Imagens Térmicas _ Entenda as peculiaridades dessa tecnologia

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Imagem térmica é uma tecnologia chave, cobiçada já há algum tempo pelos prestadores de serviços de diferente áreas. Certamente, as possibilidades de aplicação das câmeras térmicas são muito diversas e bem difundidas. Mais recentemente, com a facilidade de se ter essa tecnologia embarcada em drones, as câmeras térmicas ganharam ainda mais visibilidade e vem sendo muito utilizadas em áreas como busca e salvamento, inspeção de construções, agricultura de precisão, entre outras. As câmeras térmicas podem oferecer recursos que nenhuma outra tecnologia pode fornecer.

Como em qualquer outra tecnologia de imageamento, as imagens térmicas proporcionaram melhores resultados quando captadas em certas condições e quando o operador sabe como interpretar corretamente as imagens. Para fazer isso, os operadores precisam ter uma compreensão básica de como as câmeras térmicas funcionam.

Uma noção do funcionamento

As câmeras térmicas permitem a estimativa da temperatura aparente, ou seja, essa temperatura é dada em função da radiação da superfície, não representando, portanto, a temperatura real desses corpos. A temperatura aparente é importante para os termógrafos, uma vez que alterações na leitura da temperatura podem indicar possíveis anomalias.

Existe muita confusão em torno do termo energia térmica. Essa confusão ocorre pelo uso indiscriminado dos termos temperatura e termal ou energia de calor; uma vez que estes termos não possuem o mesmo significado. A maioria das pessoas desconhece que a “energia de calor” e  “temperatura” são diferentes. O calor é uma forma de energia que não pode ser medida diretamente; apenas seus efeitos podem. A temperatura é a medida do nível de agitação das moléculas que compõe determinado objeto, e é expressa dentro de uma escala conhecida (como Fahrenheit ou Celsius). Os termógrafos utilizam câmeras radiométricas e softwares especializados para converter a energia térmica vista na câmera em uma medida precisa da temperatura, mas esse é outro tópico. Vamos ficar com a imagem térmica básica por enquanto.

Simplificadamente, as imagens térmicas detectam e exibem diferenças na energia térmica emitida pelos objetos dentro do campo de visão. A energia térmica (também chamada de “energia de calor”) está em torno de nós o tempo todo. Na verdade, é emitida por tudo que possui temperatura acima do zero absoluto, que corresponde à temperatura na qual não existe atividade molecular.

Alguns objetos produzem sua própria energia térmica (pessoas e outros animais de sangue quente), enquanto outros absorvem energia do sol e irradiam isso de volta à atmosfera. Objetos diferentes geram ou irradiam diferentes quantidades de energia com base em fatores como sua composição, textura da superfície e as condições circundantes. São essas diferenças que permitem criar as imagens visíveis a partir desses dados. Por outro lado, esses fatores têm o potencial de causar desafios de interpretação, uma vez que podem contribuir para um mal-entendido quanto aos padrões térmicos apresentados nas imagens.

Uma imagem térmica, assim como uma foto, retrata determinada paisagem em um momento distinto, com isso dependendo do tipo de aplicação que se dá às imagens térmicas e do ambiente em que foram coletadas, elas possuem grande chance de insucesso. Normalmente, uma imagem térmica conterá uma combinação da energia emitida ou refletida dos corpos. Materiais que funcionam como bons emissores (sujeira, rochas, concreto) não atuam como bons refletores. Por outro lado, um material altamente reflexivo (metal brilhante, vidro) é mais provável que lhe mostre a radiação que está refletindo em objetos ao seu redor, em vez do seu verdadeiro estado de energia térmica.

Portanto, qualquer ambiente é composto por uma série de itens que são fontes de energia térmica. A expertise está em entender porque um objeto está emitindo determinada energia e o que isso significa.

Na verdade, aprender a ler, identificar e categorizar defeitos com base em suas características pré-determinadas é um dos aspectos mais desafiadores da termografia. Assim, devido às dificuldades de interpretação usando a termografia, alguns pesquisadores argumentam que os defeitos não podem ser definitivamente distinguidos sem ajuda de outros equipamentos ou investigação.

Por que isso é importante?

O que tudo isso tem a ver com o uso de uma câmera térmica de um drone? Bem, vamos utilizar uma missão de resgate como exemplo.

Tentar encontrar uma pessoa em uma ampla área aberta com muito solo exposto, rochas e outros materiais orgânicos pode ser extremamente difícil. Considerando que o Sol já tenha se posto e que os objetos da superfície absorveram, por algumas horas, energia térmica do Sol; a energia emitida pelos objetos poderá facilmente prevalecer sobre a radiação emitida pela pessoa que se está procurando, isso porque todos os objetos descritos possuem alta emissividade – o que significa que absorvem e emitem energia de forma muito eficiente.

Temperatura X Energia Térmica
Nesse ponto, é fácil entender a diferença entre temperatura e energia térmica. Ao procurar por uma pessoa no deserto, com muita rocha e solo expostos, no início da tarde, em um dia ensolarado, você poderia ter muita dificuldade em encontrar, ainda que a temperatura fosse de 10 ou 32 oC, porque o chão teria se saturado com energia térmica (uma condição chamada “solar loanding”).

Para ter sucesso na busca o ideal é voar no início do dia – de preferência antes que sua área de busca seja exposta ao sol – ou quando o sol estiver abaixo do horizonte. Além disso, se houver cobertura de nuvens, os efeitos do carregamento solar serão bastante reduzidos. Se a área de busca não compreender solo exposto, tente posicionar a aeronave para procurar em áreas sombreadas. Isso criará uma área natural de maior diferença de energia que tornará seu alvo mais fácil de detectar.

Outro fator importante é a paleta de cores que você seleciona. Muitas câmeras, como o Flir Vue Pro e o Zenmuse XT da DJI incluem paletas de cores otimizadas para tarefas específicas, como inspeções industriais ou em prédios. Embora as paletas utilizadas para este tipo de missão, possam ser interessantes de olhar e com grandes imagens de componentes elétricos com problemas de superaquecimento, elas não são as melhores para uma missão de busca e salvamento. A paleta Black Hot ou White Hot são as escolhas mais indicadas para busca e salvamento.

As seguintes imagens ilustram a problemática exposta acima.

Nesta imagem, a pessoa é claramente visível perto da frente de seu caminhão. Observe as áreas de terreno aberto que são mais brilhantes do que a área circundante. Este é o lugar onde o solo é criado em montes de alguns metros de altura. Eles têm uma melhor drenagem, são mais secos do que as áreas mais baixas e mais escuras e estão inclinados mais expostas ao sol nascente de forma mais direta, de modo que estão absorvendo mais energia térmica. Todos esses fatores se combinam para criar mais carga solar nessas áreas.

O alvo se afastou do caminhão e é pouco visível à direita do centro da imagem. Ele está passando por uma leve depressão, onde o solo é menos brilhante do que os pontos altos circundantes.

O alvo continuou caminhando na mesma direção. Ele agora está atravessando uma área elevada e rochosa e efetivamente desapareceu da vista, mesmo que ele esteja de pé ao ar livre. Quando ele atravessou essa área e entrou no chão lamacento em declive de sua posição atual, tornou-se claramente visível novamente.

Estamos dizendo a todos os entusiastas do uso de imagens térmicas que não devam fazer isso? Absolutamente que NÃO. No entanto, queremos enfatizar que implementar o uso desse tipo de tecnologia em uma situação tática ou em uma inspeção de telhado, por exemplo, é algo que requer prática e estudo. Portanto não apareça em um local de busca ou em um local de trabalho esperando que a pessoa ou o problema se mostrem pra você, porque isso só vai acontecer se utilizar as ferramentas à sua disposição corretamente. Qualifique-se para entender as imagens e perceber diferenças no que está vendo.

Ficou com dúvida? Quer saber mais sobre câmeras térmicas, deixe seu comentário!

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Fabíola Gonçalves

Fabíola Gonçalves

Fabíola é Engenheira Agrônoma (CREA/RJ 2017105731) com doutorado em ciências pela Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Foi premiada pelo Conselho Regional de Engenharia e Agronomia do Rio de Janeiro (CREA-RJ) pelas pesquisas realizadas ao longo do seu mestrado. Possui especialização em Gestão Ambiental pelo Instituto Federal do Rio de Janeiro. Devido aos seus conhecimentos em fundamentos e aplicações do sensoriamento remoto e de processamento digital de imagens via satélite adquiridos durante o mestrado, ela tem se dedicado cada vez mais em buscar soluções utilizando dados oriundos dos Drones/RPAs/VANTs.
Fabíola Gonçalves

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