais maneiras de usar dispositivos de imagem térmica. Por exemplo, drones com câmeras termográficas agora estão sendo usados para melhorar a eficiência de usinas solares, rastrear e inspecionar rebanhos, detectar rapidamente interruptores de superaquecimento em linhas de distribuição elétrica, inspecionar equipamentos em minas, gerenciar sistemas agrícolas e melhorar a segurança. Estes são apenas alguns dos cenários de uso de drones termográficos e, conforme a tecnologia evolui, esta lista continuará a crescer.
Para te ajudar a decidir se um dispositivo com câmera termográfica é o que melhor atenderia às suas necessidades, entre em contato com um representante DJI em sua área.
Leia mais sobre como drones com câmeras termográficas têm feito a diferença na vida de nossos consumidores.
