Sprawdź, jak technologia termowizyjna w połączeniu z możliwością wykorzystania dronów może przynieść korzyści Twojej firmie.

Termowizja w małych bezzałogowych statkach powietrznych (sUAV) lub dronach zyskuje na popularności w ostatnich latach. Od oceny gruntów w rolnictwie do kontroli linii wysokiego napięcia w przemyśle energetycznym, od scenariuszy poszukiwawczo-ratowniczych do kontroli i wykrywania pożarów, zastosowania stale rosną.

Możliwości termowizyjne dronów DJI Enterprise okazały się pomocne w poprawie bezpieczeństwa i wydajności pracy klientów na całym świecie. W Argentynie, drony DJI zostały wykorzystane do inspekcji termowizyjnej. Na Białorusi, drony DJI były używane do gaszenia dzikich pożarów. W USA, drony DJI były używane do oceny uszkodzeń strukturalnych przed wejściem strażaków do zapalonego budynku. W Wietnamie, drony DJI były używane do poszukiwania ocalałych z powodzi i osuwisk. To tylko niektóre przykłady pokazujące jak drony termowizyjne pomagają działać bardziej efektywnie przy jednoczesnym zmniejszeniu ryzyka.

Jeśli zastanawiałeś się, czy nadszedł czas, aby umocnić swoją pozycję i zaopatrzyć się w drona kamerą termowizyjną, to ten artykuł pomoże Tobie lepiej zrozumieć tą technologię i umożliwi lepszą ocenę funkcjonalności tych urządzeń.

Obrazowanie termiczne

Ciepło to nic innego jak wibracja atomów: Im bardziej drgają, tym gorętsze się stają. Gdy atomy wibrują, tworzą coś, co nazywa się sygnaturą cieplną. Ta sygnatura cieplna jest wykrywana przez kamery termowizyjne.

Termografia to dziedzina nauki zajmująca się ciepłem lub promieniowaniem podczerwonym (IR), które obiekt emituje w sposób naturalny. Przyrządy termograficzne, takie jak kamery termowizyjne, wykrywają i wyświetlają sygnatury cieplne zarówno obiektów ożywionych, jak i nieożywionych.

Istnieje kilka podstawowych czynników dotyczących termografii, które należy podkreślić przed przejściem do szczegółów obrazowania termicznego. Po pierwsze i najważniejsze, ludzie mogą czuć ciepło, ale nie mogą go zobaczyć, ponieważ ciepło jest emitowane w podczerwieni widma elektromagnetycznego. Dodatkowo, światło widzialne, które człowiek może zobaczyć, jest w rzeczywistości tylko niewielkim wycinkiem widma elektromagnetycznego. Z drugiej strony, kamery termowizyjne wychwytują podczerwień i wyświetlają obrazy dostosowane do ograniczeń naszego wzroku.

Dodatkowo należy pamiętać, że nie wszystkie obiekty emitują dokładną sygnaturę cieplną. Stopień, w jakim obiekt pochłania lub odbija ciepło, nazywany jest emisyjnością i jest bardzo różny dla różnych obiektów. Oznacza to, że obiekty o wysokiej emisyjności, takie jak drewno, mogą być łatwo wykryte przez kamery termowizyjne, podczas gdy te o niskiej emisyjności, takie jak płytki tarasowe, nie są już tak łatwo rozpoznawane przez urządzenia termowizyjne.

W jaki sposób działa kamera termowizyjna

Kamery termowizyjne mierzą przede wszystkim temperaturę powierzchni obiektu i są zaprojektowane tak, aby wykrywać subtelne zmiany temperatury. Jednakże, lustra, błyszczące przedmioty i polerowane powierzchnie odbijają promieniowanie cieplne i dlatego nie mogą być dokładnie zmierzone przez kamerę termowizyjną. Natomiast powierzchnie nieodbijające promieniowania, takie jak beton, drewno, a nawet ludzie, charakteryzują się wysokim stopniem emisyjności i dlatego mogą być dokładniej mierzone za pomocą urządzeń termowizyjnych.

Kamera termowizyjna składa się ze specjalistycznego obiektywu, który przepuszcza częstotliwości podczerwieni. Ponadto kamera zawiera czujnik termowizyjny i procesor przetwarzania obrazu, które są umieszczone w obudowie ochronnej. Kamera jest zazwyczaj montowana na gimbalu drona, który obraca się na boki nawet o 360 stopni i pomaga ustabilizować kamerę. Podczas lotu drona czujnik termowizyjny kamery wykrywa fale podczerwieni i przekształca je w sygnały elektroniczne. Po odebraniu tych sygnałów procesor obrazu tworzy tak zwany termogram lub obraz termograficzny, który składa się z kolorowej mapy przedstawiającej różne wartości temperatury.

Z technicznego punktu widzenia, czujnik termiczny nazywany jest mikrobolometrem. Ten wysoce zaawansowany sensor zasadniczo absorbuje energię podczerwieni, a następnie tworzy termogram na podstawie dokonanych pomiarów. Co ciekawe, dawne mikrobolometry musiały być umieszczone w specjalnych materiałach chłodzących. W rezultacie, cena tych wczesnych mikrobolometrów była bardzo wysoka. Na szczęście technologia rozwinęła się do tego stopnia, że mikrobolometry nie muszą już być chłodzone i nadal zapewniają wyjątkową dokładność.

Odczytywanie zdjęć termowizyjnych

Oprogramowanie przeznaczone dla urządzeń termowizyjnych w dronach oferuje różne palety kolorów do wyboru. Zwykle są to palety obejmujące ustawienia od bieli do czerni, w której gorące elementy są wyświetlane w kolorze białym, a chłodniejsze w czarnym, oraz konfigurację czerni do bieli, w której wzory kolorów są odwrócone – gorące są czarne a chłodne białe. Inną popularną paletą kolorów jest ustawienie w trybie tęczy, które pokazuje ciepło w różnych kolorach z najgorętszymi elementami wyświetlanymi w kolorze czerwonym, pomarańczowym lub żółtym, podczas gdy chłodniejsze temperatury są wyświetlane w kolorze niebieskim lub czarnym.

Bardziej zaawansowane drony zazwyczaj oferują szerszy zakres palet kolorów, dzięki czemu klienci mogą wybrać najbardziej optymalne rozwiązanie dla indywidualnych potrzeb. Na przykład, kamera termowizyjna Zenmuse H20T firmy DJI oferuje dwanaście palet kolorów, które są mapowane do 256 kolorów i wyświetlane w 8-bitowych formatach JPEG lub MPEG-4.

Przetwarzanie obrazu z kamery termowizyjnej

Po przechwyceniu obrazów z kamery termowizyjnej oprogramowanie drona wyświetla każdy plik w galerii na ekranie, podobnie jak smartfon wyświetla zarejestrowane materiały wideo. Klienci mogą następnie korzystać z różnych pakietów oprogramowania do przeglądania i edycji.

Ogólnie rzecz ujmując, kamery termowizyjne niższej klasy po prostu rejestrują obrazy termiczne bez odczytów temperatury. W przeciwieństwie do nich, kamery wyższej klasy, takie jak Zenmuse H20T, mierzą dane termograficzne w każdym pojedynczym pikselu i rejestrują rzeczywiste odczyty temperatury wraz ze zdjęciami termowizyjnymi. Ten poziom szczegółowości, wraz z geotagowanymi informacjami GPS dla każdego zdjęcia, sprawia, że analiza materiału jest znacznie szybsza i wygodniejsza.

Odczyty naziemne

Mimo wysokiej czułości, kamery termowizyjne mogą być podatne na wpływ wielu czynników. Warunki atmosferyczne, takie jak ciepłe powietrze, wilgotność, chmury, deszcz i śnieg, mogą znacząco zmniejszyć dokładność odczytu termowizyjnego. Negatywny wpływ na odczyt mogą mieć również dym, kurz i gruz.

Powłoka powierzchni obiektu także odgrywa znaczącą rolę w tym procesie. Na przykład, dwa obiekty wykonane z tego samego materiału mogą uzyskać różne wyniki pomiarów kamery termowizyjnej, jeśli jeden z nich jest skorodowany, świeżo pomalowany lub zmieniony w jakikolwiek sposób w stosunku do poprzedniego obiektu. W takim przypadku kamera termowizyjna będzie generować różne odczyty temperatury dla obu obiektów.

Inne czynniki również mogą mieć wpływ na pomiary termiczne. Na przykład, na poniższym zdjęciu, wszystkie panele słoneczne są wykonane z tego samego materiału, ale niektóre z nich generują różne odczyty temperatury ze względu na położenie kamery w stosunku do pozycji słońca.

Z tych właśnie powodów ważne jest, aby przed wyciągnięciem jakichkolwiek wniosków zawsze dokonać dokładnej oceny odczytów termowizyjnych.

Powszechnym błędem jest przekonanie, że kamery termowizyjne widzą przez szkło. W rzeczywistości nie mogą tego zrobić. Zamiast tego mierzą one po prostu temperaturę powierzchni szkła, bez możliwości zajrzenia przez nie. Niemniej jednak, kamery termowizyjne mogą mieć trudności z uzyskaniem dokładnego pomiaru temperatury szklanego obiektu, ponieważ może on odbijać temperaturę słońca, gruntu lub innych obiektów znajdujących się w pobliżu.

Czynniki, które mogą wpływać na dokładność pomiaru danych

1. Pora dnia
2. Kąt obserwacji
3. Dym, pył i gruz
4. Faktura obiektu
5. Warunki atmosferyczne
6. Rodzaj farby na obiekcie
7. Odległość kamery od obiektu
8. Emisyjność powierzchni obiektu
9. Przezroczystość powierzchni obiektu
10. Ilość energii cieplnej w danym obszarze
11. Współczynnik odbicia światła od obiektu

Należy również podkreślić, że kamera termowizyjna nie może wykryć wycieków gazu. Jednak DJI oferuje laserowy detektor gazu metanu U10, który może być bezproblemowo zintegrowany z Matrice 300 RTK i Matrice 210 RTK V2.

Aby dowiedzieć się więcej o wykorzystaniu dronów w środowisku wycieku niebezpiecznych substancji, przeczytaj ten artykuł.

System obrazowania dwiema kamerami

Systemy z podwójnymi kamerami rejestrują jednocześnie obrazy termowizyjne i światła widzialnego. Doskonałym przykładem działania tej funkcji jest kamera Zenmuse H20T firmy DJI, która łączy w sobie dwie kamery: zwykłą kamerę światła widzialnego i kamerę termowizyjną. Precyzyjny odczyt z takich systemów jest możliwy dzięki zastosowaniu zaawansowanego oprogramowania.

Izotermy

Izoterma to zdefiniowany przez użytkownika zakres temperatury na danym obszarze. Ta funkcja umożliwia klientom ustawienie określonych zakresów temperatur, które mają być wyświetlane na ekranie panelu sterowania w celu wyróżnienia gorących punktów. Przykładowo, strażnik leśny może poszukiwać wysokich odczytów temperatury, które pozwolą mu reagować na potencjalne pożary. W rezultacie strażnik leśny byłby ostrzegany o potencjalnych zagrożeniach w czasie rzeczywistym podczas lotu dronem z kamerą termowizyjną, zamiast czekać na wyrenderowanie zarejestrowanego materiału, a następnie jego analizę.

Następna generacja technologii termowizyjnej z lotu ptaka

Drony ze zintegrowanymi czujnikami termowizyjnymi, takie jak Mavic 2 Enterprise Advanced, mogą mierzyć informacje termograficzne w skomplikowanych warunkach, takich jak mgła i dym. Co więcej, kamera Zenmuse H20T posiada zaawansowane oprogramowanie umożliwiające użytkownikom ustawianie alarmów, gdy temperatura przekroczy określone wartości, śledzenie temperatury zaznaczonych obiektów, sprawdzanie temperatury w czasie rzeczywistym za pomocą jednego dotknięcia ekranu, nakładanie obrazu światła widzialnego na obraz termowizyjny oraz optymalizację jasności obrazu.

Argumenty za i przeciw decydujące o wyborze systemu termowizyjnego

Należy podkreślić, że nie wszystkie kamery termowizyjne są takie same. Z tego powodu istnieje kilka kluczowych czynników, o których należy pamiętać decydując się na zakup jednej z nich:

1. Zakres pola widzenia (FOV) odnosi się do wielkości obserowowanego obrazu rejestrowanego przez kamerę.
2. Odporność na warunki atmosferyczne określa, jak dobrze sprzęt radzi sobie w określonych warunkach i jest mierzona w poziomach IP (Ingress Protection). Jeśli przewidujesz, że Twoje misje będą narażać drona i jego czujniki na niekorzystne warunki pogodowe, takie jak deszcz lub mgła, powinieneś rozważyć model DJI Matrice 300 RTK z kamerą H20T, który charakteryzuje się najlepszą w branży odpornością na warunki atmosferyczne.
3. Pasmo spektralne odnosi się do zakresu elektromagnetycznego, który może zostać wykryty przez przetwornik kamery.
4. Czułość termiczna oznacza, jak czuła jest kamera termowizyjna i w jakim stopniu wykrywa różnice temperatur. Określa się ją również jako ekwiwalent szumu różnicowego temperatury (eng. Noise Equivalent Differential Temperature).
5. Rozdzielczość obrazu odnosi się do rozmiaru i liczby pikseli zawartych w obrazie, a także do stopnia szczegółowości obrazu.

Przykładowe zastosowania

Wraz z rozwojem technologii w tej fascynującej dziedzinie, entuzjaści dronów znajdują coraz więcej sposobów na wykorzystanie urządzeń termowizyjnych. Dron wyposażone w kamery termowizyjne są obecnie wykorzystywane do poprawy wydajności elektrowni słonecznych, do śledzenia i kontroli zwierząt hodowlanych, do szybkiego wykrywania przegrzewających się przełączników na liniach dystrybucji energii elektrycznej, do kontroli sprzętu w kopalniach, do zarządzania systemami rolniczymi i do poprawy bezpieczeństwa. To tylko kilka przykładów zastosowania dronów termowizyjnych, a w miarę doskonalenia technologii lista zastosowań będzie się stale rozszerzać.

Jeżeli w dalszym ciągu nie podjąłeś decyzji czy technologia termowizyjna to odpowiednie rozwiązanie dla Twojej działalności, skontaktuj się z nami – odpowiemy na wszystkie pytania.