Тепловизоры для квадрокоптеров и дронов - FORTUNA.ARMY

01\ Тепловизоры для квадрокоптеров и дронов

01\Тепловизоры для квадрокоптеров и дронов

1.1 Что такое тепловизор?

Основное преимущество тепловизора - возможность бесконтактного измерения температуры объектов. Первые тепловизоры появились в тридцатых годах. Они показывали импульс инфракрасного излучения, которое могли преобразовывать в электрический сигнал. В шестидесятых годах появилась первая тепловизионная система, достаточно простая, но медлительная и не позволяющая контролировать температуру в реальном времени. 

Сферы использования промышленных тепловизоров:
в научных исследованиях
в технологических процессах для учета и автоматизации
в нефтяной и газовой промышленности
при поиске места утечки тепла
при работе с электрооборудованием 

Тепловизоры бывают мобильные и стационарные. Последние используют на производствах, где нужен постоянный контроль температур. Спектр применения мобильных тепловизоров очень широк: строительство, электроэнергетика, их используют пожарные и спасатели, в горнодобывающей промышленности. Сегодняшние тепловизоры “видят” тепловые различия уже в пределах 0,01 градуса и выводят на дисплей детализированную тепловую картину области и объекта исследования.

1.2 Названия, под которыми тепловизоры представлены сегодня на рынке

Названия, под которыми тепловизоры представлены сегодня на рынке:
  • датчики теплового зрения
  • тепловизионные сенсоры
  • температурные сенсоры
  • тепловизионные датчики
  • термальные камеры
  • тепловизионные камеры
  • тепловая подпись камеры

Технические моменты, на которые нужно обращать внимание при выборе модели тепловизора: тип матрицы, фокусное расстояние, чувствительность матрицы, угол обзора и рабочий температурный диапазон.

1.3 Съемка тепловизионной камерой с дрона

Современные тепловизоры “видят” тепло и превращают его в изображения и видео. Отдельно стоит остановиться на сочетании тепловизионной камеры с дроном. Это незаменимый инструмент при поиске пропавших людей, обнаружении возгораний в лесу, утечки нефти или газа, повреждении электрокабелей, диагностики солнечных электростанций. Сегодняшний рынок предлагает большой выбор тепловизоров для квадрокоптеров, комплекты и крепления для тепловизионной съемки.

   

1.4 Преимущества использования дрона с тепловизором

эта система позволяет обнаруживать скрытые очаги возгорания. Тепловизору не мешает задымленность поэтому, он незаменим при исследовании обстановки во время тушения и поиска очага возгорания при лесных пожарах;
тепловизор с дроном незаменим при спасательных операциях, когда необходимо разыскать пропавшего человека;
также их используют для поиска сбежавших животных и для обнаружения проблем с системой орошения полей;
тепловизор позволяет увидеть объем утечки нефти или газа, проверить состояние линий электропередач в любых труднодоступных местах;
позволяет находить повреждения линий высокого напряжения без их отключения и диагностировать дефекты солнечной батареи; 
тепловизор используется для мониторинга утечек тепла в жилых домах и промышленных зданиях.

Отдельно можно упомянуть использование дрона с тепловизором на охоте. Такое его применение только набирает популярность. Дрон с тепловизором упрощает поиск добычи в темноте или в плохую погоду. Это удобно при охоте из засады, особенно с вышки. Устройство позволяет искать подранков без собаки, или, наоборот - увлекшихся охотой собак. Также позволяет обнаруживать других людей на территории, для избежания несчастных случаев. 

 

1.5 Принцип работы тепловизора

Тепло излучает любой предмет с температурой выше абсолютного 0, это -273,15 С. В атмосферу это тепло испускается в виде инфракрасных волн. Логично, что чем “теплее” объект, тем больше энергии он испускает. Когда возрастает температура, частота волн повышается, а их длина уменьшается. 




Методика регистрации и измерения длины теплового потока с помощью специальных электронно-оптических устройств называется инфракрасной термографией. Под эту методику разрабатывают специальные приборы, позволяющие проводить тепловой контроль объектов и решать большое количество разнообразных задач.




Итак, принцип действия современного тепловизора: фиксация излучения в инфракрасном диапазоне. С помощью линз, в состав которых входят материалы прозрачные для инфракрасного излучения, последнее проецируется на чувствительную матрицу. С помощью сложных микросхем информация с матрицы преобразуется в видеосигнал. Помимо изображения с цветовыми пятнами, соответствующими теплоизлучениям предметов, поверх карты можно выводить шкалу со значениями температур (касается измерительных тепловизоров). Большинство тепловизоров позволяют проводить аналитику изображения в реальном времени.  

Цветовая палитра

В современных тепловизорах может быть предустановлено множество цветовых палитр. Они могут быть цветными и черно-белыми. Рассмотрим пример палитры под названием «Горячий белый». Видеосигнал тепловизора выглядит так: низкий уровень излучения отображены темным цветом, высокий уровень излучения тепла отображается белым. Соответственно, получаемая картинка имеет множество оттенков серого.  Стандартный выбор палитры: наиболее горячие места окрашивают красным цветом, оттенками оранжевого и желтого, холодные, соответственно, оттенки синего и черный.

Излучательная способность объекта

Это важный показатель, который всегда нужно принимать во внимание, при чтении показаний тепловизора. В зависимости от материала, из которого состоит объект, интенсивность инфракрасного излучения будет сильно отличаться. Этот показатель вычисляют как: меру эффективности поверхности объекта относительно черного тела, взятого за идеальный источник. Этот показатель прямо влияет на тепловое излучение. Без учета материала поверхности, состояния поверхности, угла наклона показания тепловизора будут давать более “холодные” цифры. Поэтому правильно заданная излучательная способность - важный момент при работе с тепловизором, без нее температуры будут измерены неправильно.

Научное описание работы тепловизора и его структуры достаточно сложны. Но в работе современные тепловизоры просты и понятны. Нужно просто один раз детально разобраться с работой телевизора и научиться правильно интерпретировать его показания. Важно: для использования тепловизоров в сфере механики и электрики пользуйтесь услугами квалифицированных инженеров!

Объекты и предметы для нахождения или обследования которых, чаще всего используют тепловизоры:

- для объектов живой природы: растений, животных, людей;
- для обнаружения строений: палаток, жилых домов, заводов;
- для машин: конвейеров, двигателей и т. д.;
- транспортных средств, а также самолетов и судов;
- для обнаружения жидкостей и газов.

Все объекты и предметы по-разному поглощают и выделяют тепло. Получаемая картинка не бывает однородной, всегда присутствует большое количество переходов между цветами. На примере человеческого тела хорошо видно, что разные части тела имеют разную температуру и тепловизор показывает их детальные отличия.

Дистанция обнаружения объектов тепловизором зависит от следующих характеристик:
качество оптических элементов
тип детектора (охлаждаемый, неохлаждаемый)
частота и разрешение матрицы
размера объекта
температура цели и окружающего фона

1.6 Особенности использования тепловизоров

Работе тепловизора не мешают дым, туман и дождь. Благодаря этому, тепловизоры активно используются в горнодобывающей промышленности. Любая добыча полезных ископаемых сопровождается пылью в большом количестве и обычные камеры не дают корректного результата. А вот съемка тепловизором в инфракрасном диапазоне позволяет “видеть” несмотря на окружающие условия.




Что касается тумана и дождя - качество работы и точность данных будут зависеть от качества (класса) тепловизора. Чем слабее снег или туман - тем лучше будет изображение. Логично, что и расстояние влияет также - чем дальше объект, тем хуже изображение. Свет рассеивается от капель воды в атмосфере и из-за этого ограничивается работа тепловизора. Чем больше влаги в воздухе (чем выше плотность капель), тем более усложнена работа тепловизора. Тепловизоры высокого класса справляются с работой в дождь и туман.

Отличие тепловизоров от приборов ночного видения. Приборы ночного видения поглощают видимый свет и выводят его на экран. Но если видимого света недостаточно - видимость очков падает. Т. е. - в кромешной темноте в очках ночного видения ничего не будет видно без специальной подсветки. Соответственно, если есть помехи для подсветки в виде дождя, снега, дыма, туман, густая трава - прибор нормально работать не будет. Но и в сумерках, когда видимого света уже слишком мало для невооруженного глаза, его (света) “слишком много” для прибора ночного видения и они тоже не дадут хорошего результата. Всех этих проблем не возникает при работе с тепловизором, который не реагирует на видимый свет. У тепловизора может возникнуть своя проблема - ему нужен контраст между объектом и фоном. Нет контраста - нет картинки, не с чем сравнить.

Отличие тепловизоров от инфракрасных камер. Отличие тепловизоров от инфракрасных камер. Из-за принципа своей работы инфракрасная камера имеет ограничения в работе: они излучают свой собственный свет, и строят изображение на основе отражения этого света (луча) от исследуемых предметов. Соответственно, расстояние и контрастность - их слабое место.

Поверхность излучает не только собственное тепло, но и может отражать температуры окружающих предметов. То, насколько сильно поверхность отражает другие излучение - называется отражательной способностью. Проблематично точно провести измерения зеркальных (отражающих) поверхностей потому, что на них влияют фоновые отражения. Например, металлическая крыша будет выглядеть для тепловизора холоднее, ближе к температуре неба, которое она отражает. Фоновое небо при этом может иметь температуру ниже нуля. Для уточнения показателей съемку ведут под разными углами, но и это создает свои трудности, слишком сильный угол также будет искажать результат. Отражательная способность тесно связана с излучательной и, как и последняя, зависит от качества поверхности.

1.7 Основные характеристики тепловизоров

Объектив

Фокусное расстояние и угол зрения - определяющие параметры для потребителя. Стандартные имеют угол зрения от 17 до 32 градусов. Большое значение угла дает широкий обзор, маленький угол - детальное рассмотрение удаленных объектов. Оптику для тепловизоров делают из германия, халькогенидного стекла, селенида цинка и даже полиэтилена. Важным параметром также является возможность установки сменных объективов.

Детектор

Чувствительность матриц в охлаждаемых тепловизорах очень высока. Такие тепловизоры позволяют обнаружить человека на расстоянии нескольких километров и используются для наблюдения за масштабными территориями стратегического значения. Неохлаждаемые, соответственно, менее чувствительные, стоят намного дешевле. Они гораздо компактнее. Для задач охранного видеонаблюдения их характеристик более чем достаточно, так что, эти тепловизоры наиболее востребованы.

Чувствительность

Измеряется в милликельвинах и обычно обозначается аббревиатурой NETD. Это - разница между фоновой температурой и температурой объекта. Другими словами, этот параметр говорит о величине минимального температурного перепада, которую способен уловить тепловизор.

Разрешение

Причем нужно разделять разрешение детектора и разрешение самого тепловизора. Разрешение детектора определяет результативность и качество картинки. Самые дорогие тепловизоры имеют разрешение более 640Х480. а самые бюджетные - 60Х60. Разрешение же тепловизора - это то, что мы видим на его экране. Но, эта же картинка на мониторе компьютера может иметь совсем другой вид. Чтобы тепловизором с разрешением 60Х60 сделать качество 120Х120 нужно будет сделать минимум 4 снимка с близкого расстояния.

Температурный диапазон

Промышленные модели тепловизоров могут иметь температурный диапазон до +1200 °С. Такие модели используются в энергетике, химической, литейной промышленности и тому подобных. Для энергоаудита зданий  достаточно +100 °С,  а для выявления неполадок в работе промышленных установок, котлов - от 350 до 650 °С. Цена на соответствующие модели также будет разниться.

Спектральный диапазон

Для несложных задач в большинстве случаев достаточно диапазона 7-14 микрон. Для более сложных условий, например, когда нужно определить температуру поверхности не учитывая отражающую способность, нужен тепловизор со спектральным диапазоном 3-5 мкм и охлаждаемой матрицей (как уже упоминалось в статье - они намного более чувствительные).

1.8 Дополнительные функции тепловизора

Есть модели тепловизоров со встроенным компасом и GPS и сигнализацией при обнаружении минимальных или максимальных температурных показателей. Многие тепловизоры могут снимать видео и записывать звук, а также измерять влажность и диагностировать степень повреждения от нее, передать полученные результаты по Wi-Fi. Вообще, современный рынок предлагает большой выбор тепловизоров разного уровня и ценовой категории под любые нужды. Внимательно изучив модели, производителей и возможные функции, вы сможете подобрать тепловизор под конкретные работы.

02\ Тепловизоры для дронов и квадрокоптеров

02\Тепловизоры для дронов и квадрокоптеров

2.1 Применение квадрокоптеров и дронов с тепловизором

Проверка объектов коммунального хозяйства

С помощью дронов с тепловизором можно получить температурные данные с линейных объектов и крупных подстанций. С их помощью проводится проверка труб отопления, водопроводов, мачт связи, линий электропередач и многих других объектов.

Анализ работы солнечных электростанций

Тепловизионые дроны способны просканировать огромную площадь солнечных батарей всего за несколько минут. При этом оператор может обнаружить и исследовать проблемные зоны всего за один полет. Провести подобную инспекцию с земли невозможно.

Строительство

До появления дронов проверка строительства и кровель занимала очень много времени. Положение усугублялось тем, что проведение подобной инспекции было действительно опасным для жизни и приводило к несчастным случаям на производстве. Обследовать здания и крыши с помощью тепловизионного дрона можно за считанные минуты при этом не рискуя ничьей жизнью.

Тушение пожаров

Дроны с тепловизорами применяются при пожаротушении поскольку дают возможность видеть сквозь дым и таким образом следить за действиями пожарных команд и лучше руководить проведением операцией по тушению огня. Также прибор помогает определить, где пожар уже вскоре может утихнуть, а где требуется срочно провести работу, поскольку огонь там усиливается.

Поисковые и спасательные работы

Тепловизионные дроны становятся обязательными приборами для спасателей. Их можно использовать и в дневное, и в ночное время, проверяя с их помощью гектары площади за считанные минуты. Даже в дневное время использование тепловизоров дает лучшие результаты, чем просто видеокамера. Например, если человек одет в одежду, которая сливается с окружающей средой, то найти его только с видеокамерой будет сложнее, а тепловизор покажет температуру отличающуюся от температуры окружающей среды.

Угледобывающая промышленность

На предприятиях, добывающих уголь, это полезное ископаемое хранят в специальных контейнерах в огромном количестве. Большая масса легковоспламеняющегося вещества грозит образованием серьезного пожара. Самовоспламенение в таких условиях возникает нередко, поэтому важно регулярно проводить мониторинг температуры в угольных контейнерах.

Охота

Беспилотные летательные аппараты с тепловизионными камерами активно используются охотниками для поиска добычи с воздуха. В большей степени дрон с тепловизором применяется при регулировании численности животных. Наблюдение с воздуха позволяет быстро обнаружить стадо и передать координаты его местонахождения охотнику.

Военное применение

Дроны с тепловизионными модулями для военного применения – это высокотехнологичные, надёжные и дорогостоящие приспособления, которые необходимы для обнаружения живой силы и техники противника, патрулирования, защиты границ, обнаружения снайперских расчётов, противодействия терроризму. Тепловизионными сенсорами также оснащены военные беспилотники, которые используются для разведки или поражения целей.

2.2 Производители квадрокоптеров и дронов с тепловизорами

Квадрокоптеры и дроны с тепловизором – комплексные устройства, которые состоят из беспилотного летательного аппарата и тепловизионной камеры. Соответственно, в большинстве случаев такие являются общей разработкой двух и более компаний: первая ответственна за БПЛА, вторая – за тепловизионную камеру, третья может выступать связующим звеном, предлагающим оптимальную модель, собранную на базе максимально совместимых дронов и тепловизоров.

Наиболее популярной коллаборацией является сотрудничество американской компании FLIR Systems с популярным китайским производителем квадрокоптеров и различного видеооборудования DJI. Компании совместно выпускают полноценные тепловизионные комплексы для наблюдения с воздуха, а также их отдельные части: в ассортименте FLIR есть камеры для использования на дронах сторонних производителей (если на тех предусмотрено специальное крепление), DJI, в свою очередь, предлагает универсальные модели дронов с возможностью установки тепловизионных камер сторонних производителей.

2.3 Популярные модели тепловизоров для дронов / квадрокоптеров с тепловизором

Тепловизор для квадрокоптера
FLIR Vue Pro
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Разрешение матрицы, пкс
336х256 / 640х512
Объектив, мм
6.8/9/13/19
Частота, Гц
9-30
Спектральный диапазон, мкм
7.5-13.5
Крепление
2хM2x0.4 / 1/4-20 (сверху)
Габариты, мм
50х25
Масса, г
140
Рабочая температура, °С
-20…+50
Компактность
Простая настройка
Встроенная запись видео
12 модификаций

FLIR Vue Pro – компактная тепловизионная камера для установки на беспилотные летательные аппараты со встроенной системой записи и котроллером полёта. Популярная модель выпускается в 12 модификациях, которые отличаются разрешением матрицы (336х256 или 640х512 пикселей), диаметром объектива (6.8-19 мм) и частотой обновления кадров (9-30 Гц). FLIR Vue Pro может использоваться для энергоаудита, диагностики солнечных панелей, в обследовании линий электропередач, для поиска и спасения людей. Широкий модельный ряд позволяет выбрать прибор данной серии для выполнения любой задачи. В независимости от выбранных характеристик, пользователь получит компактную профессиональную камеру для малых БПЛА с возможностью регистрации всех данных полёта.

Тепловизор для дрона
FLIR Duo Pro R
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Разрешение матрицы, пкс
336х256 / 640х512
Диаметр объектива, мм
9/13/19/25
Спектральный диапазон, мкм
7.5…13.5
Тепловая чувствительность, мК
<50
Режимы
видимый, ИК, MSX
GPS
Да
Габариты, мм
87х82х69
Масса, г
325
Тепловизионная и цифровая камеры
12 модификаций
Функция MSX
Лёгкость и компактность

Тепловизор для дрона FLIR Duo Pro R – устройство, которое получает информацию и в видимой, и в тепловой картинке в рамках одного полета потому, что соединяет в одном корпусе тепловизор и цветную камеру с хорошим разрешением. Модельный ряд FLIR Duo Pro R также включает в себя 12 приборов, которые отличаются разрешением матрицы, диаметром объектива и углом поля зрения. В приборе предусмотрено два варианта видеовыхода: аналоговый и цифровой. Пилоты могут переключаться между цифровым и тепловизионным изображением в режиме реального времени, а также использовать функцию MSX, которая накладывает тепловизионное изображение на цифровое. Прибор прост в эксплуатации и настройке (все предполётные конфигурации настраиваются с помощью специального приложения на смартфоне или планшете). FLIR Duo Pro R – универсальное решение для тепловизионного обследования с воздуха.

Подвес с тепловизором
DJI Zenmuse XT2
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Разрешение матрицы, пкс
336 × 256 / 640х512
Частота, Гц
30
Чувствительность, мК
<50
Шаг пикселя, мкм
17
Совместимость
M200, M600 Pro
Электронная стабилизация
Да
Точность стабилизатора, °
± 0.01
Диапазон измерений, °С
-25…+135
Рабочая температура, °С
0…+40
Габариты, мм
124х112х127
Электронная стабилизация
Искусственный интеллект
Для профессионального использования
Высокая защищённость

DJI Zenmuse XT2 – профессиональный подвес компании DJI для беспилотного летательного аппарата, оснащенный тепловизионным модулем производства FLIR Systems. Подвес оснащен сенсором FLIR Tau 2, имеет электронную стабилизацию и оснащён искусственным интеллектом. Прибор имеет режим автоматического слежения за объектом, режим следования по тепловому коридору, а также может определять температуру конкретного участка, указанного на устройстве управления. Это профессиональный прибор, предназначенный для промышленных дронов DJI Matrices 600 Pro и Matrices 200. Он может использоваться для поисковых и спасательных операций, диагностики электростанций и оборудования, инспекции солнечных панелей и объектов химической и горнодобывающей промышленности. Прибор соответствует высоким стандартам защищенности, ему не помеха дождь, снег, туман или дым (клас защищённости IP44).

Тепловизионная камера
Workswell WIRIS 2nd Gen
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Разрешение матрицы, пкс
640х512
Спектральный диапазон, мкм
7.5…13.5
Температурная чувствительность, mK
<50
Диапазон измерения, °С
-25…+150
Измерение высоких температур
Да (необходим фильтр)
Увеличение, х
11
Масса, г
390
Габариты, мм
135х77х69
Работа с высокими температурами
Передача данных в режиме реального времени
32 ГБ встроенной памяти

Workswell WIRIS 2nd Gen 640 – тепловизионный модуль для установки на беспилотные летательные аппараты. Прибор весит всего 390 г и имеет сенсор с разрешением 640х512 пикселей. Позволяет проводить измерения в температурном диапазоне до 1500 °С (для измерения высоких температур нужен специальный фильтр) и передавать данные пилоту в режиме реального времени. Система оснащена 32 ГБ встроенной памяти, чего достаточно для записи 200 минут видео или сохранения 80 000 изображений). Анализ и обработка полученных материалов возможны в специальном ПО, которое входит в комплект поставки. Для оператора доступен широкий спектр возможностей: регулировка коэффициента излучения, редактирование термограмм, изменение цветовых палитр, зумирование, создание и экспорт данных и отчётов (фотографии с цифровой камеры, экспорт в Microsoft Excel, создание графиков времени из радиометрического видео и прочее).

Заказать обратный звонок