¿Cómo funciona una i
Las cámaras termográficas ayudan a que los procesos de producción sean más rápidos y seguros, y a mejorar la calidad de los productos finales. Pero, ¿cómo captura la cámara la imagen y cuántos píxeles necesita para este proceso?
Se utiliza una lente para enfocar la radiación infrarroja de un objeto sobre un sensor, y éste genera una señal eléctrica proporcional a la radiación. La señal se amplifica y, mediante el siguiente procesamiento digital de la señal, se convierte en un tamaño de salida que corresponde a la temperatura del objeto. El valor medido puede mostrarse en una pantalla de visualización o representarse como una señal analógica. El componente central de una cámara termográfica, el sensor de imagen, es una matriz de plano focal (FPA) de 150 nanómetros de grosor que puede tener entre 20.000 y un millón de píxeles. Los propios píxeles están formados por microbolómetros de tamaños comprendidos entre 17 × 17 y 35 × 35 µm² cuyo valor de resistencia cambia cuando absorben radiación térmica. El cambio en la resistencia provoca un cambio en la tensión de la señal, que disminuye a través de la resistencia del bolómetro y se analiza posteriormente.
En principio, más píxeles significa más detalle. Dado que las leyes de la física también se aplican a las cámaras termográficas, los sensores con un elevado número de megapíxeles están sujetos a efectos negativos. Al igual que ocurre con las cámaras digitales de fotografía, cada vez se alojan más píxeles en la misma pequeña superficie. Por ello, cada píxel individual tiene cada vez menos espacio para captar la radiación térmica. Esto significa que hay que amplificar las señales débiles. Sin embargo, esto a su vez aumenta el ruido contenido en la señal, lo que da lugar a píxeles perturbadores e imprecisiones en la medición de la temperatura. Esto se contrarresta con la reducción de ruido basada en software, que retoca la imagen capturada. El resultado es que las estructuras finas de la imagen también se suavizan, al igual que el ruido. Algunas de las cámaras infrarrojas de mayor resolución intentan mejorar la riqueza de detalles, ya sea mediante interpolación o superponiendo distintas imágenes que se producen por movimientos mecánicos del chip en el rango de los subpíxeles.
El píxel sobrecargado
Además del ruido, se produce un segundo problema: comparados con un vaso de agua, los píxeles individuales, cada vez más pequeños, sólo pueden absorber cierta cantidad de radiación térmica antes de “desbordarse”. Si una región de la imagen se mapea exactamente durante este “blooming”, otras regiones tendrán detalles que no se podrán identificar.
Pero la calidad del objetivo de la cámara, a menudo descuidada, desempeña un papel decisivo. ¿De qué sirve un sensor con el máximo número de píxeles si el objetivo no puede transmitir la energía infrarroja irradiada por el objeto de medición al sensor de imagen de la forma más libre de pérdidas posible? Si el píxel individual que puede resolver completamente el objetivo es mayor que el píxel individual del FPA, se expondrá más de un píxel a la vez. El resultado es un desenfoque evidente. Sólo cuando se tiene en cuenta la interacción entre el objetivo y los sensores se puede conocer la resolución real.
Cada píxel necesita tiempo y capacidad de almacenamiento
Cuanto mayor es la resolución de una cámara termográfica, más efectos secundarios desagradables surgen junto a los impactos cualitativos. La avalancha de datos que se produce al grabar con la cámara debe procesarse antes de guardarse. En este caso, las interfaces con velocidades limitadas de transferencia de datos en directo representan el primer obstáculo. La transferencia de datos tarda entonces cierto tiempo y hace que la frecuencia de muestreo de la función de vídeo disminuya. También hay que tener en cuenta el gran espacio que ocupan las termografías en el ordenador y en los soportes de almacenamiento conectados.
El uso correcto es un tema igualmente importante. Las cámaras termográficas, al igual que las cámaras digitales normales, están equipadas con un campo de visión (FOV) que puede cubrir ángulos de 6° para un teleobjetivo, 26° para un objetivo estándar y hasta 90° para un objetivo gran angular. Cuanto más se aleje del objeto, mayor será la región de imagen capturada y, con ella, el detalle de imagen que puede captar un píxel individual.
La resolución óptica del dispositivo de medición debe seleccionarse en función del tamaño del objeto de medición y de la distancia entre éste y el sensor. En el gráfico de la izquierda, debido a que el punto de medición es demasiado grande, se ha incluido la radiación térmica de la placa de circuito considerablemente más fría, lo que da como resultado una medición de la temperatura significativamente distorsionada. Por este motivo, el punto de medición de la cámara no debe ser mayor que el tamaño del objeto de medición.
Por este motivo, para objetos de medición muy pequeños o para grandes distancias entre la cámara termográfica y el objeto de medición, es vital disponer de altas resoluciones. En un ensayo realizado por Optris, se utilizaron dos resoluciones diferentes para medir la temperatura de un cable a idéntica distancia y con idénticas condiciones ambientales. Mientras que a 640 x 480 píxeles se detectó con precisión un punto caliente de 70,4 °C, la medición a una resolución de 80 x 80 píxeles dio una lectura de sólo la mitad de esa cantidad.
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