Los fundamentos de los drones térmicos

La lista de casos de uso para vehículos aéreos no tripulados (UAV) siempre está en expansión. Gran parte de este crecimiento se debe al desarrollo y refinamiento de nuevas y valiosas capacidades y cargas de drones. Por ejemplo, la prevalencia de las imágenes térmicas está en aumento. En este artículo analizaremos cuáles son los fundamentos de los drones térmicos, así como algunas recomendaciones de este tipo de equipos.

Los drones que aprovechan los equipos de cámara térmica para detectar calor, además de las cámaras de video convencionales, se están utilizando en una variedad de escenarios. Desde la detección de incendios hasta las misiones de búsqueda y rescate y las inspecciones de la red de servicios públicos, el despliegue de drones térmicos podría ser la respuesta a una lista cada vez mayor de trabajos importantes en todas las industrias.

 

Drones térmicos en acción

 

A pesar de la relativa novedad de la tecnología, ya hay numerosos ejemplos de drones térmicos DJI en acción, cada uno de los cuales puede inspirar a más usuarios a adoptar la tecnología:

  • Los bomberos que respondieron a un incendio forestal en pastizales en Cleburn, Texas, el 20 de marzo de 2022, aprovecharon los drones térmicos para proporcionar una conciencia situacional integral del creciente incendio. Los drones térmicos podían ver a través del espeso humo ondulante y guiar a los equipos terrestres para responder de manera segura a los puntos calientes. Pudieron contener los brotes y mantener el incendio alejado de las áreas residenciales, y controlaron el incendio en 4 horas.
  • En 2020, la Zona de Exclusión de Chernobyl en Ucrania sufrió incendios forestales masivos. Los drones térmicos permitieron a los bomberos navegar a áreas calientes a pesar de las gruesas columnas de humo que limitaban severamente su visibilidad. Puedes leer la historia completa aquí.
  • Los drones demostraron ser fundamentales en la búsqueda de personas desaparecidas durante las inundaciones y deslizamientos de tierra relacionados con el monzón en Vietnam. Los UAV cumplieron un triple papel, capturando imágenes aéreas de alta calidad, utilizando sensores térmicos para buscar firmas de calor y recopilando datos de telemetría para modelos 3D del área.
  • Las refinerías de petróleo en Argentina emplean drones de imágenes termográficas para detectar la energía relativa que se genera en diferentes partes de la infraestructura de su planta. Esto permite a los inspectores obtener una imagen clara del estado del equipo, sin obligar a los empleados a acercarse a áreas potencialmente peligrosas.
  • Los drones térmicos proporcionaron imágenes aéreas de reconocimiento durante una fuga química en Sarasota, Florida. Los UAV permitieron a las tripulaciones identificar la fuente del problema en medio de una nube de amoníaco en expansión.
  • Los UAV térmicos permitieron a los bomberos en Bentonville, Arkansas, rastrear cuidadosamente la temperatura de un tanque de difluoroetano inflamable mientras se quemaba una planta industrial circundante. Esto permitió a las tripulaciones enfriar el tanque estratégicamente y evitar que explotara.
  • Los drones térmicos ayudan a los agricultores a escanear los campos en busca de ciervos bebés, que de otro modo estarían ocultos entre la hierba alta. Los ciervos bebés son llevados a un lugar seguro, y los agricultores pueden cortar sus campos sin poner en peligro la vida del cervatillo.
  • Estas son solo algunas de las aplicaciones de la tecnología de drones térmicos, y demuestran lo importante que puede ser tener la carga útil de drones adecuada para el trabajo. Los UAV equipados con sistemas de imagen térmica ya están marcando la diferencia, y el equipo aún está evolucionando.

 

Termografía: ¿Cómo funciona?

Al considerar el presente y el futuro de la tecnología de drones de imagen térmica, vale la pena profundizar en los principios técnicos que hacen que las cámaras térmicas funcionen. Comprender cómo funcionan los equipos de imágenes térmicas puede inspirar un uso más efectivo de la tecnología y nuevos enfoques de implementación para drones térmicos.

El calor, también conocido como radiación infrarroja (IR), es solo la vibración de los átomos. Los objetos emiten una firma de calor basada en cuánto se mueven sus átomos: cuanto más movimiento, más caliente es el objeto. La termografía es el proceso de estudiar estas firmas de calor y poner ese conocimiento de imágenes térmicas en uso práctico.

Los humanos sentimos calor, pero no podemos ver la IR. ¿Por qué? Debido a que esta radiación ocurre en una longitud de onda electromagnética que el ojo no puede detectar. Las cámaras térmicas están diseñadas para convertir las firmas infrarrojas en algo visible para los humanos.

Fundamentos drones térmicos
Espectro del color
fundamentos drones térmicos comparación
Comparativa de una imagen bajo el espectro visible (izquierda) vs una imagen térmica.

Cómo funcionan las cámaras térmicas

Las cámaras térmicas utilizan lentes especializadas que captan frecuencias IR, junto con sensores térmicos y procesadores de imagen para representar los resultados en una pantalla visual. Cuando se monta una cámara infrarroja en un dron, el dispositivo generalmente se coloca en un gimbal, que estabiliza la imagen y permite que la lente gire 360 grados.

fundamentos drones térmicos imagen h20t
Imagen térmica proveniente de la Zenmuse H20T

Los sensores térmicos dentro de estas cámaras avanzadas, técnicamente conocidas como microbolómetros, han recibido actualizaciones notables en los últimos años. Las opciones de hoy en día no requieren los materiales de enfriamiento exóticos utilizados en el pasado, lo que los hace mucho más asequibles.

Thermal Sensor Breakdown
Diagrama de cómo funciona una cámara térmica

Las cámaras térmicas de drones pueden detectar la temperatura de la superficie de muchos objetos, pero hay excepciones. Por ejemplo, los objetos altamente pulidos, brillantes y reflectantes no absorben mucho calor: tienen lo que se conoce como baja emisividad. Estos son difíciles de detectar en cámaras térmicas. Los objetos de alta emisividad como la madera, el hormigón, e incluso las personas, son fáciles de escanear.

 

 

Lectura y procesamiento de imágenes térmicas

Una vez que los drones capturan información térmica utilizando sus cámaras IR, esos datos térmicos se muestran en una pantalla como una imagen convencional para que los operadores la revisen.

Utilizando el software de imagen térmica, los usuarios pueden cambiar la paleta de colores utilizados para representar el calor de la escena. Cada vista es útil para seleccionar varios detalles de la imagen, y estas opciones incluyen:

  • Blanco caliente: Los objetos más calientes parecen más claros y las áreas más frías son más oscuras.
  • Black Hot: Lo opuesto al blanco caliente, con objetos más calientes que parecen más oscuros.
  • Arco iris: La temperatura corresponde a los tonos, con colores cálidos que representan el calor.

Por supuesto, esas tres opciones son solo el comienzo. Las cámaras térmicas más avanzadas ofrecen una variedad más amplia de vistas: la Zenmuse H20T ofrece 12 paletas de colores separadas.

fundamentos drones térmicos paletas de color
Paletas de colores comunes en las cámaras térmicas

El tipo de cámara térmica utilizada también determina en qué formato se capturan y almacenan las imágenes. Mientras que las opciones de gama baja capturan imágenes como archivos de imagen simples, las soluciones avanzadas también contienen datos termográficos y lecturas de temperatura, junto con etiquetas GPS. Los datos termográficos se pueden inspeccionar más a fondo con la herramienta de análisis térmico DJI.

 

Toma de medidas térmicas precisas

Incluso las cámaras térmicas altamente efectivas tienen que hacer frente a una variedad de factores ambientales que pueden dificultar la toma de una lectura precisa de la temperatura de la superficie. Estos incluyen condiciones atmosféricas: demasiado calor, humedad, nubes, lluvia o nevadas pueden impedir la precisión de la cámara térmica. Las cámaras térmicas también luchan con el vidrio, ya que el vidrio reflectante puede estar capturando el calor del sol, el suelo u otro objeto.

El recubrimiento de la superficie de un objeto también puede afectar la capacidad de un dron térmico para tomar lecturas de temperatura. La corrosión o una nueva capa de pintura pueden cambiar la lectura de la temperatura relativa de un objeto. La posición relativa del sol también puede hacer que los artículos hechos del mismo material se vean diferentes en una cámara térmica.

fundamentos drones térmicos factores que impactan

Usar una cámara térmica de manera efectiva significa tener en cuenta los siguientes factores:

  • Condiciones atmosféricas
  • La presencia de humo, polvo y escombros
  • Emisividad
  • Transparencia
  • Reflectividad
  • Hora del día
  • Ángulo
  • Pintar sobre un objeto
  • Distancia del objetivo
  • Cantidad de energía térmica
  • Rugosidad o suavidad de la superficie

Al tener en cuenta estos rasgos, es posible construir una imagen precisa de las propiedades térmicas de un objeto o paisaje.

 

Consideraciones avanzadas sobre la cámara

La alta resolución y más opciones de visualización a color son algunas de las ventajas que tienen los sistemas de cámaras termográficas de alta tecnología. En el panorama actual de desarrollo tecnológico de rápido movimiento, las capacidades más avanzadas irán más allá de estas actualizaciones incrementales.

Las nuevas y poderosas capacidades a considerar incluyen:

  • Opciones de carga útil de drones de doble cámara: Los drones equipados con sistemas modernos de imágenes térmicas pueden capturar múltiples tipos de imágenes simultáneamente. Las cargas térmicas híbridas son dos cámaras en una, un sistema de imágenes convencional y una cámara IR.
  • Configuración isotérmica personalizada por el usuario: con un panel de control térmico de drones, los usuarios pueden establecer isotermas, que son configuraciones de temperatura personalizadas. Por ejemplo, los usuarios que buscan posibles incendios pueden pedir a la cámara que muestre automáticamente imágenes que contengan zonas de alta temperatura.
  • Software de imagen térmica de próxima generación: el software utilizado para interpretar imágenes IR está evolucionando con el tiempo, ofreciendo nuevas capacidades como el seguimiento de la temperatura para objetos específicos, actualizaciones de calor en tiempo real, una superposición de imágenes de luz visible e IR y más. Una opción es la herramienta de análisis térmico DJI.

Respaldados por la tecnología de drones térmicos en constante evolución, las empresas pueden ampliar las formas en que utilizan estos UAV. Vale la pena revisar las especificaciones de misiones que pueden haber sido imposibles hace solo unos años a medida que las imágenes térmicas se vuelven más precisas, versátiles y asequibles.

 

Tecnología de cámara termográfica: cargas útiles a tener en cuenta

Elegir una carga útil de imagen térmica para un dron es una cuestión de hacer coincidir las capacidades del equipo con el caso de uso de una organización. Hay algunos factores diferentes que determinan cómo funcionará un sistema de cámara en el campo, así como cuánto puede esperar pagar. Estos incluyen:

  • Campo de visión (FOV): Esta es una medida de qué tan grande es una imagen observable que la cámara puede tomar.
  • Resistencia a la intemperie: Medida en protección contra la entrada (IP), determina la resistencia de una carcasa eléctrica a los elementos, incluida la humedad de la lluvia y la niebla.
  • Banda espectral: La banda espectral es el rango electromagnético detectable por el sensor IR de la cámara.
  • Sensibilidad térmica: Esta métrica denota el grado en que un sensor puede medir las diferencias en la temperatura relativa, y también se llama temperatura diferencial equivalente al ruido (NEDT).
  • Resolución de la imagen: en lugar de qué tan grande es el área que captura la cámara, esto refleja cuántos píxeles entran en la imagen digital generada, lo que a su vez determina el nivel de detalle.
M2EA vs M2ED
Comparación en los sensores del Mavic 2 Enterprise Advanced (640×512) vs Mavic 2 Enterprise Dual (160×120)

Serie Zenmuse H20

Dependiendo del tipo de trabajo para el que esté buscando un dron y las condiciones en las que planea usar el UAV térmico, puede seleccionar una carga útil de cámara térmica para satisfacer sus necesidades. Algunas de las cargas útiles altamente capaces actualmente en el mercado incluyen modelos de la serie Zenmuse H20, tales como:

  • Zenmuse H20T: La Zenmuse H20 estándar es una cámara de drone de triple sensor que consta de una cámara con zoom de 20MP, una cámara ancha de 12MP y un telémetro láser de 1200m. La Zenmuse H20T también añade una cámara térmica radiométrica de 640×512px. La cámara genera archivos R-JPEG con información de temperatura incorporada, lo que permite un análisis más detallado.

La cámara térmica graba a 30fps con un alto grado de sensibilidad térmica. Con una amplia variedad de paletas de colores, isotermas personalizables y alarmas de temperatura, la carga útil permite a los usuarios elegir entre modos de alta ganancia y baja ganancia, dependiendo de si necesitan un rango de temperatura más amplio o más sensibilidad.

H20T Thermal Zoom Dual Mode
Modo de pantalla dividida de la Zenmuse H20T
  • Zenmuse H20N: La carga útil de Zenmuse H20N es similar a la H20T, sin embargo, tiene características aún más avanzadas, muchas vinculadas a su perfil de misión como cámara de visión nocturna. La cámara de visión nocturna starlight de la carga útil puede hacer zoom sincronizado con la cámara térmica, mostrando los resultados en pantalla dividida lado a lado.

Con dos cámaras térmicas, capaces de zoom de 2× y 8×, el sistema es capaz de un zoom de 32×. Pasar a una imagen térmica permite a los usuarios inspeccionar cuidadosamente cualquier punto caliente u otras anomalías de temperatura que detecten.

El uso de cargas útiles de cámara avanzadas permite a los drones intervenir en una amplia variedad de situaciones, ya sea que eso signifique buscar personas desaparecidas por la noche, escanear posibles incendios, realizar inspecciones eléctricas o cualquier otra aplicación potencial.

 

Casos de uso para drones térmicos: ahora y en el futuro

Los drones térmicos pueden desempeñar más funciones hoy que en el pasado, con sensores más precisos y precios más bajos que abren nuevas posibilidades. Este proceso de expansión y descubrimiento está en curso, con nuevos casos de uso que se abren todo el tiempo.

Uso de drones térmicos en la actualidad

Si su organización se dedica a cualquiera de las siguientes actividades, un drone térmico puede ser la pieza de tecnología perfecta para sus necesidades:

  • Extinción de incendios: Uno de los usos más comunes de los drones térmicos es como herramientas de extinción de incendios. El mapeo de calor desde el aire permite a los bomberos adelantarse a los factores de riesgo. Cuando se trabaja dentro de estructuras, es posible trazar un mapa de posibles puntos de falla, mientras que en escenarios de incendios forestales, los drones pueden ayudar a las tripulaciones a interceptar el progreso de los incendios al aire libre.
  • Búsqueda y rescate: Los incendios no son los únicos tipos de desastres en los que los drones térmicos pueden ayudar a los equipos de rescate. Después de catástrofes como inundaciones, deslizamientos de tierra, terremotos, tornados y huracanes, los drones térmicos pueden ayudar a las tripulaciones a encontrar víctimas desaparecidas, incluso por la noche. Estos UAV térmicos también son capaces de rastrear a las personas que se han perdido en el desierto.
  • Inspecciones aéreas de servicios públicos y drones mineros: Inspeccionar la infraestructura de servicios públicos, desde plantas e instalaciones de paneles solares hasta líneas eléctricas remotas, es más fácil con drones. El uso de cámaras térmicas junto con las imágenes convencionales permite a los equipos estar atentos a los posibles riesgos de falla de nuevas maneras, o incluso inspeccionar el estado de los paneles térmicos. No importa cuán grande sea una planta o mina, los drones pueden volar sobre el sitio y tomar lecturas.
  • Agricultura avanzada: El monitoreo de cultivos y pastoreo de rebaños desde el aire es un uso potencialmente pasado por alto para los drones. Las imágenes térmicas permiten a los agricultores medir la exposición al calor de los campos y rastrear a los animales, incluso por la noche. Los esfuerzos continuos para hacer que la agricultura sea más eficiente a través del despliegue de tecnología son una combinación perfecta para el despliegue de drones.

 

Expansión de casos de uso: Aún en curso

La expansión del uso de drones térmicos más allá de los roles de seguridad pública, y en su parte de construcción de eficiencia en los servicios públicos y la agricultura, es un desarrollo relativamente reciente. Esto demuestra que como usuarios, tanto profesionales como entusiastas del consumidor, están constantemente pensando en nuevos usos para los drones térmicos.

Si su empresa necesita realizar inspecciones aéreas cuidadosas de infraestructura de difícil acceso o vigilar al personal o los activos por la noche o en condiciones climáticas adversas, un dron térmico puede adaptarse a su caso de uso. A medida que las cargas útiles de las cámaras térmicas se vuelven más sofisticadas y, al mismo tiempo, más asequibles, el cielo es el límite.

Opciones de drones: Encuentre el mejor drone térmico para sus propósitos

Si bien su elección de la carga útil de la cámara es importante para el rendimiento del drone térmico, también lo es el chasis del dron comercial que elija. El cuerpo correcto del drone ofrecerá la velocidad, la maniobrabilidad, el rango de servicio, la duración de la batería y otros rasgos que determinarán qué tipos de tareas puede realizar su nuevo dron térmico.

Los siguientes son algunos de los drones comerciales líderes en el mercado que puede elegir para su despliegue térmico, que puedes comprar directamente en nuestro sitio web:

 

DJI Mavic 2 Enterprise Advanced

El M2EA es un  dron extremadamente compacto y ligero que aún contiene una amplia gama de características potentes. Tiene un sensor térmico integrado de 640×512 capaz de zoom de 16× y una velocidad de fotogramas de 30hz. El módulo RTK del dron permite un posicionamiento a nivel de centímetro, y su capacidad para trabajar con hasta 240 puntos de referencia lo hace perfecto para misiones de inspección automatizadas, incluso en entornos complejos.

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DJI Matrice 30T

El M30T es drone resistente construido para resistir los elementos y diseñado para ser altamente portátil a pesar de su impresionante carga útil del sensor. Las especificaciones de la cámara se alinean con la M2EA: resolución de 640×152, 30 fps. El sistema de control para el M30T es especialmente avanzado, con una pantalla panorámica de 7 pulgadas en el sistema de control de doble palanca diseñado para el uso de pilotos de drones empresariales.

M30T fundamentos drones térmicos

 

DJI Matrice 300 RTK

El M300 RTK es lo último en tecnología de drones comerciales, con la adaptabilidad para transportar hasta tres cargas útiles simultáneamente. Como máximo, el dron puede estar equipado con un gimbal hacia arriba y dos cardanes hacia abajo. El M300 RTK utiliza un nuevo sistema de visualización, que incorpora más información en la pantalla principal, para ayudar a un operador de drones a navegar alrededor de cualquier obstáculo potencial. Equipar el M300 RTK con una Zenmuse H20T o H20N como una de sus cargas útiles permite a los usuarios capturar niveles sin precedentes de información térmica de alta resolución.

fundamentos drones térmicos M300 + H20N

Empoderando a los usuarios de drones profesionales

Cualquiera que sea la configuración de drones térmicos que elija, puede capacitar aún más a sus usuarios seleccionando opciones adicionales. Por ejemplo, el programa DJI Care Enterprise, que incluye todo tipo de atención y servicio para sus equipo. Invertir en soporte le ayuda a salvaguardar su inversión y mantener sus drones térmicos volando, sin importar lo que encuentren.

Con una lista cada vez mayor de casos de uso y un alto grado de sofisticación tecnológica disponible en la actualidad, nunca ha habido un mejor momento para sumergirse en el uso de drones térmicos. Ya sea que esté brindando nuevas capacidades a su personal de seguridad pública o creando un nuevo método de inspección eficiente en servicios públicos. Así como en  agricultura o cualquier otro entorno industrial, un drone térmico puede agregar una nueva dimensión a sus operaciones.

Para ayudarte a decidir si un dispositivo de imagen térmica es adecuado para tu conjunto único de circunstancias, comunícate con nosotros vía whatsapp haciendo clic aquí.

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