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Un dilema habitual: cómo averiguar qué paso de píxel del sensor térmico de imagen (también conocido como microbolómetro) le conviene más: ¿12 o 17 micras? En otras palabras, ¿el tamaño es importante? La respuesta es sencilla: sí, es fundamental. Pero lo que usted debe saber de antemano es que el paso de píxel influye directamente en el aumento de la base, la calidad de la imagen y la sensibilidad de la cámara termográfica. Existen muchas creencias y conceptos erróneos al respecto de esto. En este artículo, intentaremos explicarlo todo con detalle.
El tamaño sí importa
Un usuario, por lo general, determina la clase de un dispositivo de imagen térmica basándose en la resolución del sensor o, en otras palabras, por el número de píxeles horizontales y verticales. Aunque hay muchos más factores que determinan la calidad de una imagen térmica, hay una razón para prestar atención a esto: cuantos más píxeles contenga un sensor, más detalles de la imagen observada podrá mostrar al usuario.
¿Qué es la calidad de imagen térmica?
La resolución de un dispositivo de imagen térmica viene determinada por los parámetros de los elementos ópticos, el sensor, la pantalla, la calidad del concepto de diseño, así como los algoritmos de procesamiento de señales. En este artículo, vamos a considerar únicamente la influencia de los parámetros del sensor en la calidad de una imagen térmica. En cuanto al resto de parámetros, partiremos de la premisa de que estos se han resuelto de una manera óptima.
La resolución de un dispositivo de imagen térmica es un parámetro complejo que consta de resolución térmica y espacial.
La resolución espacial caracteriza la capacidad de un dispositivo de imagen térmica para mostrar por separado dos puntos o líneas muy próximos entre sí. Cuanto mayor sea la resolución, más clara se mostrará la imagen al usuario. Desde el punto de vista del usuario, la resolución espacial es el parámetro más comprensible y objetivo para determinar la calidad de imagen de un dispositivo de imagen térmica.
La resolución térmica (la diferencia mínima de temperatura detectable) es la relación límite entre la señal del objeto observado y la señal del fondo de la imagen, si se considera el ruido de un sensor de imagen térmica. Una resolución térmica alta significa que un dispositivo de imagen térmica puede detectar un objeto con una temperatura determinada frente a un fondo con una temperatura similar. Cuanto menor sea la diferencia entre la temperatura de un objeto y la del fondo que registra un dispositivo de imagen térmica, mayor será la resolución térmica.
La característica más importante que afecta a la resolución térmica de un dispositivo de imagen térmica es la NETD (la diferencia de temperatura necesaria para producir una señal igual al umbral de ruido) del sensor. Esta se mide en milikelvins. La NETD de un sensor es un parámetro que representa la diferencia de temperatura más pequeña que puede percibir el sensor. Este parámetro corresponde a una relación entre la señal y el ruido igual a la unidad. En otras palabras, el cambio en la señal de salida del sensor a una diferencia de temperatura igual a la NETD, corresponde al nivel de ruido del sensor. Cuanto menor sea el índice de la NETD, mayor será la sensibilidad del sensor.
A la hora de elegir un dispositivo de imagen térmica, los clientes se guían por diferentes parámetros: aumento de la base, alcance de detección, campo de visión, peso, tamaño y precio. Sin embargo, ni siquiera en la ficha técnica detallada que proporcionan los fabricantes de dispositivos de imagen térmica figura el punto «calidad de imagen». Al mismo tiempo, a la hora de la verdad, incluso dispositivos con el mismo rendimiento de campo muestran resultados notablemente diferentes.
Vamos a comparar dos cámaras termográficas de Pulsar: la Axion 2 XG35 y la Helion 2 XP50 Pro.
Es un buen ejemplo de dispositivos de imagen térmica con prestaciones de campo similares, pero que difieren en el precio. La Axion 2 XG35 y la Helion 2 XP50 Pro tienen la misma resolución espacial del sensor de 640×480 píxeles, un aumento de 2,5 – 20x, así como campos de visión (12,5×9,4 y 12,4×9,3 grados) y alcances de detección (1750 y 1800 metros) muy similares.
Entonces, ¿a qué se debe la diferencia del 30 % en el precio? La respuesta es la diferencia en la calidad de la imagen.
¿Cómo se debe evaluar la calidad de la imagen térmica?
Si usted sale al campo con el Axion 2 XG35 y el Helion 2 XP50 Pro en una tarde de verano y mira por el ocular, solo un ojo bien entrenado notará la diferencia en la calidad de la imagen: ambos dispositivos mostrarán aproximadamente el mismo contraste e imágenes detalladas.
Sin embargo, rara vez una jornada de caza se realiza en condiciones ideales o en el momento adecuado del día desde el punto de vista de un dispositivo de imagen térmica. La temporada de caza activa en Europa comienza en otoño e invierno, época de tiempo húmedo con lluvia, niebla y heladas nocturnas. Precisamente, la diferencia de precio de ambos dispositivos se comprende perfectamente cuando se observa en este tipo de condiciones reales.
En condiciones de bajo contraste térmico, la imagen del Helion 2 XP50 Pro es más informativa que la del Axion 2 XG35. No se trata de un conjunto de manchas con un número limitado de tonos entre el blanco y el negro, sino de una imagen de contraste «fotográfico» con una amplia gama de tonos medios y una representación de alta calidad tanto del objetivo, como del fondo. La mejor resolución térmica de la Helion 2 XP50 Pro procede principalmente de la sensibilidad NETD del sensor: una adecuada NETD es especialmente importante para observar escenas con bajo contraste térmico cuando los objetos tienen aproximadamente la misma temperatura. Por ejemplo, en el caso de los paisajes.
La observación de escenas térmicas de bajo contraste demuestra claramente la coherencia entre la resolución térmica y la resolución espacial de un dispositivo de imagen térmica. Puede parecer que en los dispositivos con la misma resolución de sensor (en nuestro caso, ambos sensores tienen una resolución de 640×480 píxeles), la imagen visible en la pantalla debería ser igual de detallada.
Pero no es así. Si el contraste térmico de la escena es bajo, un dispositivo de imagen térmica con una resolución térmica menor (un índice de la NETD del sensor más alto) mostrará una distinción más pobre en los detalles de la imagen. Las zonas con temperaturas similares, pero diferentes entre sí, se mostrarán en la pantalla como idénticas, así como tendrán el mismo brillo y contraste en la imagen del grupo de píxeles. De hecho, esto significa una menor resolución espacial.
Así, la resolución espacial de la imagen visible no es constante y puede disminuir con la disminución del contraste térmico de la escena observada. Parece una paradoja, pero los dispositivos de imagen térmica con sensores de menor resolución y mejor sensibilidad (p. ej., 384×288 píxeles @ 17 µm / NETD < 25 mK) pueden mostrar escenas de bajo contraste con más detalle que los dispositivos de imagen térmica con mayor resolución pero menor sensibilidad (p. ej., 640×480 píxeles @ 12 µm / NETD < 40 mK).
La sensibilidad del sensor no afecta al alcance de detección (depende del enfoque del objetivo y del paso de píxeles del sensor). En nuestro ejemplo, el Helion 2 XP50 Pro y el Axion 2 XG35 tienen el mismo alcance de detección de un objeto estándar de 1,8 m de altura. Sin embargo, si hablamos de las características cualitativas del alcance de observación, es decir, la distancia de reconocimiento e identificación, entonces, al disminuir el contraste de la escena (en caso de niebla, lluvia, bruma, aumento de la humedad), el dispositivo de imagen térmica Axion 2 XG35 mostrará mucho peor rendimiento.
Un tamaño de píxel mayor significa mejor calidad
Volvamos a los ejemplos: En cada uno de los casos considerados, la mejor calidad de imagen la mostraron los dispositivos con un sensor con una NETD <25 mK, ambos sensores tienen un paso de píxel de 17 micras.
NETD del sensor
Cuanto mayor sea el píxel y mayor sea su superficie, más radiación de infrarrojo de longitud de onda larga (LWIR) podrá recibir y mayor será la sensibilidad de todo el sensor térmico de imagen. El efecto del tamaño del sensor sobre la NETD subyace en la propia ideología de los sensores con uno u otro tamaño de píxel.
Esto se puede observar claramente en nuestro ejemplo. Los sensores tienen la misma resolución, 640×480 píxeles, pero el sensor del dispositivo de imagen térmica Helion 2 XP50 Pro tiene un tamaño de píxel mayor (17 micras frente a 12 micras) y, finalmente, una mejor sensibilidad (NETD <25 mK frente a NETD <40 mK).
El resultado es que el Helion 2 XP50 Pro es un dispositivo de nivel profesional. Al comprar este dispositivo de imagen térmica, el cliente paga un mayor precio, no solo por una calidad de imagen superior, sino también por la confianza de que el dispositivo tendrá un rendimiento óptimo ante cualquier inclemencia del tiempo o sorpresa que pueda surgir durante la jornada de caza.
Unas palabras sobre las ventajas de los sensores con un tamaño de píxel pequeño. En primer lugar, en el caso de los dispositivos de imagen térmica con un sensor con un píxel más pequeño, se puede conseguir el mismo alcance de detección, aumento y campo de visión con objetivos con un enfoque menor. Esto es lo que demostró la Axion 2 XG35.
En una pareja formada por el Axion 2 XG35 y el Helion 2 XP50 Pro, ambos dispositivos tienen el mismo alcance de detección. El Axion utiliza un objetivo con un enfoque menor (F35/1,0); el Helion, tiene un enfoque mayor (F50/1,0), pero el rango de detección de ambos dispositivos es el mismo debido a un menor píxel del sensor Axion. En condiciones ideales con el deterioro del contraste térmico en el punto de observación, el Helion 2 XP50 Pro arrojará mejores resultados como dispositivo con el mejor sensor NETD.
En segundo lugar, para una misma resolución, un sensor con un tamaño de píxel menor tendrá un tamaño físico menor. Por tanto, el dispositivo correspondiente puede fabricarse de un modo más compacto.
Lo que hay más allá de los números
Si comparamos un sensor moderno de 12 micras y un sensor de principios del siglo XXI con un píxel de 25 micras, es muy posible que la NETD del primero sea mayor. Esto es así porque, a lo largo de 20 años, se ha producido un serio avance en el desarrollo de las tecnologías de fabricación de sensores microbolométricos y en la calidad de los materiales utilizados.
En los sensores modernos, cuanto mayor es el tamaño del píxel, mayor es la sensibilidad (el índice de la NETD es menor). Se trata de un axioma: con los mismos materiales, es imposible crear un sensor termográfico con un tamaño de píxel menor, un precio más bajo y, al mismo tiempo, una sensibilidad mejor.
La NETD del sensor se mide de acuerdo con la normativa, que es la misma o similar para todos los fabricantes. Pero recientemente se ha producido una transformación en el concepto de la NETD, que ha pasado de ser una característica técnica especializada a convertirse en un elemento popular de venta para promocionar dispositivos, lo que no siempre es una aproximación inteligente.
Actualmente, los mejores lotes de producción de sensores con un paso de píxel de 17 µm alcanzan índices NETD inferiores a 25 mK, con un paso de píxel de 12 µm, que son inferiores a 40 mK. Al mismo tiempo, siempre hay un cierto número de sensores con un índice de la NETD inferior en el lote. Esto significa que los fabricantes pueden reunir un pequeño número de dispositivos de imagen térmica de alta sensibilidad que se utilizan como muestras para la demostración en el momento de lanzarlas al mercado. Sin embargo, dicha sensibilidad no puede mantenerse en la fabricación de dispositivos en lotes de producción de volumen significativo. Al mismo tiempo, en los folletos publicitarios e informativos sobre el producto, se declara una sensibilidad sobreestimada a lo largo de todo el ciclo de vida.
Al redactar las especificaciones técnicas en el certificado del aparato, algunos fabricantes se guían por los parámetros de los líderes del mercado e indican las cifras que un consumidor potencial quiere ver. Como resultado, en la actualidad, se pueden encontrar dispositivos en el mercado con un índice NETD inferior a 25 mK que está declarado para sensores con un píxel de 12 micras (p. ej., para un sensor 640×512 @12µm), y esto no refleja la realidad.
Algunos fabricantes utilizan y tienen en cuenta el postprocesado de la señal, como el filtrado de la imagen, para aumentar el índice de la NETD. El resultado así obtenido no puede considerarse el índice NETD del sensor. Más correctamente, es el índice NETD de un dispositivo de imagen térmica y esto parece bonito sobre el papel, pero no refleja la realidad. En realidad, la mejora de la NETD (es decir, la reducción del valor del parámetro) debido al filtrado de la imagen conlleva una disminución de la resolución espacial de la imagen visible en la pantalla, así como la pérdida de detalle de la imagen y su escaso valor informativo.
En el desarrollo de sensores y dispositivos de imagen térmica, existen leyes y limitaciones objetivas que no se pueden eludir. Un dispositivo de imagen térmica de primera no puede tener un bajo precio. Si dispositivos de imagen térmica que son similares en términos de campo declarado y capacidades funcionales muestran una diferencia de precio significativa, es muy probable que el bajo precio de un dispositivo más asequible se haya obtenido a costa de comprometer la calidad de la imagen. El comprador debe tener en cuenta todo esto a la hora de elegir un dispositivo de imagen térmica.
Antes de comprar cualquier dispositivo de visión nocturna o térmica, asegúrese de respetar la legislación local y de utilizarlo solo cuando esté permitido. Nuestros embajadores proceden de varios países y viajan mucho, lo que les permite probar diferentes dispositivos. No fomentamos ni apoyamos el uso ilegal de nuestros dispositivos en ningún evento. Si desea obtener más información sobre la política de restricción de exportaciones y ventas, visite el siguiente enlace: Política de restricciones de exportación y venta.