Краткий обзор того, как тепловизионная технология в сочетании с маневренностью дрона может принести пользу вашему предприятию
В последние годы набирает популярность применение тепловизоров установленных на дронах. С их помощью можно проводить оценку земель в сельскохозяйственных условиях, проверять линии электропередач в коммунальном хозяйстве, проводить поисково-спасательные операции, обнаруживать пожары и многое другое.
В последнее время возможности тепловизионной съемки дронов DJI сыграли важную роль в оказании помощи клиентам по всему миру в повышении безопасности и производительности. В Аргентине для теплового обследования использовались дроны DJI. В Белоруссии дроны DJI использовались для тушения лесных пожаров. В США дроны DJI использовались для оценки структурных повреждений до того, как пожарные войдут в горящее здание. А во Вьетнаме дроны DJI использовались для поиска выживших после наводнений и оползней. Это всего лишь несколько примеров, демонстрирующих, как дроны с тепловизорами помогают предприятиям работать более эффективно и с меньшим риском.
Если вам интересно, не пора ли перейти на дрон с тепловизором, то этот пост призван помочь вам лучше понять лежащую в основе технологию и оценить функциональность этих устройств.
Принцип работы тепловизора
Тепло - это не что иное, как вибрация атомов: чем больше они вибрируют, тем горячее становятся. И когда атомы вибрируют, они создают так называемую тепловую сигнатуру. Эта тепловая сигнатура и определяется тепловизионными камерами.
Термография - это область исследования, связанная с тепловым или инфракрасным излучением (ИК), которое естественным образом исходит от объекта. Тепловизионные камеры обнаруживают и отражают тепловые сигнатуры как живых, так и неодушевленных объектов.
Есть несколько ключевых факторов, связанных с термографией, которые необходимо выделить, прежде чем переходить к основным принципам тепловидения. Прежде всего, люди могут чувствовать тепло, но не могут его видеть, потому что тепло возникает на инфракрасной длине волны электромагнитного спектра. Кроме того, видимый свет, который могут видеть люди, на самом деле представляет собой лишь небольшую часть электромагнитного спектра. С другой стороны, тепловизионные камеры улавливают инфракрасную энергию и визуализируют изображения, подходящие для нашего ограниченного зрения.
Также важно отметить, что излучения не всех объектов можно точно измерить. Степень, в которой объект поглощает или отражает тепло, называется излучательной способностью, и она сильно различается между объектами. Кроме того, объекты с высоким коэффициентом излучения, такие как дерево, могут быть легко обнаружены тепловизионным устройством, в то время как объекты с низким коэффициентом излучения, такие как плитки для патио, не могут быть легко обнаружены тепловизором.
Дерево имеет высокий коэффициент излучения
Тепловизионные камеры в первую очередь измеряют температуру поверхности объекта и предназначены для обнаружения незначительных изменений температуры. Однако зеркала, блестящие объекты и хорошо отполированные участки отражают тепловое излучение, поэтому их невозможно точно измерить с помощью тепловизора. Вместо этого неотражающие поверхности, такие как бетон, дерево и даже люди, имеют высокий коэффициент излучения, и поэтому их можно более точно измерить с помощью тепловых изображений.
Тепловое изображение опоры электросети, полученное с помощью H20T
Тепловизор состоит из специального объектива, пропускающего ИК-частоты. Кроме того, камера включает в себя термодатчик и процессор изображения, которые размещены в защитном футляре. Камера обычно устанавливается на подвес дрона, который поворачивается на 360 градусов и помогает стабилизировать камеру. Когда дрон летает, тепловой датчик камеры определяет длину волн инфракрасного излучения и преобразует их в электронные сигналы. После приема сигналов процессор изображений создает так называемую термограмму или термографическое изображение, которое состоит из цветовой карты, отображающей различные значения температуры.
Схема работы тепловизора
Схема термодатчика (микроболометра)
Технически термодатчик называется микроболометром. Этот очень сложный датчик поглощает инфракрасную энергию, а затем создает термограмму на основе ее измерений. Интересно, что первые микроболометры должны были содержаться в специальных охлаждающих материалах, чтобы реагировать на тепло. В результате первые микроболометры были очень дорогими. Но к счастью, технология продвинулась до такой степени, что микроболометры теперь могут быть «неохлаждаемыми» и по-прежнему обеспечивать исключительное качество.
Чтение тепловых изображений
Программа для создания тепловизионных изображений с помощью дрона предлагает на выбор множество цветовых палитр. Эти палитры обычно варьируются от настройки «горячий белый», где «горячие» элементы отображаются белым, а более холодные элементы отображаются черным, до конфигурации «горячий черный», в которой цветовые узоры меняются местами.
Другой распространенной цветовой палитрой является настройка радуги, которая показывает тепло в диапазоне цветов, при этом самые горячие элементы отображаются красным, оранжевым или желтым, а более низкие температуры отображаются синим или черным.
Общие настройки термальной цветовой палитры
Более продвинутые дроны обычно предлагают более широкий выбор цветовых палитр, чтобы потребители могли выбрать наиболее оптимальный дисплей для своих конкретных потребностей. Например, тепловизионная камера Zenmuse H20T от DJI предоставляет двенадцать цветовых палитр, которые отображаются на 256 цветов и отображаются в 8-битных форматах JPEG или MPEG-4.
Обработка изображений тепловизионной камерой
После захвата изображений с тепловизионной камеры программное обеспечение дрона отображает каждый клип в экранной галерее так же, как смартфон отображает снятые фрагменты видео. Затем клиенты могут использовать различные пакеты программного обеспечения для проверки и редактирования этих изображений.
Как правило, тепловизионные камеры более низкого уровня просто снимают тепловые изображения без измерения температуры. А более дорогие, такие как Zenmuse H20T, измеряют термографические данные в каждом отдельном пикселе и, следовательно, записывают фактические показания температуры вместе с тепловыми изображениями. Такой уровень детализации, наряду с GPS-информацией с геотегами для каждой фотографии, делает оценку изображения намного быстрее и удобнее.
Программное обеспечение DJI для создания тепловизионных изображений в полете
Показания на поверхности
Несмотря на высокую чувствительность, результаты с тепловизионных камер могут зависеть от множества факторов, таких как время суток, состояние поверхности и отражательная способность объекта. Атмосферные условия, такие как теплый воздух, влажность, облака, дождь и снег, также могут значительно снизить точность измерения температуры. Более того, дым, пыль и мусор могут оказать негативное влияние.
Покрытие поверхности объекта также может иметь значение. Например, два объекта, изготовленные из одного и того же материала, могут получать различные измерения с помощью тепловизора, если один из объектов покрыт ржавчиной, недавно окрашен или каким-либо образом изменен по сравнению с другим объектом. В этом случае тепловизионная камера будет генерировать разные показания температуры для обоих объектов.
Другие факторы также могут влиять на тепловые измерения. Например, на изображении ниже все солнечные панели сделаны из одного материала, но некоторые из них генерируют разные тепловые показания из-за положения камеры по отношению к положению солнца.
Именно по этим причинам важно всегда тщательно оценивать свои тепловые показания, прежде чем делать какие-либо выводы.
На показания поверхности с помощью тепловизионных камер может влиять ряд факторов
Распространенное заблуждение заключается в том, что тепловизионные камеры могут видеть сквозь стекло. Но фактически, они не могут. Вместо этого они просто измеряют температуру поверхности стекла, не глядя сквозь него. Тем не менее, тепловизионным камерам может быть сложно получить точное измерение стеклянного объекта, поскольку он может отражать тепло солнца, земли или других объектов рядом с ним.
Факторы чтения с поверхности, которые следует учитывать
Некоторые из факторов, влияющих на точность термографических измерений температуры:
- Атмосферные условия
- Дым, пыль и мусор
- Коэффициент излучения объекта
- Прозрачность объекта
- Отражательная способность объекта
- Время суток
- Угол обзора
- Тип краски на объекте
- Расстояние камеры до объекта
- Количество тепловой энергии на площади
- Шероховатость или гладкость объекта
Также следует отметить, что тепловизионная камера не может обнаружить утечки газа. Однако DJI предлагает лазерный детектор газа метана под названием U10, который можно легко интегрировать с Matrice 300 RTK и Matrice 210 RTK V2.
Системы с двумя камерами
Системы с двумя камерами одновременно снимают как тепловые, так и цветные изображения. Хорошей иллюстрацией этой функции является гибридная тепловая нагрузка Zenmuse H20T от DJI, которая представляет собой две камеры в одной: обычную камеру с видимым диапазоном и тепловизионную камеру. Обычно в системах с двумя камерами используется передовое программное обеспечение для получения более точных показаний температуры.
Разделенный режим с Zenmuse H20T
Изотермы
Изотерма - это настройка температуры, определяемая пользователем. Эта функция позволяет клиентам устанавливать определенные диапазоны температур, которые будут отображаться на панели управления дрона, чтобы выделять горячие точки.
Например, лесничий может искать показания высокой температуры, чтобы предупреждать о потенциальных пожарах, и, таким образом, может настроить монитор тепловизора на отображение только изотермических показаний в более высоких диапазонах температур. В результате лесничий будет предупрежден о потенциальных опасностях в режиме реального времени во время полета на тепловизионном дроне, вместо того, чтобы ждать, пока записанные изображения будут обработаны и затем проанализированы.
TempAlarm с Zenmuse H20T
Новое поколение тепловизоров для аэросъемки
Дроны со встроенными термодатчиками, такие как Mavic 2 Enterprise Advanced, могут измерять термографическую информацию в сложных условиях, таких как туман и дым. Кроме того, Zenmuse H20T имеет расширенные программные возможности, которые позволяют пользователям устанавливать сигналы тревоги, когда температура превышает определенные параметры, отслеживать температуру выделенных объектов, проверять температуру в реальном времени одним касанием экрана, накладывать объект видимого света на тепловой объект, и оптимизировать четкость изображения.
Дрон Mavic 2 Enterprise с тепловизионной камерой и камерой видимого света
Следует отметить, что не все тепловизоры одинаковы. По этой причине при принятии решения о покупке необходимо учитывать несколько ключевых факторов, таких как:
- Поле зрения (FOV) относится к размеру наблюдаемого изображения, которое захватывает камера.
- Атмосферостойкость означает, измеряется по уровням защиты от проникновения (IP). Если вы ожидаете, что ваши миссии будут подвергать ваш дрон и тепловые датчики воздействию неблагоприятных погодных условий, таких как дождь или туман, рекомендуется рассмотреть комбинацию M300 RTK + H20T, которая может похвастаться лучшей в отрасли устойчивостью к погодным условиям .
- Спектральный диапазон относится к электромагнитному диапазону, который может обнаружить датчик камеры.
- Температурная чувствительность означает, насколько чувствительна тепловизионная камера и в какой степени она воспринимает разницу в температуре. Это также называется шумовой эквивалентной дифференциальной температурой (NEDT).
- Разрешение изображения относится к размеру и количеству пикселей, которые содержит изображение, а также к тому, насколько оно детализировано.
Mavic 2 Enterprise Advanced: сенсор 640x512 (слева) по сравнению с Mavic 2 Enterprise Dual: сенсор 160x120 (справа)
Сценарии использования
По мере развития технологий в этой захватывающей области энтузиасты дронов находят все больше и больше способов использования тепловизионных устройств. Например, тепловизионные камеры sUAV в настоящее время используются для повышения эффективности солнечных электростанций, для отслеживания и проверки домашнего скота, для быстрого обнаружения переключателей перегрева на электрических распределительных линиях, для проверки оборудования на шахтах, для управления сельскохозяйственными системами и для повышения безопасности. Это лишь некоторые из уникальных вариантов использования тепловизионных дронов, и по мере совершенствования технологии список приложений будет продолжать расширяться.
Чтобы помочь вам решить, подходит ли тепловизионное устройство для ваших уникальных обстоятельств, обратитесь к в наш учебный центр Skymec.
Автор: Андрей Савельев
