快速了解熱成像技術與無人機的可操作性如何使您的企業受益

快速了解熱成像技術與無人機的可操作性如何使您的企業受益

DJI Enterprise 台灣代理 先創國際

近年來，小型無人飛行器（sUAV）或無人機中的熱成像技術越來越受歡迎。從農業環境中的土地評估到公用事業行業的電力線檢查，再到搜索救援場景到火災檢查和檢測，應用程序在不斷增長。 

最近，DJI無人機的熱成像功能在幫助全球客戶提高安全性和性能方面發揮了重要作用。在阿根廷，DJI無人機用於熱力檢查。在白俄羅斯，DJI無人機用於撲滅野火。在美國，DJI無人機用於在消防人員進入發炎的建築物之前評估結構損壞。而在越南，DJI無人機用於搜索水災和滑坡倖存者。這些僅僅是一些例子，這些例子說明了熱無人機如何幫助企業以更低的風險更高效地運營。 

如果您想知道是否該升級到具有熱成像功能的無人機，那麼這篇文章旨在幫助您更好地了解基礎技術並幫助您更好地評估這些設備的功能。

熱度101

熱無非是原子的振動：振動越多，它們變得越熱。隨著原子的振動，它們會產生所謂的熱信號。該熱特徵是通過熱成像相機檢測到的。

熱成像是研究對象自然發射的熱量或紅外輻射（IR）的研究領域。熱像儀（如熱像儀）可檢測並顯示有生命和無生命物體的熱信號。

在深入了解熱成像的細節之前，需要強調一些有關熱成像的關鍵因素。首先，人類可以感覺到熱量，但是卻看不到熱量，因為熱量發生在電磁波譜的紅外波長上。另外，人類可見的可見光實際上只是電磁光​​譜的一小部分。另一方面，熱像儀可捕獲紅外能量並渲染適合我們有限視力的圖像。 

其次，需要注意的是，並非所有物體都能發出準確的熱信號。物體吸收或反射熱量的程度稱為發射率，在各個物體之間差異很大。此外，具有高發射率的物體（例如木材）可以通過熱成像設備輕鬆檢測，而具有低發射率的物體（如這些天井瓷磚）則不能通過熱像儀輕鬆檢測到。

木材具有高發射率

熱像儀的工作原理

熱像儀主要測量物體的表面溫度，其設計目的是檢測溫度的細微變化。但是，鏡子，發亮的物體和高度拋光的區域會反射熱輻射，因此無法通過熱像儀準確測量。取而代之的是，非反射性表面（例如混凝土，木材，甚至是人）具有很高的發射率，因此可以使用熱成像儀進行更精確的測量。

H20T捕獲的電線桿的熱圖像

熱像儀由專用鏡頭組成，可讓紅外頻率通過。另外，照相機包括熱傳感器和圖像處理器，它們全部被容納在保護殼中。攝像機通常安裝在無人機的萬向架上，該萬向架可旋轉至360度，並有助於穩定攝像機。當無人機飛來飛去時，相機的熱傳感器會檢測紅外波長並將其轉換為電子信號。在接收到信號之後，圖像處理器將創建一個所謂的熱譜圖或熱像圖圖像，該圖像由顯示不同溫度值的色圖組成。 

熱像儀工作原理圖

用技術術語來說，熱傳感器實際上稱為微測輻射熱計。這種高度複雜的傳感器本質上吸收紅外能量，然後根據其測量結果生成溫度記錄圖。有趣的是，過去的測微輻射熱計必須包含在特殊的冷卻材料中，因此被認為是“冷卻的”。結果，那些早期的測微輻射熱計的價格非常昂貴。幸運的是，技術已經發展到微測輻射熱計現在可以“不製冷”並仍提供卓越質量的地步。

讀取熱圖像

無人機熱成像軟件提供多種調色板可供選擇。這些調色板通常從熱的白色設置（熱的項目顯示為白色，較冷的項目顯示為黑色）到熱的黑色配置（在這些配置中顏色模式相反）變化。另一個常見的調色板是彩虹設置，它以多種顏色顯示熱量，最熱的項目顯示為紅色，橙色或黃色，而較冷的溫度顯示為藍色或黑色。

常用的熱調色板設置

更高端的無人機通常會提供各種各樣的調色板，以便消費者可以根據自己的特定需求選擇最佳的顯示器。例如，DJI的Zenmuse H20T熱像儀提供了十二個調色板，這些調色板被映射為256種顏色，並以8位JPEG或MPEG-4格式顯示。

熱像儀圖像處理

捕獲熱像儀圖像後，無人機軟件會在屏幕上的圖庫中顯示每個剪輯，就像智能​​手機顯示捕獲的視頻片段一樣。然後，客戶可以使用各種軟件包來檢查和編輯這些圖像。 

通常，低端熱像儀僅捕獲熱圖像而沒有溫度讀數。相比之下，諸如Zenmuse H20T之類的高端相機則在每個像素中測量熱成像數據，並因此將實際的溫度讀數與熱圖像一起記錄下來。這種詳細程度以及每張照片的帶地理位置標記的GPS信息，使圖像評估變得更快，更方便。

DJI機上熱成像軟件

表面讀數

儘管熱敏相機非常靈敏，但它可能會受到許多因素的影響，例如一天中的時間，表面狀況和物體的反射率。大氣條件（例如暖空氣，潮濕，雲，雨和雪）也會顯著降低熱讀數的準確性。此外，煙霧，灰塵和碎屑會產生負面影響。

物體的表面塗層也會起一定的作用。例如，如果一個物體被腐蝕，新塗漆或以任何方式與另一物體發生變化，則由相同材料製成的兩個物體可以接受不同的熱像儀測量值。在這種情況下，熱像儀將為兩個物體生成不同的溫度讀數。

其他因素也可以影響熱測量。例如，在下圖中，太陽能電池板全部由相同的材料製成，但是由於照相機的位置相對於太陽的位置，某些太陽能電池板會產生不同的熱讀數。

由於這些原因，在得出任何結論之前，務必仔細評估您的熱量讀數，這一點很重要。

熱像儀的表面讀數可能受多種因素影響 

一個常見的謬誤是熱像儀可以透過玻璃看到。實際上，它們不能。取而代之的是，他們只是測量玻璃的表面溫度而無需窺視玻璃。但是，熱像儀可能難以獲得玻璃物體的準確測量值，因為它可能反射了太陽或地面或附近的其他物體的熱量。

需要考慮的表面閱讀因素

影響熱成像溫度測量精度的一些因素包括：

1.         大氣條件
2.         煙霧，灰塵和碎屑
3.         物體的發射率
4.         對象的透明度
5.         物體的反射率
6.         一天中的時間
7.         視角
8.         物體上的油漆類型
9.         相機到物體的距離
10.       一個區域中的熱能數量
11.       物體的粗糙度或光滑度

還應注意，熱像儀無法檢測出氣體洩漏。但是，DJI確實提供了一種稱為U10的激光甲烷氣體檢測器，該檢測器可以與Matrice 300 RTK和Matrice 210 RTK V2無縫集成。 

要了解有關HazMat響應中的無人機的更多信息，請單擊此處。 

雙攝像頭系統

雙攝像頭系統同時拍攝熱圖像和彩色圖像。DJI的Zenmuse H20T混合熱負載就是一個很好的例子，它是兩個攝像頭合而為一的：常規可見光攝像頭和熱成像攝像頭。通常，雙攝像頭系統利用高級軟件來提供更準確的熱讀數。

Zenmuse H20T的拆分模式

等溫線

等溫線是用戶定義的溫度設置。此功能允許客戶設置要在無人機控制面板上顯示的特定溫度範圍，以突出顯示熱點。例如，一名護林員可能正在尋找高溫讀數以警告潛在的火災，因此可以將熱無人機的監視器設置為僅顯示較高溫度範圍內的等溫讀數。結果，護林員將在飛行熱無人機時實時收到有關潛在危害的警報，而不必等待記錄的圖像被渲染然後進​​行分析。

Zenmuse H20T的TempAlarm

下一代航空熱成像

帶有集成式熱傳感器（如Mavic 2 Enterprise Advanced）的無人機可以在復雜的條件下（例如霧和煙）測量熱成像信息。此外，Zenmuse H20T具有先進的軟件功能，可讓用戶在溫度超過某些參數時設置警報，跟踪突出顯示的物體的溫度，通過觸摸屏幕檢查實時溫度，將可見光物體疊加在熱物體上，並優化圖像清晰度。 

配備熱成像攝像機和可見光攝像機的Mavic 2 Enterprise無人機

熱像儀價格點

應該注意的是，並不是所有的熱像儀都是一樣的。因此，在決定購買一個時要牢記一些關鍵因素，例如：

1.         視場（FOV）是指相機拍攝的可觀察圖像的大小。
2.         耐候性表示電氣外殼能經受住元件的破壞程度，並以防護等級（IP）衡量。如果您預計您的任務會將無人機和熱傳感器暴露在雨天或霧天等不利天氣下，建議您考慮使用M300 RTK + H20T二合一產品，該產品具有業界領先的耐候性。 
3.         光譜帶是指相機傳感器可以檢測到的電磁範圍。 
4.         熱敏度表示熱像儀的敏感性以及熱像儀感知溫度差異的程度。這也稱為等效噪聲溫差（NEDT）。 
5.         圖像分辨率是指圖像包含的像素大小和數量以及圖像的詳細程度。

Mavic 2 Enterprise Advanced：640×512傳感器（左）與Mavic 2 Enterprise Dual：160×120傳感器（右）

用例

隨著這一令人興奮的領域中技術的發展，無人機愛好者正在發現越來越多的使用熱成像設備的方法。例如，sUAV熱像儀現在用於提高太陽能發電廠的效率，跟踪和檢查牲畜，快速檢測配電線路上的過熱開關，檢查礦山設備，管理農業系統並提高安全性。這些只是熱無人機的一些獨特用例，隨著技術的發展，應用範圍將繼續擴大。

為了幫助您確定熱成像設備是否適合您的獨特情況，請聯繫DJI行業應用台灣代理 先創國際 service@esentra.com.tw。