Cámara infrarroja
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Una cámara infrarroja es un dispositivo que, a partir de las emisiones de infrarrojos medios del espectro electromagnético de los cuerpos detectados, forma imágenes luminosas visibles por el ojo humano.
Sumario
El infrarrojo
El infrarrojo es un tipo de luz que el ojo humano no puede percibir. Nuestros ojos pueden solamente ver lo que llamamos luz visible. La luz infrarroja nos brinda información especial que no podemos obtener de la luz visible. Nos muestra cuánto calor tiene alguna cosa y nos da información sobre la temperatura de un objeto. Todas las cosas tienen algo de calor e irradian luz infrarroja. Incluso las cosas que nosotros pensamos que son muy frías, como un cubo de hielo, irradian algo de calor. Los objetos fríos irradian menos calor que los objetos calientes. Entre más caliente sea algo más es el calor irradiado y entre más frío es algo menos es el calor irradiado. Los objetos calientes brillan más luminosamente en el infrarrojo porque irradian más calor y más luz infrarroja. Los objetos fríos irradian menos calor y luz infrarroja, apareciendo menos brillantes en el infrarrojo. Cualquier cosa que tenga una temperatura irradia calor o luz infrarroja.
Si miras un arco iris verás que tiene un espectro de color, una banda de colores que van desde el rojo al azul. No obstante, y aunque tú no los veas, antes del rojo y después del azul existen otros colores, invisibles al ojo humano. Antes del rojo, en particular, se encuentra lo que se llama el infrarrojo.
En general ves las cosas que te rodean gracias a la luz que reflejan. Pocas cosas emiten luz visible: el Sol, las estrellas, el fuego, lámparas, focos… No obstante, todas las cosas están emitiendo luz infrarroja, es decir, todos los cuerpos son “lámparas” de luz infrarroja, tanto más intensa cuanto más calientes están.
Esto permite que, a través de cámaras especiales capaces de captar este tipo de luz, se pueda analizar y estudiar propiedades de los objetos, de las cosas, que a simple vista no son observables.
Medición infrarroja
La medición infrarroja es un procedimiento de imágenes que hace visible la radiación de calor (luz infrarroja) de un objeto o un cuerpo que es invisible al ojo humano. La medición infrarroja es un procedimiento de medición sin contacto, lo que permite registrar procedimientos extremadamente rápidos (explosiones, incendios, etc.) y el transcurso de movimientos. Con la ayuda de la medición infrarroja se pueden registrar y esquematizar mediciones de temperatura sobre áreas. Con la medición infrarroja se describe la percepción de la emisión de calor de objetos, máquinas, edificios, etc. Gracias a la medición infrarroja se puede hacer una idea exacta sobre posibles pérdidas infrarrojas o determinar fuentes de calor. Un factor esencial para el termograma es el grado de emisión del objeto a investigar.
Cámara infrarroja
Una cámara infrarroja es un dispositivo capaz de percibir la radiación infrarroja que emiten los cuerpos detectados. Estas radiaciones son transformadas en imágenes luminosas para que el ojo humano pueda visualizarla.
Todos los cuerpos tienden a emitir radiaciones; las cuales depende directamente de la temperatura en que se encuentra el cuerpo, o sea, si el cuerpo está caliente emitirá una radiación infrarroja más llamativa, mientras que si están fríos emitirán menor radiación. A través de una pantalla se visualizan las imágenes; las cuales generalmente son monocromáticas; ya que se usa un tipo de sensor que percibe la longitud de onda infrarroja. Se muestran las áreas menos calientes en negro y las más calientes en blanco. También existen otros tipos de cámara infrarrojas como son las utilizadas para calcular la temperatura. Estas cámaras procesan las imágenes para que se visualicen de diferentes colores. Sin embargo, los colores mostrados no representan la radiación infrarroja vista; estos son falsos colores, ya que la cámara asigna atendiendo al rango de intensidad de particular longitud de onda infrarroja
Las cámaras infrarrojas o térmicas producen una imagen nítida incluso en las noches más oscuras. A diferencia de lo que sucede con otros aparatos, las cámaras térmicas no necesitan nada de luz para producir una imagen nítida. Permiten ver a través de la niebla y el humo poco densos, prácticamente en todas las condiciones meteorológicas. Esta posibilidad las convierte en instrumentos perfectos para la vigilancia a distancia durante 24 horas al día, 7 días a la semana.
La cámara infrarroja tiene varias aplicaciones como es la cartografía, donde se visualiza las partes mas frías de la imagen de color azul, las más calientes de color rojo y las intermedias de color naranja o amarillo.
Las imágenes térmicas pueden emplearse para todo tipo de aplicaciones de seguridad y vigilancia a distancia. Sin duda son especialmente eficaces para detectar posibles intrusos cuando la oscuridad es total sean cuales sean las condiciones meteorológicas. Después de todo, la seguridad consiste en no dejar amenazas sin detectar. 24 horas al día.
Las cámaras térmicas también son muy útiles de día. El contraste térmico es sumamente difícil de enmascarar. Alguien que intenta esconderse en la sombra o tras unos arbustos y personas que tratan de camuflarse pueden verse con claridad en una imagen térmica.Con las cámaras de imagen térmica, el resplandor del sol tampoco ciega la visión. Producen una imagen nítida prácticamente en todas las condiciones meteorológicas.
Mirando con una cámara infrarroja la superficie del mar, se puede detectar la presencia de corrientes de agua fría o caliente. Mirando con una cámara infrarroja una gran superficie vegetal o un cultivo se puede estudiar la existencia o no de plagas, o analizar el momento de maduración en el cual se encuentra el cultivo.
Funcionamiento
Atendiendo a su funcionamiento existen dos tipos de cámaras infrarroja.
Refrigeradas
Emplean semiconductores exóticos, que se encuentran al vacío y refrigerados, lo que incrementa su sensibilidad. Los materiales más comunes son el telururo de cadmio y mercurio (CdHgTe o CMT -siglas en inglés-) y el antimoniuro de indio (InSb). También se pueden realizar detectores sensibles al infrarrojo con elementos del tipo pozo cuántico. Se emplean enfriando a temperaturas del rango de 4 K hasta 110 K, siendo 80K el más común; sin esta refrigeración el propio ruido térmico del sensor es superior a la señal detectada.
No Refrigeradas
Funcionan a temperatura ambiente; se sacrifican prestaciones para obtener equipos más baratos y de menor consumo. Los materiales más usados son silicio amorfo y óxidos de vanadio.
Clasificación
En función del tipo de detector
Cámaras infrarrojas con detectores criogenizados.
Los detectores están contenidos en un recipiente sellado al vacío (Dewar) y enfriado muchos grados bajo cero Celsius por un costoso equipo criogénico. Esto aumenta enormemente su sensibilidad con respecto a los detectores al ambiente, debido a su gran diferencia de temperatura con respecto al cuerpo emisor detectado. Si el detector no fuera enfriado criogénicamente, la temperatura ambiental del detector interferiría las lecturas de temperatura recibidas por el detector.
Las ventajas de los detectores criogénicos son:
- Alta sensibilidad. (Pueden detectar temperaturas de 0.01ºC) Permiten acoplar ópticas potentes para observar objetos lejanos.
Las desventajas de los detectores criogénicos son:
- Su consumo de energía para enfriar el detector. (~ 10 vatios).
- El alto coste para fabricar los semiconductores especiales, sellar al vacío los recipientes y fabricar el refrigerador criogénico. (Decenas de miles de €).
- Tiempo de enfriamiento del sensor del detector a la temperatura óptima de operación. (~ 7 minutos).
Debido a su alto coste su empleo se reduce a las fuerzas armadas y de seguridad.
Cámaras infrarrojas con detectores al ambiente
Éstos operan a la temperatura ambiental. Los más modernos usan sensores que funcionan cambiando las propiedades eléctricas del material del cuerpo emisor. Estos cambios (de corriente, voltaje o resistencia) son medidos y comparados a los valores de temperatura de operación del sensor. Los sensores pueden estabilizarse a una temperatura de operación, por arriba de los cero celsius, para reducir las interferencias de percepción de imagen, y es por eso que no requiere equipos de enfriamiento.
Las ventajas de estos detectores son:
- Su menor costo con respecto a los criogenizados.
- Menor tamaño.
Pero sus desventajas:
- Mucha menos sensibilidad resolución que los criogenizados.
- Necesidad de ópticas con gran apertura lo que limita su uso a objetos cercanos.
- Dado que en este campo se están produciendo avances constantes, las prestaciones de estas cámaras se están acercando a las cámaras con detectores criogenizados.
En función del origen de la radiación
- Cámaras infrarrojas activas
Emiten radiación infrarroja con un reflector integrado a la cámara o ubicado en otro sitio. El haz infrarrojo alumbra el cuerpo detectado; y el alumbramiento es emitido por el cuerpo para ser percibido por la cámara e interpretado en una imagen monocromática. El reflector tiene un filtro para prevenir que la cámara sea interferida por la observación de la luz visible. Si el reflector tiene mayor alcance mayor será el tamaño y el peso de su filtro y, mayor será el tamaño de la batería por que aumenta su consumo deenergía. Por eso la mayoría de las cámaras activas portátiles tienen un reflector con alcance de 100 metros, pero algunos fabricantes exageran el alcance de las cámaras a varios cientos de metros.
- Cámaras infrarrojas pasivas
También se llaman cámaras termográficas. Carecen de reflectores, y perciben la radiación infrarroja tal cual emitida por un cuerpo. Son las más comunes. Estas cámaras se usan para rastrear gente en áreas donde es difícil verlos (de noche, humo o niebla), encontrar rastros recientes de alguien que ha dejado un lugar, seguir un coche en particular, ver rastros de humedad en ciertas superficies, inspección de elementos industriales, etc.
Especificaciones
Las especificaciones de los sensores de infrarrojos incluyen:
- número de píxeles (320x240 y 640x512 son los más comunes).
- sensibilidad espectral (banda de 3µm a 5µm o de 8µm a 12µm).
- vida útil del refrigerador;
- MRTD; En general ves las (Mínima diferencia de temperatura resoluble).
- campo de visión (dependiente de la óptica).
- rango dinámico;
- potencia consumida;
- masa y volumen.
Aplicaciones de las cámaras térmicas
Originalmente fueron desarrolladas para uso militar en la guerra de Corea. Las cámaras fueron migrando de forma paulatina a otros campos tales como medicina o arqueología. Más recientemente, avances ópticos y el empleo de sofisticados interfaces de software han mejorado la versatilidad de este tipo de cámaras, por ejemplo puede conocerse la temperatura corporal al instante, la cámara puede verificar si la temperatura es superior a la normal y se dispara una alarma sonora para que se identifique a la persona.
Las aplicaciones incluyen:
- militares y policiales para detección de objetivos y adquisición de datos;
- seguridad y antiterrorismo;
- mantenimiento predictivo (detección temprana de fallos tanto mecánicos como eléctricos);
- control de procesos;
- detección o análisis de incendios;
- industria automotriz;
- inspección de suelos;
- auditoría de aislantes acústicos;
- inspección de muros;
- medicina y diagnosis;
- análisis no destructivos;
- test de calidad en entornos de producción;
- detección de polución;
- deteccíon de temperatura corporal, por ejemplo para la detección de gripe A.
