I droni con termocamera

Come la tecnologia di una termocamera, abbinata alla versatilità di un drone, porta vantaggi alle diverse attività

I possibili utilizzi degli aeromobili a pilotaggio remoto (UAV) è in continua espansione. Gran parte di questa crescita è dovuta allo sviluppo e al perfezionamento di nuove funzionalità e alle dotazioni possibili a bordo dei droni. Ad esempio, la diffusione della termografia è in aumento.

I droni che sfruttano le capacità di una termocamera per rilevare il calore, oltre alla videocamera convenzionale, vengono utilizzati in molti scenari. Dal rilevamento degli incendi, alle missioni di ricerca dispersi e alle ispezioni alle linee elettriche, l’impiego di droni termici potrebbe essere la risposta a un elenco sempre crescente di esigenze importanti in molti settori.

Droni con termocamera in azione

Nonostante questa tecnologia sia ancora relativamente nuova, ecco qualche esempio d’impiego di droni con termocamera, ognuno dei quali può motivare l’utilizzo nel relativo settore:

• Nel 2020, la zona segregata di Chernobyl in Ucraina, proprio quella dell’incidente nucleare del 1986, ha visto svilupparsi enormi incendi. I droni termici hanno consentito ai vigili del fuoco di operare verso aree calde nonostante il fumo denso che limitava molto la loro visibilità.
• I droni si sono rivelati fondamentali nella ricerca di persone disperse durante le inondazioni e le frane legate ai monsoni in Vietnam. Gli UAV hanno svolto un triplice ruolo, realizzando riprese aeree di alta qualità, utilizzando sensori termici per cercare tracce di calore e raccogliendo dati di telemetria per modelli 3D dell’area.
• Le raffinerie di petrolio in Argentina impiegano droni termografici per rilevare l’energia relativa generata in diverse parti della loro infrastruttura di impianto. Ciò consente agli ispettori di ottenere un’immagine chiara dello stato delle apparecchiature, senza costringere i dipendenti ad avvicinarsi ad aree potenzialmente pericolose.
• I vigili del fuoco che hanno risposto a un incendio nelle praterie a Cleburn, in Texas , il 20 marzo 2022, hanno sfruttato i droni termici per fornire una consapevolezza situazionale completa del crescente incendio. I droni termici potevano vedere attraverso il denso fumo fluttuante e guidare le squadre di terra a rispondere in sicurezza ai punti caldi. Sono stati in grado di contenere le fiamme e tenere l’incendio lontano dalle aree residenziali e hanno tenuto sotto controllo l’incendio entro 4 ore.
• I droni termici hanno fornito immagini di ricognizione aerea durante una fuga di sostanze chimiche a Sarasota, in Florida. Gli UAV hanno permesso agli equipaggi di individuare la fonte del problema in mezzo a una nuvola di ammoniaca in espansione. 
• Gli UAV termici hanno consentito ai vigili del fuoco di Bentonville, in Arkansas, di monitorare attentamente la temperatura di un serbatoio di difluoroetano infiammabile mentre un impianto industriale circostante bruciava. Ciò ha consentito agli equipaggi di raffreddare strategicamente il serbatoio e impedirne l’esplosione.
• I droni termici aiutano degli agricoltori a scansionare i campi alla ricerca di cuccioli di cervo , che altrimenti sarebbero rimasti nascosti tra l’erba alta. I piccoli di cervo sono stati portati in salvo e gli agricoltori hanno potuto falciare i loro campi senza mettere in pericolo la vita degli animali.

Queste sono solo alcune delle applicazioni della tecnologia dei droni termici, ma dimostrano quanto possa essere importante avere il giusto equipaggiamento del drone per il lavoro da svolgere. Gli UAV dotati di sistemi termografici sono ormai un ausilio quotidiano e l’evoluzione di queste apparecchiature è in costante evoluzione.

Come funziona la Termografia?

Quando si considera il presente e il futuro della tecnologia dei droni per termografia, vale la pena approfondire i principi tecnici che fanno funzionare una termocamera. Comprendere come funzionano le apparecchiature di imaging termico può ispirare un uso più efficace della tecnologia e nuovi approcci di implementazione per i droni termici.

Capiamo il Calore

Il calore, noto anche come radiazione infrarossa (IR), è dato dalla vibrazione degli atomi. Gli oggetti emettono una firma termica basata su quanto si muovono i loro atomi: maggiore è il movimento atomico, più caldo è l’oggetto. La termografia è il processo di studio di queste firme termiche e dell’applicazione pratica della conoscenza delle immagini termiche.

Gli esseri umani sentono il calore, ma non possiamo vedere gli IR. Perché? Perché questa radiazione si verifica su una lunghezza d’onda elettromagnetica che l’occhio non può rilevare. Le termocamere sono però progettate per trasformare le firme a infrarossi in qualcosa di visibile agli esseri umani.

Come funzionano le termocamere

Le termocamere utilizzano lenti speciali che rilevano le frequenze IR, insieme a sensori termici e processori di immagini per restituire i risultati visivamente. Quando una telecamera a infrarossi è montata su un drone, il dispositivo viene in genere posizionato su un gimbal, che stabilizza l’immagine e consente all’obiettivo di ruotare di 360 gradi eliminando anche le vibrazioni.

I sensori termici all’interno di queste fotocamere avanzate, tecnicamente noti come microbolometri, si sono evoluti notevolmente ultimi anni. Le opzioni odierne non necessitano il raffreddamento dei materiali particolari utilizzati in passato, il che le rende molto più convenienti.

Le termocamere dei droni possono rilevare la temperatura superficiale di molti oggetti, ma ci sono delle eccezioni. Ad esempio, gli oggetti molto lucidi e riflettenti non assorbono molto il calore: hanno quindi una caratteristica nota come bassa emissività e sono più difficili da rilevare sulle termocamere. Invece gli oggetti ad alta emissività come il legno, il cemento e gli esseri viventi sono facili da scansionare.

Lettura ed elaborazione di immagini termiche

Una volta che i droni acquisiscono le informazioni termiche utilizzando le telecamere IR, questi dati termici vengono visualizzati su uno schermo come un’immagine convenzionale che i può vedere, archiviare ed analizzare.

Utilizzando il software di imaging termico, gli utilizzatori possono modificare la tavolozza dei colori utilizzata per rappresentare il calore della scena. Ogni vista è utile per selezionare vari dettagli dall’immagine e queste opzioni includono:

• Bianco caldo : gli oggetti più caldi appaiono più chiari e le aree più fredde sono più scure.
• Nero caldo : l’opposto del bianco caldo, con oggetti più caldi che appaiono più scuri.
• Arcobaleno : la temperatura corrisponde alle tonalità, con i colori caldi che rappresentano il calore.

Naturalmente, queste tre opzioni sono solo l’inizio. Le termocamere più avanzate offrono una più ampia varietà di visualizzazioni: una DJI Zenmuse H20T offre ben 12 tavolozze di colori separate.

Il tipo di termocamera utilizzato determina anche il formato in cui vengono acquisite e archiviate le immagini. Mentre le opzioni di fascia bassa acquisiscono le immagini come semplici file immagine, le soluzioni avanzate contengono anche dati termografici e letture della temperatura, insieme a tag GPS. I dati termografici possono essere analizzati ulteriormente con appositi software dedicati. 

Prendersi cura di una termocamera e proteggerla dai danni

Prima di iniziare a utilizzare un drone termico, è importante conoscere le situazioni in cui i sensori termici si danneggiano per prevenirle. Mentre i droni recenti sono ormai sempre più robusti, i sensori termici per loro stessa natura sono strumenti estremamente precisi e tarati finemente che richiedono attenzione e cautela durante l’uso. L’uso improprio può portare a danni permanenti ai sensori termici, restituendo dati con errori.

Ecco un esempio di immagini termiche acquisite da un DJI Matrice 30T i cui sensori termici sono stati danneggiati dall’esposizione diretta alla luce solare:

Per evitare che ciò accada al sensore della tua termocamera, NON esporre le sue lenti della a forti fonti di energia come il sole, la lava o un raggio laser. In caso contrario, il sensore della fotocamera potrebbe bruciarsi causando danni permanenti.

Effettuare misurazioni termiche accurate

Anche le termocamere più sofisticate devono far fronte a una varietà di fattori ambientali che possono rendere problematica effettuare una lettura accurata della temperatura. Questi fattori comprendono le condizioni atmosferiche: troppo caldo, umidità, nuvole, pioggia o neve possono ostacolare la precisione della termocamera. Inoltre le termocamere hanno problemi con il vetro, poiché il vetro, riflettendo, potrebbe catturare il calore del sole, del suolo o di un altro oggetto.

Anche il rivestimento superficiale di un oggetto può influire sulla capacità della termocamera di rilevare correttamente la temperatura. La corrosione o una verniciatura molto recente possono modificare la lettura della temperatura relativa di un oggetto. Anche la posizione del sole in una data ora della giornata può potenzialmente far sì che gli oggetti realizzati con lo stesso materiale abbiano un aspetto diverso visti dalla termocamera.

Usare una termocamera in modo efficace significa quindi considerare i seguenti fattori:

• Condizioni atmosferiche
• La presenza di fumo, polvere e detriti
• Emissività
• Trasparenza
• Riflettività
• Ora del giorno
• Angolo di visione
• Distanza dall’oggetto
• Vernice su un oggetto
• Quantità di energia termica
• Rugosità o levigatezza della superficie

Tenendo presenti queste caratteristiche, è possibile costruire un quadro molto accurato delle proprietà termiche di un oggetto o di un paesaggio.

Considerazioni avanzate sulla fotocamera

L’alta risoluzione e più opzioni di visualizzazione a colori delle immagini sono solo alcuni dei vantaggi offerti dai sistemi di termocamere di ultima generazione. Nel panorama odierno dello sviluppo tecnologico in rapida evoluzione, le possibilità soltanto di utilizzo saranno sempre più supportate da nuove funzioni.

Le nuove potenti funzionalità da considerare includono:

• Drone con payload a doppia fotocamera : i droni dotati di moderni sistemi di imaging termico possono essere in grado di acquisire più tipi di immagini contemporaneamente. I payload termici ibridi sono due telecamere in una, un sistema di imaging convenzionale e una telecamera a infrarossi.
• Impostazioni isotermiche personalizzate dall’utente : utilizzando un pannello di controllo del drone termico, gli utenti possono impostare isoterme, che sono impostazioni di temperatura personalizzate. Ad esempio, gli utenti alla ricerca di potenziali incendi possono chiedere alla telecamera di visualizzare automaticamente le immagini che contengono zone ad alta temperatura.
• Software di imaging termico di nuova generazione : il software utilizzato per interpretare le immagini IR si sta evolvendo continuamente, offrendo nuove funzionalità come il monitoraggio della temperatura per oggetti specifici, aggiornamenti del calore in tempo reale, una sovrapposizione di immagini a luce visibile e IR e altro ancora.

Grazie alla tecnologia dei droni termici in continua evoluzione, gli operatori possono offrire molte modalità di utilizzo di questi UAV. Vale la pena rivedere specifiche di missioni che solo pochi anni fa potevano essere impossibili, per capire che con le ultime tecnologie disponibili possono essere svolte bene e dettagliatamente.

L’uso per droni termici ora e in futuro

Avrete senz’altro capito che i droni termici possono ricoprire più ruoli oggi rispetto al passato, con sensori più precisi e prezzi più bassi che aprono nuove possibilità. Questo processo di espansione nell’uso è continuo, con nuove possibilità di utilizzo con successo.

Se sei impegnato in una delle seguenti attività, un drone termico può essere la tecnologia perfetta per le tue esigenze:

• Antincendio: uno degli usi più comuni dei droni termici è come strumenti antincendio. La mappatura del calore dall’aria consente ai vigili del fuoco di anticipare i fattori di rischio. Quando si lavora all’interno delle strutture, è possibile mappare possibili punti critici, mentre in scenari di incendi boschivi, i droni possono aiutare gli equipaggi a contrastare l’avanzamento delle fiamme e vedere lo scenario operativo malgrado il fumo.
• Ricerca e soccorso: gli incendi non sono gli unici tipi di disastri in cui i droni termici possono assistere delle squadre di soccorso. Successivamente a catastrofi come inondazioni, frane, terremoti, tornado e uragani, i droni termici possono aiutare gli equipaggi a trovare delle vittime scomparse, anche di notte. La capacità di riconoscere il calore corporeo permette a UAV di rintracciare individui che si sono persi in luoghi remoti molto più rapidamente che con i sistemi di ricerca tradizionali.
• Ispezioni aeree di impianti e infrastrutture: ispezionare le infrastrutture di servizi pubblici, dagli impianti e dalle installazioni di pannelli solari o pale eoliche alle linee elettriche, è più facile con i droni. L’utilizzo di termocamere insieme all’imaging convenzionale consente alle squadre di monitorare i potenziali rischi di guasti in modo rapido ed efficiente, o persino di ispezionare lo stato dei pannelli fotovoltaici. Non importa quanto sia grande un impianto, un drone può sorvolare il sito e raccogliere i dati necessari.
• Agricoltura avanzata : il monitoraggio delle colture e delle mandrie al pascolo dall’alto è un uso potenzialmente trascurato per i droni. Però la termografia consente agli agricoltori di misurare l’esposizione al calore dei campi e di seguire gli animali, anche di notte. Gli sforzi in corso per rendere l’agricoltura più efficiente attraverso le nuove tecnologie passano senz’altro dall’utilizzo dei droni.