2022年11月9日 星期三

· 無人機和熱成像(適用於初學者)

 

熱像無人機基礎


不只是縮時,還有粉塵、噪音、位移偵測

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當它變得可見時,看不見的世界是一個令人驚歎的景象。 熱成像就是這樣,透過使用專門的攝影機和技術,使看不見的紅外光譜可見。




作為一名認證的 ITC 熱成像師,我知道我們周圍那個無形的世界隱藏著什麼,並接受了培訓,以瞭解影像告訴我什麼。 這是一個完整的隱藏世界。



圖片來源:Keith Davis/熱成像


畢竟,什麼是熱成像? 什麼是紅外線熱成像? 我們將回答所有這些問題,甚至更多,只要繼續閱讀。



威廉·赫歇爾爵士紅色濾波器望遠鏡(大約1800年觀看紅外線光譜的第一個裝置)。 圖片來源:speedir.com



在過去的幾年裡,我們看到熱成像技術不僅變得更加實惠,而且更容易獲得。

很難相信,自 20 世紀 20 年代末開發第一個熱成像儀系統以來,我們已經走了這麼遠。

第一批熱敏攝像機又大又笨重。 最早開發的行動式熱敏攝影機系統之一,需要一輛卡車將其移動,以便可以使用。

今天,我們的熱敏攝影機太小了,可以安裝在我們的無人機上。

截至本文所述,標準 Mavic 3 或 Mavic 3 Cine 變體的情況並非如此。

熱成像的歷史

天文學家威廉·赫歇爾爵士在 1800 年首次發現了熱成像,當時他正試圖設計一個濾鏡,透過望遠鏡觀察太陽時可以減少太陽的眩光。


弗雷德裡克·威廉·赫歇爾(1738-1822)關於19世紀的雕刻。 德國天文學家、技術專家和作曲家。 E雕刻。 Wm在倫敦由Wm撰寫和出版。 S 奧爾公司


如果沒有足夠的過濾器,即使僅透過鏡頭曝光幾秒鐘,也可能出現嚴重的眼睛損傷。

在他的實驗中,他使用了紅色過濾器,這似乎產生了很多熱量。

為了測量多少,他透過稜鏡穿過陽光,同時拿著位於可見光譜紅端正上方的溫度計。

他注意到溫度計記錄的溫度高於可見光譜中的環境空氣,並得出結論,除了肉眼還可以看到的光之外,還有另一種形式的光。

赫歇爾發現了紅外光譜。 赫歇爾稱他的發現為「熱量光譜」,但有時稱之為「無形射線」,偶爾也稱之為「暗熱」。

今天,我們稱之為紅外線光譜,它是電磁光譜的延伸。 紅外線一詞於 20 世紀初開始使用。

下一個重大進步是在 1840 年,當時赫歇爾能夠製作首次列印在紙上的熱影象。

赫歇爾稱之為熱圖儀,這個術語一直伴隨著我們,直到現代,其偏差正在使用,稱為熱圖,意思是熱成像。

在某些情況下,您可能仍然會看到使用熱計一詞。



圖片來源:nachi.org


熱成像的下一個重大進步是 1880 年的波氏計,這仍然是我們現代熱成像成為可能的原因。

今天的每個熱成像儀裡面都有一個計。

計是由美國天文學家兼物理學家塞繆爾·蘭利發明的。 計是一種精密儀器,可以準確測量物體發出的紅外輻射,降到 1/100,000度。

第一台真正的紅外線攝影機建於 1929 年。

這是英國軍隊在第一次世界大戰後,用於防空行動的運動攝影機。 軍方迅速採用了紅外線攝影機的使用,很快,這項技術就成為世界各地防禦戰略的重要組成部分。



圖片來源:nachi.org



什麼是熱成像?

紅外線熱成像是從非接觸式熱成像裝置,獲取和分析熱資訊的過程。

對於那些可能不熟悉紅外線影像的人來說,這裡有一個快速的解釋,來幫助你瞭解它是什麼。

在被稱為熱圖的熱成像中,較暗的區域是輻射較少的熱輻射區域,這通常意味著目標的這些區域更冷。

較亮的區域意味著相反的 —— 更多的熱輻射和可能更溫暖的目標。



圖片來源:屋頂熱圖/D&Ds空中檢視



正如我們從上圖中看到的,由於熱負荷被消除,屋頂正在冷卻。 太陽落山 2 小時後拍攝了成像。

在這種情況下,熱負荷是當天的陽光。 熱負荷可以是任何對物體產生熱量的東西。

我們還看到,屋頂上有一個區域以與周圍地區不同的速度保持熱量和消散。 該地區從山谷的中點開始,一直延伸到屋頂。

這讓我們知道,那個地區有一些異常的地方。 經過進一步檢查,確定水正在從山谷的瓦片下滲透。

這個屋頂是故障的一個很好的例子,因為我們也可以看到山脊頂部也有故障,我們能夠跟蹤水的存在及其路徑。

淺綠色區域是屋頂下的水,因為水的冷卻速度與周圍的地區不同。



圖片來源:D&Ds空中檢視/屋頂溫度圖


在上面的這個溫度圖中,我們再次看到屋頂系統的多次故障,主要是從山脊蓋和壁爐煙囪周圍閃爍。

可悲的是,上述兩張圖片都代表著同一個屋頂。

最終的結果是客戶獲得了一個新的屋頂,他們能夠向他們的保險公司帶來多次故障,他們讓承包商重做工作。

由於風暴破壞,最初的屋頂被更換了,我們正在考慮更換。

在成像完成時,這個屋頂只有三個月大,發現屋頂安裝不當,水在幾個地方進入了房子的內部。

這只是熱技術的眾多用途之一。



圖片來源:Keith Davis/來自熱相機的RPG影象



圖片來源:Keith Davis/匹配熱影象


上圖顯示了單層商業屋頂系統。 在本例中,熱量表明屋頂完好無損,似乎沒有異常。

在匹配的 RBG 影像中,我們看到屋頂的角落有池,但到目前為期,該區域的池水還沒有滲透該層。

視覺與 夜視與 熱成像

很容易看出,視覺影象和熱圖之間幾乎沒有關係,如上文匹配的影像所示。

然而,主要區別是,視覺影像需要色彩吸收和反射來建立影像和光線,而熱成像(熱圖)不受光源的影響,即使在完全沒有光線的情況下仍然可以拍攝。

這是因為熱圖檢測發射的熱量,並從該資訊中建立影像。

夜視和熱成像之間有很大的區別,儘管兩者經常相互混淆。

夜視是放大少量可用光線的用途,需要一些光線才能工作。

正如我們剛才報道的那樣,熱成像根本不需要光線即可操作,可以在白天或深夜使用。

用於熱成像

熱成像在當今許多行業都使用,從電氣系統到家庭檢查,再到電池塔,搜尋和救援等等。

熱成像的好處之一,是它能夠透過煙霧看出。

對於消防員來說,這是一個寶貴的工具,可以辨識熱點,甚至是被困在火災中的人。


這些攝影機用於監控工廠的機械裝置,以驗證其是否在適當的執行溫度下執行。

在天然氣行業,這些系統用於監測油箱水準,以及系統管道上可能存在的洩漏或缺少絕緣材料。

它們甚至被用來識別地熱活動。

這些用途太多了,無法在這裡列出,這些只是幾個例子。

使用熱成像的最大好處之一是它是非接觸性的。 當帶電元件根本無法觸控時,這在檢查電氣系統時很重要。

熱成像根本不會侵入或影響目標,是我們唯一的非接觸式方法之一。

如何使用熱敏攝影機

使用熱成像儀需要一些專門的培訓,不僅要操作相機本身,還要分析影象並能夠解釋資料。




熱攝影機不像你可能熟悉的普通攝影機。 為了捕捉到良好的可讀溫度圖,使用前需要將某些資訊輸入相機。

要捕捉你可以正確分析的熱影像:

  • 熱圖必須聚焦
  • 它必須在正確的溫度範圍內進行
  • 你必須離目標足夠近

在熱成像中,我們使用福特(焦點、範圍和距離);福特的引數是那些在後處理軟體中無法更改的引數,因此在拍攝和儲存影像之前正確操作極為重要。

捕捉良好熱圖的最重要因素之一是瞭解物體的發射率。 如果你以前從未聽說過這個術語,我不會感到驚訝。


材料表面的發射率ε是其作為熱輻射發射能量的有效性,在0.0和1.0之間變化。

如下圖所示,一切都有自己的發射率,這對你是否捕捉到聚焦和調諧的溫度圖都將發揮重要作用。

與福特非常相似,在捕捉熱圖之前必須輸入發射率,並且在後處理中無法調整。

發射率是準確熱測量所必需的最重要的屬性,是的,它就是那麼重要。



圖片來源:researchgate.com



有一種方法可以確定物體在現場的發射率。 然而,保留參考圖表的副本是最容易的。

除了福特和發射率之外的另一個因素是調整。

熱調優意味著手動調整影像的跨度和水準,以最大限度地提高目標的熱對比度。

當周圍的能量透過移動,使能量不在探測器上來影響調諧時,或者透過手動調諧來調整跨度和電平,以視覺化該感興趣的元件上的能量時,這將發揮作用。

正確聚焦和調諧的熱圖將顯示正在捕獲的良好、詳細的物體或主題。

DJI Mavic 3 有熱攝影機嗎?

DJI Mavic 3 有熱攝影機嗎? 不,DJI Mavic 3 沒有熱成像儀。

我們會看到 DJI Mavic 3 系統嗎? 這很有可能。 謠言工廠一直在製造 Mavic 3 Enterprise Advanced 即將推出。

如果是這樣,那麼,是的,我們將有一個具有熱功能的 Mavic 3 系統,就像我們在 Mavic 2 和 Mavic 2 Enterprise Advanced 中看到的那樣。

結論

熱成像是我們工具箱中的重要工具。 有了它,我們可以將我們對世界的看法擴大到看不見的人,並使其可見。

FLIR 和 Fluke 等公司正在努力降低這些系統的成本,並提高其能力。

我知道我們在這篇文章中報導了很多,但幾乎沒有涵蓋所有內容。

熱成像還有許多方面需要您探索,無論是紅外科學的基本原理,還是介於兩者之間的許多其他方面,如Stephan-Boltzmann方程,到傳熱等等。




只要知道熱攝影機與你可能操作的任何其他攝影機不同,知道如何正確操作它確實需要額外的知識和培訓。

不僅是為了使用相機本身,而且能夠讀取和分析攝影機收集的資料。

你永遠不知道那個隱藏的世界會向你揭示什麼,所以去看看吧。 你會看到的!

飛行安全,飛行時,飛行安全!



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