Máy bay không người lái trang bị cảm biến nhiệt – DJI Mavic 2

Xem nhanh cách công nghệ ảnh nhiệt kết hợp với khả năng cơ động của máy bay không người lái có thể mang lại lợi ích như thế nào cho doanh nghiệp của bạn

Hình ảnh nhiệt trong các máy bay không người lái cỡ nhỏ (sUAV) hoặc máy bay không người lái đã trở nên phổ biến trong những năm gần đây. Từ đánh giá đất trong các cơ sở nông nghiệp đến kiểm tra đường dây điện trong ngành công nghiệp tiện ích, và từ các kịch bản tìm kiếm cứu nạn đến kiểm tra và phát hiện hỏa hoạn, các ứng dụng liên tục phát triển.

Gần đây, khả năng chụp ảnh nhiệt của máy bay không người lái DJI đã là công cụ giúp khách hàng trên toàn cầu cải thiện độ an toàn và hiệu suất. Ở Argentina, máy bay không người lái DJI đã được sử dụng để kiểm tra nhiệt. Ở Belarus, máy bay không người lái DJI đã được sử dụng để dập tắt các đám cháy rừng. Tại Hoa Kỳ, máy bay không người lái DJI được sử dụng để đánh giá thiệt hại về cấu trúc trước khi lính cứu hỏa vào một tòa nhà bị viêm. Và ở Việt Nam, máy bay không người lái DJI đã được sử dụng để tìm kiếm những người sống sót sau lũ lụt và lở đất. Đây chỉ là một vài ví dụ chứng minh cách máy bay không người lái nhiệt đang giúp các doanh nghiệp hoạt động hiệu quả hơn với ít rủi ro hơn.

Nếu bạn đang tự hỏi liệu đã đến lúc nâng cấp lên một máy bay không người lái có khả năng chụp ảnh nhiệt hay chưa, thì bài đăng này được thiết kế để giúp bạn hiểu rõ hơn về công nghệ cơ bản và giúp bạn đánh giá tốt hơn chức năng của những thiết bị này.

Heat 101

Nhiệt không là gì khác hơn là sự dao động của các nguyên tử: Chúng càng dao động, chúng càng trở nên nóng hơn. Và khi các nguyên tử rung động, chúng tạo ra cái được gọi là ký hiệu nhiệt. Dấu hiệu nhiệt này là những gì được phát hiện bởi máy ảnh ảnh nhiệt.

Cup Visual vs Thermal

Thermography là lĩnh vực nghiên cứu xử lý nhiệt hoặc bức xạ hồng ngoại (IR) mà một vật thể phát ra một cách tự nhiên. Các thiết bị đo nhiệt như máy ảnh nhiệt phát hiện và hiển thị các dấu hiệu nhiệt của cả vật thể động và vô tri.

Có một vài yếu tố chính về kỹ thuật đo nhiệt cần được làm nổi bật trước khi đi sâu vào các sơ đồ và bu lông của hình ảnh nhiệt. Trước hết, con người có thể cảm nhận được nhiệt, nhưng không thể nhìn thấy được vì nhiệt xuất hiện trên bước sóng hồng ngoại của quang phổ điện từ. Ngoài ra, ánh sáng khả kiến mà con người có thể nhìn thấy trên thực tế chỉ là một phần nhỏ của quang phổ điện từ. Mặt khác, máy ảnh nhiệt thu năng lượng hồng ngoại và hiển thị hình ảnh phù hợp với tầm nhìn hạn chế của chúng ta.

Light Wavelengths

Thứ hai, điều quan trọng cần lưu ý là không phải tất cả các vật thể đều phát ra một ký hiệu nhiệt chính xác. Mức độ mà một vật thể hấp thụ hoặc phản xạ nhiệt được gọi là độ phát xạ và nó rất khác nhau giữa các vật thể. Hơn nữa, các vật thể có độ phát xạ cao, như gỗ, có thể dễ dàng được phát hiện bằng thiết bị chụp ảnh nhiệt trong khi những vật thể có độ phát xạ thấp, như gạch lát sân này, không thể dễ dàng phát hiện bằng camera nhiệt.

Emissivity Example Visual vs Thermal

Gỗ có độ phát xạ cao

Cách hoạt động của máy ảnh nhiệt

Máy ảnh nhiệt chủ yếu đo nhiệt độ bề mặt của một vật thể và được thiết kế để phát hiện những thay đổi tinh vi về nhiệt độ. Tuy nhiên, gương, các vật sáng bóng và các khu vực được đánh bóng cao phản xạ bức xạ nhiệt và do đó không thể đo chính xác bằng máy ảnh nhiệt. Thay vào đó, các bề mặt không phản chiếu như bê tông, gỗ và thậm chí cả con người có mức độ phát xạ cao và do đó có thể được đo chính xác hơn bằng cách sử dụng hình ảnh nhiệt.

Powerline H20T Visual vs Thermal

Hình ảnh nhiệt của cột điện được chụp bằng H20T

Máy ảnh nhiệt bao gồm một ống kính chuyên dụng cho phép các tần số hồng ngoại đi qua. Ngoài ra, máy ảnh còn bao gồm một cảm biến nhiệt và một bộ xử lý hình ảnh, tất cả đều được đặt trong một hộp bảo vệ. Máy ảnh này thường được gắn trên gimbal của máy bay không người lái có thể xoay tới 360 độ và giúp ổn định máy ảnh. Khi máy bay không người lái bay tới, cảm biến nhiệt của máy ảnh sẽ phát hiện các bước sóng hồng ngoại và chuyển đổi các bước sóng đó thành tín hiệu điện tử. Sau khi nhận được các tín hiệu, bộ xử lý hình ảnh tạo ra cái được gọi là hình ảnh nhiệt hoặc hình ảnh nhiệt học, bao gồm một bản đồ màu hiển thị các giá trị nhiệt độ khác nhau.

Thermal Sensor Breakdown
Sơ đồ cách thức hoạt động của máy ảnh nhiệt

Microbolometer

Sơ đồ của một cảm biến nhiệt (microbolometer)

Về mặt kỹ thuật, cảm biến nhiệt thực chất được gọi là microbolometer. Cảm biến rất tinh vi này về cơ bản hấp thụ năng lượng hồng ngoại và sau đó tạo ra một biểu đồ nhiệt dựa trên các phép đo của nó. Điều thú vị là, các microbolometers trước đây phải được chứa trong các vật liệu làm mát lạ và do đó được coi là “làm mát”. May mắn thay, công nghệ đã phát triển đến mức mà giờ đây các microbolometers có thể “không được làm mát” và vẫn cung cấp chất lượng vượt trội.

Đọc ảnh nhiệt

Phần mềm chụp ảnh nhiệt Drone cung cấp nhiều bảng màu khác nhau để bạn lựa chọn. Các bảng màu đó thường bao gồm từ cài đặt màu trắng nóng với các mục nóng được hiển thị bằng màu trắng và các mục mát hơn được hiển thị bằng màu đen, đến cấu hình màu đen nóng trong đó các mẫu màu được đảo ngược. Một bảng màu phổ biến khác là cài đặt cầu vồng hiển thị nhiệt trong một loạt màu với các mục nóng nhất được hiển thị bằng màu đỏ, cam hoặc vàng trong khi nhiệt độ lạnh hơn được hiển thị bằng màu xanh lam hoặc đen.

Color Palettes 4x

Cài đặt bảng màu nhiệt phổ biến

Các máy bay không người lái tiên tiến hơn thường cung cấp nhiều bảng màu hơn để người tiêu dùng có thể chọn màn hình tối ưu nhất cho các nhu cầu cụ thể của họ. Ví dụ: máy ảnh nhiệt Zenmuse H20T của DJI cung cấp mười hai bảng màu được ánh xạ tới 256 màu và hiển thị ở định dạng JPEG 8-bit hoặc MPEG-4.

Xử lý hình ảnh máy ảnh nhiệt

Sau khi chụp ảnh camera nhiệt, phần mềm của máy bay không người lái hiển thị từng clip trong thư viện trên màn hình giống như cách điện thoại thông minh hiển thị các phân đoạn video đã quay. Sau đó, khách hàng có thể sử dụng nhiều gói phần mềm khác nhau để kiểm tra và chỉnh sửa những hình ảnh đó.

Nói chung, máy ảnh nhiệt cấp thấp hơn chỉ đơn giản là chụp ảnh nhiệt mà không cần đọc nhiệt độ. Ngược lại, các máy ảnh cao cấp hơn như Zenmuse H20T đo dữ liệu nhiệt độ trong từng pixel riêng lẻ và do đó ghi lại các giá trị nhiệt độ thực tế cùng với các hình ảnh nhiệt. Mức độ chi tiết này, cùng với thông tin GPS được gắn thẻ địa lý cho mỗi ảnh, giúp cho việc đánh giá ảnh nhanh hơn và thuận tiện hơn nhiều.

TempCheck H20T

Phần mềm chụp ảnh nhiệt trên máy bay DJI

Đọc bề mặt

Mặc dù có độ nhạy cao, máy ảnh nhiệt có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như thời gian trong ngày, điều kiện bề mặt và hệ số phản xạ của vật thể. Các điều kiện khí quyển như không khí ấm, độ ẩm, mây, mưa và tuyết cũng có thể làm giảm đáng kể độ chính xác của kết quả đo nhiệt. Hơn nữa, khói, bụi và các mảnh vụn có thể có tác động tiêu cực.

Lớp phủ bề mặt của một vật thể cũng có thể đóng một vai trò quan trọng. Ví dụ: hai vật thể được làm bằng cùng một vật liệu có thể nhận được các phép đo camera nhiệt khác nhau nếu một trong các vật thể bị ăn mòn hoặc được sơn mới hoặc bị thay đổi theo bất kỳ cách nào so với vật thể kia. Trong trường hợp này, máy ảnh nhiệt sẽ tạo ra các số đọc nhiệt độ khác nhau cho cả hai đối tượng.

Các yếu tố khác cũng có thể đóng một vai trò trong việc ảnh hưởng đến các phép đo nhiệt. Ví dụ, trong hình ảnh dưới đây, các tấm pin mặt trời đều được làm từ cùng một vật liệu, nhưng một số tấm tạo ra các chỉ số nhiệt khác nhau do vị trí của máy ảnh so với vị trí của mặt trời.

Vì những lý do này, điều quan trọng là phải luôn đánh giá cẩn thận các kết quả đo nhiệt của bạn trước khi đưa ra bất kỳ kết luận nào.

Drone Visual Thermal Comparison

Các chỉ số bề mặt bằng máy ảnh nhiệt có thể bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố

Một sai lầm phổ biến là máy ảnh nhiệt có thể nhìn xuyên qua kính. Trong thực tế, họ không thể. Thay vào đó, họ chỉ cần đo nhiệt độ bề mặt của kính mà không cần nhìn qua nó. Tuy nhiên, máy ảnh nhiệt có thể khó có được phép đo chính xác của một vật thể thủy tinh vì nó có thể đang phản xạ sức nóng của mặt trời, mặt đất hoặc các vật thể khác ở gần vật thể đó.

Các yếu tố đọc bề mặt cần xem xét

Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo nhiệt độ nhiệt đồ là:

  1. Điều kiện khí quyển
  2. Khói, bụi và mảnh vụn
  3. Độ phát xạ của một đối tượng
  4. Độ trong suốt của một đối tượng
  5. Khả năng phản xạ của một đối tượng
  6. Thời gian trong ngày
  7. Góc nhìn
  8. Loại sơn trên một vật thể
  9. Khoảng cách của máy ảnh đến một đối tượng
  10. Lượng nhiệt năng trong một khu vực
  11. Độ nhám hoặc độ mịn của một vật thể

Cũng cần lưu ý rằng máy ảnh nhiệt không thể phát hiện rò rỉ khí gas. Tuy nhiên, DJI có cung cấp một máy dò khí mê-tan bằng laser được gọi là U10 có thể được tích hợp liền mạch với Matrice 300 RTK và Matrice 210 RTK V2.

Hệ thống camera kép

Hệ thống camera kép chụp đồng thời cả ảnh nhiệt và ảnh màu. Một minh họa tốt cho tính năng này là tải trọng nhiệt kết hợp của DJI Zenmuse H20T là hai máy ảnh trong một: một máy ảnh ánh sáng nhìn thấy thông thường và một máy ảnh ảnh nhiệt. Thông thường, các hệ thống camera kép sử dụng phần mềm tiên tiến để cung cấp các kết quả đo nhiệt chính xác hơn.

H20T Thermal Zoom Dual Mode

Chế độ chia tách với Zenmuse H20T

Isothermals

Đường đẳng nhiệt là cài đặt nhiệt độ do người dùng xác định. Tính năng này cho phép khách hàng đặt các phạm vi nhiệt độ cụ thể được hiển thị trên bảng điều khiển của máy bay không người lái để làm nổi bật các điểm nóng. Ví dụ: một nhân viên kiểm lâm có thể đang tìm kiếm các kết quả đo nhiệt độ cao để được cảnh báo về các đám cháy tiềm ẩn và do đó có thể đặt màn hình của máy bay không người lái nhiệt để chỉ hiển thị các số đọc đẳng nhiệt trong phạm vi nhiệt độ cao hơn. Do đó, lực lượng kiểm lâm sẽ được cảnh báo về các mối nguy tiềm ẩn trong thời gian thực khi bay một máy bay không người lái tầm nhiệt thay vì đợi các hình ảnh ghi lại được hiển thị và sau đó phân tích.

Isothermal User-Defined Temp Setting

TempAlarm với Zenmuse H20T

Thế hệ tiếp theo của ảnh nhiệt trên không

Máy bay không người lái có tích hợp cảm biến nhiệt như Mavic 2 Enterprise Advanced có thể đo thông tin nhiệt học trong các điều kiện phức tạp như sương mù và khói. Hơn nữa, Zenmuse H20T có các tính năng phần mềm tiên tiến cho phép người dùng đặt báo động khi nhiệt độ vượt quá một số thông số nhất định, theo dõi nhiệt độ của các đối tượng được đánh dấu, kiểm tra nhiệt độ thời gian thực chỉ bằng một lần chạm vào màn hình, chồng một đối tượng ánh sáng nhìn thấy lên một đối tượng nhiệt, và tối ưu hóa độ rõ nét của hình ảnh.

M2EA + powerlines

Máy bay không người lái Mavic 2 Enterprise với camera ảnh nhiệt và camera ánh sáng nhìn thấy

Điểm giá máy ảnh nhiệt

Cần lưu ý rằng không phải tất cả các máy ảnh nhiệt đều giống nhau. Vì lý do này, có một số yếu tố chính cần lưu ý khi quyết định mua một chiếc, chẳng hạn như:

  1. Trường nhìn (FOV) đề cập đến kích thước của hình ảnh có thể quan sát được mà máy ảnh thu được.
  2. Khả năng chống chịu thời tiết biểu thị mức độ chịu đựng của vỏ bọc điện đối với các phần tử và được đo bằng cấp Bảo vệ chống xâm nhập (IP). Nếu bạn dự đoán các nhiệm vụ của mình sẽ khiến máy bay không người lái và cảm biến nhiệt của bạn gặp thời tiết bất lợi như mưa hoặc sương mù, bạn nên xem xét kết hợp M300 RTK + H20T tự hào với khả năng chống chịu thời tiết hàng đầu trong ngành.
  3. Dải quang phổ đề cập đến phạm vi điện từ mà cảm biến của máy ảnh có thể phát hiện.
  4. Độ nhạy nhiệt biểu thị mức độ nhạy của máy ảnh nhiệt và mức độ máy ảnh cảm nhận được sự khác biệt về nhiệt độ. Đây cũng được gọi là nhiệt độ chênh lệch tương đương tiếng ồn (NEDT).
  5. Độ phân giải hình ảnh đề cập đến kích thước và số lượng pixel mà hình ảnh có cũng như mức độ chi tiết của hình ảnh.

M2EA vs M2ED

Mavic 2 Enterprise Advanced: cảm biến 640×512 (trái) so với Mavic 2 Enterprise Dual: cảm biến 160×120 (phải)

Trường hợp sử dụng

Khi công nghệ trong lĩnh vực thú vị này ngày càng phát triển, những người đam mê máy bay không người lái ngày càng tìm ra nhiều cách sử dụng các thiết bị ảnh nhiệt. Ví dụ, camera nhiệt sUAV hiện đang được sử dụng để cải thiện hiệu quả của các nhà máy năng lượng mặt trời, theo dõi và kiểm tra vật nuôi, phát hiện nhanh các công tắc quá nhiệt trên đường dây phân phối điện, kiểm tra thiết bị tại các mỏ, quản lý hệ thống nông nghiệp và cải thiện an ninh. Đây chỉ là một vài trong số các trường hợp sử dụng duy nhất cho máy bay không người lái nhiệt và khi công nghệ ngày càng cải thiện, danh sách các ứng dụng sẽ tiếp tục mở rộng.

Để giúp bạn quyết định xem thiết bị hình ảnh nhiệt có phù hợp với hoàn cảnh riêng biệt của bạn hay không, hãy liên hệ với đại diện của DJI trong khu vực của bạn.

Trả lời

Mục lục bài viết