Na świecie coraz częściej widzimy w praktyce wykorzystanie bezzałogowych statków powietrznych. Pracownicy rolni prowadzą ewidencję gruntów i pól uprawnych. Geodeci koordynują granice obiektów, szacują wielkość kamieniołomów i tworzą cyfrowe modele terenu. Służby bezpieczeństwa publicznego i służby ratownicze codziennie zapewniają wsparcie powietrzne w misjach poszukiwawczo-ratowniczych. Dron jest do tego niezbędny. Wysoce mobilne kamery lotnicze można łatwo i szybko wdrożyć, aby pokryć rozległy, złożony teren szybciej i wydajniej niż konwencjonalne zasoby naziemne. A dodatki z kamerą termowizyjną i innymi ładunkami umożliwiają zebranie maksymalnej ilości danych z precyzyjnym odniesieniem do lokalizacji.
Jeśli mówimy o wykorzystaniu dronów w bezpieczeństwie publicznym, większość działań poszukiwawczo-ratowniczych i reagowania kryzysowego prowadzona jest wieczorem i w nocy. Powodem tego było wprowadzenie systemów noktowizyjnych, które znacznie dokładniej zbierają informacje o zaginionych osobach czy identyfikują miejsca pożaru. Co więcej, według statystyk, same sytuacje awaryjne zdarzają się bliżej nocy.
Gotowym rozwiązaniem dla służb ratowniczych jest w tym przypadku kompleksowe rozwiązanie bezzałogowe z czujnikiem termowizyjnym. Kiedy potrzebne są dosłownie ziarenka informacji, to właśnie wsparcie powietrzne zapewnia większą dokładność i gromadzenie danych w oparciu o lokalizację. Jest to istotne, gdy trzeba szybko i trafnie podjąć decyzję o dalszym działaniu służb ratowniczych. Uporządkujmy to po kolei.
Czym jest technologia noktowizyjna?
Aby zrozumieć procesy, należy zacząć od najważniejszej rzeczy i określić, czym jest technologia noktowizyjna i dlaczego jest ona bardziej pożądana. Ludzki wzrok jest zaprojektowany w taki sposób, że określamy tylko to, co widzimy bezpośrednio. Jest to tak zwane światło widzialne. Światło widzialne jest częścią widma elektromagnetycznego. Inne widma - promienie podczerwone, ultrafioletowe, rentgenowskie, promienie gamma nie są postrzegane przez ludzkie oko. A jeśli człowiek jest w stanie jedynie poczuć to ciepło, czyli promieniowanie podczerwone, pozostaje ono dla niego niewidoczne. Następnie kamera, która opiera się na wykrywaniu niewielkich zmian temperatury otaczających obiektów i przestrzeni, wychwytuje tę samą energię podczerwieni i przetwarza obraz w taki sposób, aby stał się zrozumiały nawet dla człowieka.
Drugą rzeczą, którą należy wiedzieć, jest to, że nie wszystkie obiekty mają dokładną sygnaturę cieplną. Stopień, w jakim obiekt pochłania lub odbija impulsy termiczne, nazywany jest emisyjnością i może znacznie różnić się w zależności od obiektu. Na przykład kamień, drzewo, osoba lub zwierzę ma wysoki wskaźnik. Niskie - szkło, ceramika (przedmioty odblaskowe).
W zależności od specyfiki, noktowizor lub obrazowanie termowizyjne realizowane jest za pomocą czujnika termowizyjnego lub czujnika gwiaździstego nieba.
Obrazowanie termowizyjne
Obrazowanie termowizyjne polega na wykrywaniu energii cieplnej i określaniu różnic temperatur sygnatury cieplnej, która z kolei jest naturalnie emitowana zarówno przez obiekty ożywione, jak i nieożywione. Kamery termowizyjne wykorzystują zaawansowany technologicznie system soczewek i czujników, który transmituje niewidzialne częstotliwości podczerwieni w celu pomiaru temperatury powierzchni obiektu. Uzyskane dane wykorzystywane są przez procesor obrazu do stworzenia tzw. termogramu, czyli mapy kolorów, przedstawiającej różne wartości temperatur.
Tak mniej więcej wyglądają dane uzyskane z kamery termowizyjnej na obrazie widzialnym. Ta paleta odcieni zazwyczaj ma białe kolory, które wskazują gorące obiekty i ciemne kolory, które wskazują zimne obiekty. Paletę można także kolorować w zależności od ustawień aparatu. Ten typ jest bardziej powszechny i wyświetla szeroką gamę kolorów, gdzie cieplejsze obiekty są wyświetlane w jasnych kolorach - czerwonym, różowym, żółtym, pomarańczowym, a mniej gorące - zielonym, niebieskim, czarnym. Im szersza paleta barw, im bardziej zaawansowany jest system termowizyjny, tym dokładniej można określić dokładną temperaturę na powierzchni. Na przykład kamera termowizyjna DJI Zenmuse H20T ma dwanaście opcji palety kolorów, co daje 256 kolorów do wyświetlenia w 8-bitowym formacie JPEG lub MPEG-4.
Dlaczego kamera termowizyjna jest używana w nocy?
Jak już wspomniano, ciepło jest generowane przez wszelkie znajdujące się w pobliżu przedmioty i przedmioty. Po zachodzie słońca temperatura Ziemi spada najszybciej, podczas gdy inne obiekty, zwłaszcza ludzie, które w sposób ciągły emitują impulsy ciepła, nadal utrzymują ciepło. To właśnie tę różnicę dostrzega kamera termowizyjna, dzięki czemu drony wyposażone w kamery termowizyjne są ważnym rozwiązaniem do noktowizji, a także ułatwiają pracę ratownikom.
Chociaż kamery termowizyjne są bardzo czułe, na działanie kamer termowizyjnych może wpływać wiele czynników, takich jak pora dnia, stan powierzchni i współczynnik odbicia obiektu. Warunki atmosferyczne mogą również znacząco obniżyć dokładność pomiarów temperatury. Dane mogą zostać zniekształcone przez dym, kurz, gruz, a także wszelkie powłoki ochronne na stronie. W takich scenariuszach czujniki światła gwiazd mogą jeszcze bardziej przynieść korzyści służbom ratowniczym.
Czujniki światła gwiazd
Jest to rodzaj kamery termowizyjnej, która działa na zasadzie zbierania nie sygnatur cieplnych, ale dowolnej niewielkiej ilości światła pobieranego z emitowanego promieniowania gwiazd i Księżyca. To naturalne światło pozwala czujnikowi dokładniej określić powierzchnię i różnice termiczne.
Technicznie rzecz biorąc, kamery noktowizyjne z czujnikami światła gwiazd wykorzystują technologię zwaną optoelektronicznym ulepszaniem obrazu. Tutaj światło przechodzi przez kilka soczewek i soczewkę wzmacniającą obraz, która przekształca przychodzące fotony w elektrony. Elektrony te uderzają następnie w ekran pokryty fosforem, tworząc charakterystyczne, świecące na zielono obrazy. Przypomina to w pewnym stopniu obrazowanie formatów gier przez pryzmat celownika karabinu maszynowego w grach strzeleckich.
Nowoczesne czujniki wykorzystują technologię zwaną cyfrowym ulepszaniem obrazu, która jest nowszą wersją tradycyjnej technologii ulepszania światła. Cyfrowa poprawa obrazu wykorzystuje czujnik CMOS do konwersji światła na sygnały cyfrowe. Sygnały te są następnie elektronicznie wzmacniane i kilkakrotnie powiększane dla większej przejrzystości, zanim zostaną wyświetlone na ekranie jako obrazy w świetle widzialnym.
Czujniki światła gwiazd mają szerszą przysłonę i dłuższy czas otwarcia migawki, aby wpuścić więcej światła do aparatu. Czujniki współpracują z algorytmami redukującymi szumy obrazu i poprawiającymi jego jakość. Drony noktowizyjne wykorzystują cyfrową poprawę obrazu, ponieważ pozwalają na mniejsze, lżejsze i bardziej wszechstronne ładunki.
UAV z noktowizorem
Na papierze wszystko brzmi dość skomplikowanie, jednak w rzeczywistości zasada działania drona z kamerą termowizyjną jest niezwykle prosta. Dobrym tego przykładem jest hybrydowy gimbal DJI Zenmuse H20T z dwoma kamerami (zwykłą i termowizyjną). Aparat składa się z 20-megapikselowej kamery wizualnej z zoomem, 12-megapikselowej kamery szerokokątnej, dalmierza laserowego pokrywającego odległości od 3 m do 1200 m oraz radiometrycznej kamery termowizyjnej o rozdzielczości 640 x 512 pikseli. W tym przypadku rozwiązanie jest niezastąpione ze względu na pracę w zespole kamer noktowizyjnych i wizyjnych.
Ulepszony Mavic 3 Thermal
Drony z już wbudowaną termowizją, takie jak Mavic 3 Thermal , potrafią mierzyć temperaturę obiektów w trudnych warunkach mgły czy dymu. Aby szybko i dokładnie identyfikować obiekty, dron posiada na pokładzie dwa czujniki: 48-megapikselowy aparat z matrycą CMOS 1/2” oraz kamerę termowizyjną o rozdzielczości HD 640×512 pikseli. Podczas pracy można przełączać się pomiędzy kamerami, aby operatorowi wygodniej było określić miejsce i miejsce wykonywania zdjęć, a następnie przeprowadzić pomiary termowizyjne.
Niezbędny Matrice 300 RTK z Zenmuse H20N i H20T
Matrice 300 RTK to wielkoformatowa platforma będąca rozwiązaniem bezzałogowym dla wielu sektorów przemysłu. Dzięki możliwości jednoczesnej obsługi maksymalnie trzech ładunków platforma jest naprawdę niezastąpiona. Dron leci do 55 minut, szerokokątna kamera FPV zapewnia szeroki widok umożliwiający skuteczną kontrolę i nadzór, niezależnie od złożoności misji. W połączeniu z czujnikiem H20T z łatwością możesz monitorować temperaturę obiektów, a zaawansowane możliwości oprogramowania pozwalają ustawić alarmy w przypadku przekroczenia określonych wartości, a także sprawdzić temperaturę wybranych celów w czasie rzeczywistym dotykając ich za pomocą pilota ekran.
Kamera Zenmuse H20N zawiera dwa czujniki zoomu Starlight, dwie kamery termowizyjne o rozdzielczości 640 x 512 pikseli i 8-krotnym zoomie oraz dalmierz laserowy o zasięgu detekcji od trzech do 1200 metrów. Ekran pilota można podzielić na dwie części, podobnie jak w Mavic 3 Thermal , dla wygodniejszej obsługi.
Matryca 30T z kamerą FPV przy słabym oświetleniu
Nowy flagowy dron DJI M30T jest nie tylko kompaktowy i zwrotny w przypadku wymagających misji, ale ma także na pokładzie 48-megapikselowy czujnik CMOS 1/2” z 16-krotnym zoomem optycznym i 200-krotnym zoomem cyfrowym, 12-megapikselowy aparat szerokokątny , dalmierz laserowy i radiometryczna kamera termowizyjna 640 x 512 pikseli. Wbudowany czujnik FPV jest zoptymalizowany do pracy w nocy, umożliwiając widzenie na dużym obszarze i identyfikację celów w warunkach słabego oświetlenia lub całkowitej ciemności.
Co warto wiedzieć o dronach z termowizją
Aby bezpiecznie obsługiwać drona, należy przestrzegać kilku przydatnych zasad:
Zrób listę kontrolną przed lotem i postępuj zgodnie z nią. Jest to szczególnie ważne w warunkach słabego oświetlenia. W sytuacji awaryjnej łatwiej będzie Ci nawigować, jeśli będziesz mieć plan działania;
Przesunięcie od środka o 5 do 10 stopni, aby skompensować wszelkie martwe punkty w nocy. Ponadto, ponieważ utrzymanie wzroku w nocy przez panel sterowania jest trudniejsze, lepiej mieć drugiego pilota, który będzie obserwował sytuację na własne oczy;
Jeśli nie znasz obszaru, na którym będziesz używać drona, przestudiuj wcześniej lokalizację i cechy terenu na mapach;
Najlepiej jest podnosić dron w nocy, aby ominąć potencjalne przeszkody, takie jak drzewa i linie energetyczne. Średnia wysokość drona podczas misji poszukiwawczych wynosi 200-300 metrów. Nad lasem - do 500 metrów;
Jeśli straciłeś orientację w przestrzeni i nie możesz określić położenia drona na niebie, jak najszybciej wróć urządzenie do miejsca startu;
Można do niego wykorzystać lądowisko i oświetlenie, aby nie stracić z oczu miejsca lądowania. W ten sposób zawsze możesz bezpiecznie zwrócić drona;
Przed rozpoczęciem pracy sprawdź pogodę. Podczas deszczu, silnego wiatru, śniegu i mgły lepiej powstrzymać się od latania.