ES2669844B1 - DEVICE FOR THE CHARACTERIZATION OF REFLECTIONS IN THE THERMAL INFRARED SPECTRUM - Google Patents
DEVICE FOR THE CHARACTERIZATION OF REFLECTIONS IN THE THERMAL INFRARED SPECTRUM Download PDFInfo
- Publication number
- ES2669844B1 ES2669844B1 ES201631520A ES201631520A ES2669844B1 ES 2669844 B1 ES2669844 B1 ES 2669844B1 ES 201631520 A ES201631520 A ES 201631520A ES 201631520 A ES201631520 A ES 201631520A ES 2669844 B1 ES2669844 B1 ES 2669844B1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- dome
- infrared radiation
- external
- reflections
- sensors
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 title claims description 17
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 title claims description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 43
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 238000000513 principal component analysis Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 210000004417 patella Anatomy 0.000 description 1
- 238000003909 pattern recognition Methods 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/06—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
Description
DISPOSITIVO PARA LA CARACTERIZACIÓN DE REFLEJOS EN EL ESPECTRO DEVICE FOR THE CHARACTERIZATION OF REFLEXES IN THE SPECTRUM
INFRARROJO TÉRMICOTHERMAL INFRARED
D E S C R I P C I Ó ND E S C R I P C I O N
OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION
El objeto de la presente invención es un dispositivo para la caracterización de reflejos en el espectro infrarrojo térmico.The object of the present invention is a device for the characterization of reflections in the thermal infrared spectrum.
Preferentemente, la presente invención está destinada a caracterizar reflejos en el espectro infrarrojo térmico como soportes para sistemas de medida de termografía cuantitativa, cuyos niveles de precisión en la medición requieran conocer o eliminar dichos reflejos, por ejemplo, para sistemas que requieran conocer las temperaturas absolutas, emisividades térmicas o velocidades de calentamiento y/o enfriamiento de determinados objetos o materiales.Preferably, the present invention is intended to characterize reflections in the thermal infrared spectrum as supports for quantitative thermography measurement systems, whose levels of precision in the measurement require knowing or eliminating said reflections, for example, for systems that require knowing the absolute temperatures , thermal emissivities or speeds of heating and / or cooling of certain objects or materials.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Dentro de la termografía, un problema que suele afectar a la calidad de la toma de imágenes, y que con frecuencia se desea mitigar está relacionado con la presencia de reflejos de radiación infrarroja, que de manera indeseada se introducen en una escena, provocando situaciones de confusión en cuanto al análisis de la imagen, especialmente cuando se trabaja en la modalidad de termografía cuantitativa.Within the thermography, a problem that usually affects the quality of the taking of images, and that is often desired to mitigate is related to the presence of reflections of infrared radiation, which unintentionally enter a scene, causing situations of confusion regarding the analysis of the image, especially when working in the modality of quantitative thermography.
Esto es debido a que todo cuerpo por encima de los 0 K emite radiación infrarroja por el fenómeno físico de la emisión térmica, la problemática de los reflejos en el espectro infrarrojo es más intensa que su situación homóloga en el espectro visible, puesto que en este último no todos los cuerpos son emisores de luz.This is because every body above 0 K emits infrared radiation by the physical phenomenon of thermal emission, the problem of reflections in the infrared spectrum is more intense than its homologous situation in the visible spectrum, since in this Last not all bodies are light emitters.
Actualmente, para mitigar la presencia de reflejos en escenas se conocen distintas soluciones habitualmente basadas en un software, o algoritmo, que modifica el espectro visible de la imagen fotográfica de la escena. Currently, to mitigate the presence of reflections in scenes, different solutions are known, usually based on a software, or algorithm, that modifies the visible spectrum of the photographic image of the scene.
Concretamente, se conocen diferentes algoritmos que se aplican para eliminar, o controlar, los reflejos en imágenes fotográficas de la escena realizadas a través de cristales. Los cristales, de las ventanas o de los escaparates, cuando se realiza una imagen fotográfica a través de ellos, producen reflejos, o reflexiones, tanto en el rango visible como en el infrarrojo.Specifically, different algorithms are known that are applied to eliminate, or control, the reflections in photographic images of the scene made through crystals. The crystals, windows or shop windows, when a photographic image is made through them, produce reflections, or reflections, both in the visible and in the infrared range.
Más concretamente, estos algoritmos están basados en señales "Ghosting” aplicadas en las diferentes capas de la imagen fotográfica para discriminar las reflexiones principalmente en el rango visible.More specifically, these algorithms are based on "Ghosting" signals applied to the different layers of the photographic image to discriminate reflections mainly in the visible range.
También se conocen algoritmos basados en la eliminación de reflejos comprendidos en el rango visible en imágenes fotográficas realizadas a través de cristales mediante la combinación de múltiples fotografías en movimiento.Algorithms based on the elimination of reflections comprised in the visible range in photographic images made through crystals are also known by combining multiple photographs in movement.
Otro método conocido para eliminar dichos reflejos en el rango visible, está basado en extraer dos "proxie 3D” (del tipo mapas de profundidad) para las reflexiones de la imagen, en donde uno de los "proxie 3D” transmite la luz y el otro la refleja, para interpolar la imagen y renderizarla posteriormente (SN Sinha, J Kopf, M Goesele, D Scharstein. Image-based rendering for scenes with reflections. ACM Trans. Graph., 2012). También se han utilizado metodologías basadas en Análisis de las Componentes Principales (PCA) para separar los reflejos de la imagen (Hany Farid and Edward H. Adelson. Separating Reflections and Lighting Using Independent Components Analysis IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 1:262-267, 1999, Fort Collins CO.).Another known method to eliminate said reflections in the visible range, is based on extracting two "proxie 3D" (of the type depth maps) for the reflections of the image, where one of the "proxie 3D" transmits the light and the other it reflects it, to interpolate the image and render it later (SN Sinha, J Kopf, M Goesele, D Scharstein, Image-based rendering for scenes with reflections, ACM Trans. Graph., 2012). Methodologies based on Principal Component Analysis (PCA) have also been used to separate reflections from the image (Hany Farid and Edward H. Adelson, Separating Reflections and Lighting Using Independent Components Analysis, IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 1: 262-267, 1999, Fort Collins CO.).
No obstante, todos estos métodos, o algoritmos, están limitados al espectro visible de la imagen fotográfica, excluyendo al espectro infrarrojo, o termográfico, y por tanto, no son aplicables a un campo de aplicación industrial.However, all these methods, or algorithms, are limited to the visible spectrum of the photographic image, excluding the infrared, or thermographic, spectrum and, therefore, are not applicable to an industrial field of application.
También se conocen cámaras, o aparatos, destinados principalmente a la calibración de la cámara, que tienen en cuenta los reflejos. Por ejemplo, se conocen aparatos, tal y como se describe en el documento US2016224861A1, que facilitan la aproximación de las condiciones de iluminación, las condiciones de observación y las características de reflectancia de las superficies de la escena cuando se realiza la medición del color, la corrección y/o la transformación durante el proceso de formación de imágenes fotográficas. Para ello, este aparato utiliza un conjunto de uno, o más elementos, para la extrapolación de las condiciones de iluminación de una escena para mejorar la determinación de los parámetros de corrección/transformación de color y/o para facilitar la determinación de un modelo de reflectancia para una superficie de la escena.There are also known cameras, or apparatuses, mainly intended for the calibration of the camera, which take into account the reflections. For example, apparatuses are known, as described in document US2016224861A1, which facilitate the approximation of the lighting conditions, the observation conditions and the reflectance characteristics of the surfaces of the scene when the color measurement is carried out, the correction and / or transformation during the process of forming photographic images. For this, this apparatus uses a set of one, or more, elements for the extrapolation of the lighting conditions of a scene to improve the determination of the correction / color transformation parameters and / or to facilitate the determination of a model of reflectance for a surface of the scene.
Finalmente, también se conocen, tal y como se describe en el documento US7679046B1, cámaras infrarrojas que comprenden un recipiente con diferentes gases que comprende diferentes propiedades ópticas susceptibles de calibrar la cámara.Finally, infrared cameras comprising a container with different gases that comprises different optical properties capable of calibrating the chamber are also known, as described in document US7679046B1.
A pesar de esto, estos aparatos o bien se limitan únicamente a la calibración de la cámara, o no permiten el análisis de la interacción de los reflejos con la escena en el espectro infrarrojo de la imagen fotográfica.Despite this, these devices are either limited only to the calibration of the camera, or do not allow the analysis of the interaction of the reflections with the scene in the infrared spectrum of the photographic image.
De este modo, ninguno de estos aparatos, cámaras, o algoritmos han solucionado el problema de eliminar o mitigar los reflejos en el espectro infrarrojo, lo único conocido hasta ahora son una serie de recomendaciones de posicionamiento del sensor termográfico en la escena; por ejemplo, en termografía cuantitativa aplicada a ensayos no destructivos de materiales se recomienda realizar la captura manteniendo un ángulo de entre 20° y 30° medidos desde la perpendicular al objeto de estudio.In this way, none of these devices, cameras, or algorithms have solved the problem of eliminating or mitigating the reflections in the infrared spectrum, the only thing known so far are a series of recommendations for positioning the thermographic sensor in the scene; for example, in quantitative thermography applied to non-destructive testing of materials, it is recommended to capture at an angle of between 20 ° and 30 ° measured from the perpendicular to the object of study.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención es un dispositivo destinado a ser posicionado en una escena donde se quiera realizar una imagen termográfica sin que los reflejos en el espectro infrarrojo térmico la puedan afectar. Este dispositivo permite caracterizar los reflejos de la escena para que el usuario pueda actuar acorde y corregirlos o eliminarlos.The present invention is a device intended to be positioned in a scene where a thermographic image is wanted without the reflections in the thermal infrared spectrum affecting it. This device allows to characterize the reflections of the scene so that the user can act accordingly and correct or eliminate them.
Más concretamente, la presente invención es un dispositivo para la caracterización de reflejos en el espectro infrarrojo térmico, causados por una radiación infrarroja, como soporte para sensores termográficos externos que comprende:More specifically, the present invention is a device for the characterization of reflections in the thermal infrared spectrum, caused by an infrared radiation, as a support for external thermographic sensors comprising:
- una cúpula que a su vez comprende una estructura cuya superficie está recubierta de un material de baja emisividad, con un coeficiente de emisividad igual o inferior a 0.10, y una pluralidad de sensores de radiación infrarroja distribuidos equitativamente que transforman la radiación infrarroja en temperatura,- a dome which in turn comprises a structure whose surface is covered with a material of low emissivity, with a coefficient of emissivity equal to or less than 0.10, and a plurality of equally distributed infrared radiation sensors that transform the infrared radiation into temperature,
- una base rígida vinculada con la cúpula, que en su parte externa lateral comprende una banda cilíndrica cuya superficie es de alta emisividad, con un coeficiente superior a 0.90 y que está codificada mediante signos de baja emisividad, con un coeficiente igual o inferior 0.10, destinados a facilitar la determinación de la posición angular relativa de la cúpula con respecto al sensor termográfico externo,- a rigid base linked to the dome, which on its lateral external part comprises a cylindrical band whose surface is of high emissivity, with a coefficient greater than 0.90 and which is coded by signs of low emissivity, with a coefficient equal to or less than 0.10, intended to facilitate the determination of the relative angular position of the dome with respect to the external thermographic sensor,
- un sistema de posicionamiento angular emplazado en el interior de la cúpula, y - una unidad de control vinculada con el sistema de posicionamiento angular y con los sensores de radiación infrarroja para recoger las señales del sistema de posicionamiento angular e integrarlas, obteniendo la posición angular absoluta del centro de la cúpula, y para adquirir los valores de la temperatura de cada uno de los sensores de radiación infrarroja caracterizando los reflejos en el espectro infrarrojo térmico.- an angular positioning system located inside the dome, and - a control unit linked to the angular positioning system and with infrared radiation sensors to collect the signals of the angular positioning system and integrate them, obtaining the angular position absolute of the center of the dome, and to acquire the temperature values of each of the infrared radiation sensors characterizing the reflections in the thermal infrared spectrum.
Más concretamente, la estructura de la cúpula es una estructura espacial tipo "domo geodésico” de frecuencia 2, y gracias a superficie de baja emisividad permite detectar los reflejos débiles mediante el análisis de la escena termográfica obtenido por un sensor termográfico externo tal como una cámara termográfica. Esto es debido a que la superficie semiesférica de baja emisividad refleja omnidireccionalmente la radiación en el rango infrarrojo que en ella incide, permitiendo extraer de la imagen termográfica la dirección de las reflectividades que afectan a la escena a través de un procedimiento de post-procesado de la imagen.More specifically, the structure of the dome is a "geodesic dome" spatial structure of frequency 2, and thanks to the low emissivity surface it allows detecting weak reflections by analyzing the thermographic scene obtained by an external thermographic sensor such as a camera This is due to the fact that the hemispherical surface of low emissivity omnidirectionally reflects the radiation in the infrared range that it affects, allowing to extract from the thermographic image the direction of the reflectivities that affect the scene through a post-procedure. processed the image.
Estos reflejos débiles son considerados como los reflejos que por su baja intensidad de radiación presentan dificultades para ser detectados directamente por los sensores de radiación infrarroja repartidos por la cúpula, pero que sí pueden ser discriminados en la imagen capturada por sensores termográficos externos como reflexiones provenientes de la superficie recubierta del material de baja emisividad de la cúpula.These weak reflections are considered as reflections that due to their low intensity of radiation present difficulties to be detected directly by the infrared radiation sensors distributed by the dome, but they can be discriminated in the image captured by external thermographic sensors as reflections from the coated surface of the low emissivity material of the dome.
Adicionalmente, los signos de la banda cilíndrica comprenden tres elementos repetidos cinco veces equi-angularmente en la banda cilíndrica, en donde cada elemento es un cuerpo metálico de baja emisividad, para facilitar su detección e identificación por contraste con respecto a la banda.Additionally, the signs of the cylindrical band comprise three elements repeated five times equi-angularly in the cylindrical band, where each element is a metallic body of low emissivity, to facilitate its detection and identification by contrast with respect to the band.
Más concretamente, estos signos permiten obtener la posición angular relativa de la cúpula con respecto al sensor termográfico externo mediante un sistema de coordenadas arbitrario definido por el propio sensor termográfico en el momento de la toma de imagen. De este modo, el usuario puede relacionar posicionalmente el dispositivo con el sensor termográficoMore specifically, these signs make it possible to obtain the relative angular position of the dome with respect to the external thermographic sensor by means of an arbitrary coordinate system defined by the thermographic sensor itself at the moment of the image capture. In this way, the user can positionally relate the device to the thermographic sensor
Preferentemente, los sensores de radiación infrarroja se encuentran distribuidos encastrados equi-espacialmente en la cúpula conformando un total de 16 sensores para recoger la radiación infrarroja en un campo de vista de 180° x 180°. Este patrón específico permite analizar de manera intrínseca la posición espacial de los reflejos fuertes, es decir aquellos que, a diferencia de los reflejos débiles, tienen suficiente intensidad para entrar dentro del umbral de detección de los 16 sensores equidistanciados, en base a la incidencia de la radiación de diferentes direcciones sobre la red de sensores instalados en la superficie semiesférica.Preferably, the infrared radiation sensors are distributed equi-spatially enclosed in the dome forming a total of 16 sensors to collect the infrared radiation in a field of view of 180 ° x 180 °. This specific pattern allows the intrinsic analysis of the spatial position of strong reflexes, that is, those that, unlike weak reflexes, have sufficient intensity to enter the detection threshold of the 16 equidistanced sensors, based on the incidence of radiation from different directions on the network of sensors installed on the hemispherical surface.
El sistema de posicionamiento angular comprende un acelerómetro de 3 ejes, un giróscopo de 3 ejes y un magnetómetro de 3 ejes, y el acelerómetro resulta localizado en el centro geométrico de la cúpula. El sistema de posicionamiento angular permite posicionar espacialmente un vector principal que comprende los componentes fuertes y débiles de la radiación infrarroja procedente de los reflejos en el espectro infrarrojo.The angular positioning system comprises a 3-axis accelerometer, a 3-axis gyro and a 3-axis magnetometer, and the accelerometer is located in the geometrical center of the dome. The angular positioning system allows to spatially position a main vector comprising the strong and weak components of the infrared radiation from the reflections in the infrared spectrum.
Adicionalmente, el dispositivo comprende una unidad de transferencia de datos inalámbrica emplazada en interior de la cúpula y vinculada con la unidad de control, para transmitir la información térmica y de posicionamiento angular desde la unidad de control hasta un dispositivo de cálculo externo tal como un ordenador personal, una Tablet o un Smartphone.Additionally, the device comprises a wireless data transfer unit located inside the dome and linked to the control unit, for transmitting the thermal and angular positioning information from the control unit to an external computing device such as a computer. personal, a Tablet or a Smartphone.
Así como un panel de control externo que a su vez comprende un botón de encendido que permite el inicio/parada del dispositivo, un indicador LED que informa sobre el status de funcionamiento del dispositivo, una ranura de almacenamiento externo que permite añadir o extraer almacenamiento externo, y un receptor de infrarrojos que permite controlar de forma inalámbrica el panel externo mediante un mando de control remoto.As well as an external control panel which in turn comprises a power button that allows the start / stop of the device, an LED indicator that informs about the operating status of the device, an external storage slot that allows adding or extracting external storage , and an infrared receiver that allows wirelessly control the external panel using a remote control.
Preferentemente, la base rígida comprende una rosca de enganche que está destinada a vincularse con un trípode topográfico o una rótula fotográfica.Preferably, the rigid base comprises a hook thread which is intended to be linked to a topographic tripod or a photographic ball.
Preferentemente, el dispositivo comprende una batería vinculada con los sensores de radiación infrarroja, el sistema de posicionamiento inercial, la unidad de control, la unidad de transferencia de datos inalámbrica y el panel de control externo para alimentarlos eléctricamente.Preferably, the device comprises a battery linked to the infrared radiation sensors, the inertial positioning system, the control unit, the wireless data transfer unit and the external control panel for powering them electrically.
Adicionalmente el dispositivo comprende una unidad de protección eléctrica que se encuentra dispuesta entre la batería y los sensores de radiación infrarroja, el sistema de posicionamiento inercial, la unidad de unidad de control, la unidad de transferencia de datos inalámbrica y al panel de control externo para evitar la descarga de la batería por debajo de un valor mínimo de seguridad comprendido entre 3.05 y 4.20 v por cada celda de la batería, y preferentemente igual a 3.05 v.Additionally the device comprises an electrical protection unit which is disposed between the battery and the infrared radiation sensors, the inertial positioning system, the control unit unit, the wireless data transfer unit and the external control panel for avoid discharge of the battery below a minimum safety value between 3.05 and 4.20 v per cell of the battery, and preferably equal to 3.05 v.
Preferentemente, la unidad de protección eléctrica comprende una alarma sonora que indica sonoramente si la batería ha alcanzado el valor mínimo de seguridad y una pantalla LED que indica el voltaje restante en la batería.Preferably, the electric protection unit comprises an audible alarm that indicates loudly if the battery has reached the minimum safety value and an LED display indicating the voltage remaining in the battery.
De este modo se obtiene un dispositivo de gran eficacia, ya que permite el análisis de reflejos dentro del espectro del infrarrojo térmico en aplicaciones como la termografía infrarroja que da una caracterización en tiempo real, dada la posibilidad de conocimiento de los reflejos provenientes del espectro infrarrojo térmico en el momento de la captura de la escena, permitiendo la eliminación de los mismos o el diseño del experimento de captura con arreglo a unas reflexiones cuya existencia ya se conocen de antemano sin necesidad de recurrir a post-procesados de imagen posteriores.In this way a highly efficient device is obtained, since it allows the analysis of reflections within the thermal infrared spectrum in applications such as infrared thermography that gives a real-time characterization, given the possibility of knowing the reflections from the infrared spectrum thermal at the time of capture of the scene, allowing the elimination of the same or the design of the capture experiment according to reflections whose existence is already known in advance without the need to resort to post-processed image afterwards.
Adicionalmente este dispositivo presenta una mayor robustez para la obtención precisa del vector de las reflexiones, gracias a la posibilidad de detectar o caracterizar las dos tipologías de reflejos: reflejos fuertes, caracterizados por el dispositivo y detectados por el propio dispositivo; y reflejos débiles detectados por el sensor termográfico que captura la escena. También permite una flexibilidad de uso, dado que permite localizar y posicionar el sistema dentro de la escena termográfica de una forma no-invasiva, ya que no requiere de contacto con el objeto de estudio para proveer de resultados y es seguro, ya que es pasivo y no emite radiación peligrosa para los usuarios.Additionally this device presents a greater robustness for the precise obtaining of the vector of the reflections, thanks to the possibility of detecting or characterizing the two types of reflexes: strong reflexes, characterized by the device and detected by the device itself; and weak reflections detected by the thermographic sensor that captures the scene. It also allows a flexibility of use, since it allows locating and positioning the system within the thermographic scene in a non-invasive way, since it does not require contact with the object of study to provide results and is safe, since it is passive and does not emit dangerous radiation for users.
Finalmente, este dispositivo presenta portabilidad y autonomía dado su peso reducido y su batería lo que permite poder emplearse tanto en zonas interiores y exteriores, sin reducir su alcance, ya que pueden trabajar varios de forma conjunta.Finally, this device presents portability and autonomy given its reduced weight and its battery which allows it to be used both in interior and exterior areas, without reducing its scope, since they can work several together.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSDESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of practical realization thereof, a set of drawings is attached as an integral part of said description. where, with illustrative and non-limiting character, the following has been represented:
Figura 1.- Muestra una vista frontal de la realización preferente de la invención.Figure 1 shows a front view of the preferred embodiment of the invention.
Figura 2.- Muestra una vista superior de la realización preferente de la invención.Figure 2.- Shows a top view of the preferred embodiment of the invention.
Figura 3.- Muestra una vista en sección vertical de la realización preferente de la invención.Figure 3.- Shows a vertical sectional view of the preferred embodiment of the invention.
Figura 4.- Muestra una vista superior de soporte rígido de la realización preferente de la invención.Figure 4.- Shows a rigid support top view of the preferred embodiment of the invention.
Figura 5.- Muestra una vista superior de una realización preferente de la invención.Figure 5.- Shows a top view of a preferred embodiment of the invention.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
La presente invención es un dispositivo (20) para la caracterización y la eliminación de reflejos en el espectro infrarrojo térmico, que comprende, tal y como se muestran en la figura 1, una cúpula (1) que a su vez comprende una estructura espacial tipo "domo geodésico” de frecuencia 2 cuya superficie está recubierta de un material de baja emisividad, cuyo coeficiente de emisividad es igual o inferior a 0.1, y comprende una pluralidad de sensores de radiación infrarroja (2) distribuidos equitativamente. El material de baja emisividad (o alta reflectancia) permite identificar en las imágenes termográficas reflexiones espurias en la escena. Gracias a su baja emisividad, se capturan las reflexiones de baja intensidad en el patrón de radiación de la escena aun cuando éstas no generasen un cambio de temperatura apreciable en los sensores de radiación infrarroja (2).The present invention is a device (20) for the characterization and removal of reflections in the thermal infrared spectrum, comprising, as shown in Figure 1, a dome (1) which in turn comprises a spatial structure type "geodetic dome" of frequency 2 whose surface is covered with a low material emissivity, whose emissivity coefficient is equal to or less than 0.1, and comprises a plurality of infrared radiation sensors (2) distributed equally. The material of low emissivity (or high reflectance) allows to identify in the thermographic images spurious reflections in the scene. Thanks to its low emissivity, low intensity reflections are captured in the radiation pattern of the scene even when they do not generate an appreciable temperature change in the infrared radiation sensors (2).
Esta cúpula (1) descansa sobre un soporte rígido (11), para el posicionamiento del dispositivo (20) de forma relativa con respecto a sensores externos tal como una cámara termográfica.This dome (1) rests on a rigid support (11), for the positioning of the device (20) relative to external sensors such as a thermal imager.
Más concretamente, los sensores de radiación infrarroja (2) son sensores sensibles a la radiación infrarroja y llevan incorporado un pequeño microprocesador que traduce dichos cambios en el espectro infrarrojo a valores de temperatura.More specifically, infrared radiation sensors (2) are sensors sensitive to infrared radiation and incorporate a small microprocessor that translates these changes in the infrared spectrum to temperature values.
Estos sensores de radiación infrarroja (2) detectan únicamente la radiación infrarroja, siendo diferentes de los sensores de temperatura, los cuales se verían afectados por la transmisión de calor por conducción y sólo realizarían la medición por contacto.These infrared radiation sensors (2) detect only the infrared radiation, being different from the temperature sensors, which would be affected by the transmission of heat by conduction and only make the measurement by contact.
Preferentemente, los sensores de radiación infrarroja (2) están destinados a la detección de fuentes de reflexión de media y alta intensidad, y se encuentran distribuidos encastrados equi-espacialmente en la cúpula (1), tal y como se muestra en la figura 2, conformando un total de 16 sensores que permiten recoger la radiación infrarroja de una escena en un campo de vista de 180° x 180°.Preferably, the infrared radiation sensors (2) are intended for the detection of medium and high intensity reflection sources, and are distributed equi-spatially enclosed in the dome (1), as shown in Figure 2, conforming a total of 16 sensors that allow to collect the infrared radiation of a scene in a field of view of 180 ° x 180 °.
Más concretamente, tal y como se muestra en la figura 3, la estructura espacial de la cúpula (1) está realizada con un material aislante térmico, tal como poliestireno extruido, con un grosor suficiente para dotar de rigidez a la estructura a la par que evitar la transmisión de calor entre al menos los sensores de radiación infrarroja (2). Preferentemente este grosor está comprendido entre 2 y 4 cm. Más preferentemente, este grosor es 3 cm.More specifically, as shown in Figure 3, the spatial structure of the dome (1) is made with a thermal insulating material, such as extruded polystyrene, with a thickness sufficient to provide rigidity to the structure at the same time as avoid the transmission of heat between at least the infrared radiation sensors (2). Preferably, this thickness is between 2 and 4 cm. More preferably, this thickness is 3 cm.
En el interior de la cúpula (1) están dispuestos un sistema de posicionamiento angular (4) o INS (Inertial Navigation System). Este sistema de posicionamiento angular (4) comprende un acelerómetro de 3 ejes, un giróscopo de 3 ejes y un magnetómetro de 3 ejes que permiten a partir del conocimiento de la distribución equidistante de los sensores de radiación infrarroja (2), posicionarlos angularmente en un sistema de referencia absoluto con independencia de la colocación del dispositivo (20) con respecto al objeto o la escena. Preferentemente, el sistema de posicionamiento angular (4) está posicionado de forma que el acelerómetro quede localizado en el centro geométrico de la cúpula (1), evitando excentricidades en los valores angulares.An angular positioning system (4) is arranged inside the dome (1) or INS (Inertial Navigation System). This angular positioning system (4) comprises a 3-axis accelerometer, a 3-axis gyro and a 3-axis magnetometer which, based on knowledge of the equidistant distribution of the infrared radiation sensors (2), position them angularly in an absolute reference system regardless of the placement of the device (20) with respect to the object or scene. Preferably, the angular positioning system (4) is positioned so that the accelerometer is located in the geometrical center of the dome (1), avoiding eccentricities in the angular values.
Adicionalmente, el interior de la cúpula (1) comprende una unidad de control (5) vinculada con el sistema de posicionamiento angular (4) para recoger las señales del sistema de posicionamiento angular (4) e integrarlas para obtener la posición angular absoluta del centro de la cúpula (1). Asimismo, dicha unidad de control está vinculada con los sensores de radiación infrarroja (2) para capturar los valores de temperatura de cada uno de los sensores de radiación infrarroja (2). De este modo, la unidad de control (5), gracias a la distribución equidistante de los 16 sensores de los sensores de radiación infrarroja (2) y las señales del sistema de posicionamiento angular (4), puede detectar tanto dirección como la intensidad de los reflejos.Additionally, the interior of the dome (1) comprises a control unit (5) linked to the angular positioning system (4) to collect the signals of the angular positioning system (4) and integrate them to obtain the absolute angular position of the center of the dome (1). Also, said control unit is linked to the infrared radiation sensors (2) to capture the temperature values of each of the infrared radiation sensors (2). In this way, the control unit (5), thanks to the equidistant distribution of the 16 sensors of the infrared radiation sensors (2) and the signals of the angular positioning system (4), can detect both direction and intensity of The reflections.
Más concretamente, tal y como se muestra en la figura 4, el interior de la cúpula (1) también comprende una unidad de transferencia de datos inalámbrica (6) para transmitir la información térmica y de posicionamiento angular desde la unidad de control (5) hasta un dispositivo de cálculo externo tal como un ordenador personal, una Tablet o un Smartphone. Preferentemente, esta unidad de transferencia de datos inalámbrica (6) es un emisor WiFi.More specifically, as shown in Figure 4, the interior of the dome (1) also comprises a wireless data transfer unit (6) for transmitting the thermal and angular positioning information from the control unit (5) to an external calculation device such as a personal computer, a Tablet or a Smartphone. Preferably, this wireless data transfer unit (6) is a WiFi emitter.
Adicionalmente el interior de la cúpula (1) comprende una batería (7), una unidad de protección eléctrica (8) y un panel de control externo (9).Additionally the interior of the dome (1) comprises a battery (7), an electrical protection unit (8) and an external control panel (9).
Más concretamente, la batería (7) provee corriente eléctrica a los sensores de radiación infrarroja (2), al sistema de posicionamiento inercial (4), a la unidad de unidad de control (5), a la unidad de transferencia de datos inalámbrica (6) y al panel de control externo (9). Preferentemente dicha batería (7) comprende 2 celdas tipo LiPo y se encuentra dispuesta en el interior de la cúpula (1) con una sujeción flexible, requiriendo el desmontaje de la cúpula (1) para proceder a su recarga.More specifically, the battery (7) provides electrical power to the infrared radiation sensors (2), the inertial positioning system (4), the control unit unit (5), the wireless data transfer unit ( 6) and to the external control panel (9). Preferably said battery (7) comprises 2 cells LiPo type and is arranged inside the dome (1) with a flexible grip, requiring the disassembly of the dome (1) to proceed with its recharging.
Para el montaje y desmontaje de la cúpula (1), ésta está vinculada, de forma no permanente, a la base rígida (11) mediante tres tornillos (10) y un sistema de machihembrado.For the assembly and disassembly of the dome (1), it is linked, not permanently, to the rigid base (11) by means of three screws (10) and a tongue and groove system.
Adicionalmente, la base rígida (11) está compuesta por un material aislante de las mismas propiedades que la cúpula (3) que comprende una placa superior, preferentemente de fibra de vidrio, donde van emplazados la unidad de transferencia de datos inalámbrica (6), la unidad de control (5), la batería (7), la unidad de protección eléctrica (8) y el panel de control externo (9), y una placa inferior rígida destinada a ser colocada en el elemento o escena a caracterizar los reflejos en el espectro infrarrojo térmico mediante una sujeción magnética y/o adhesiva.Additionally, the rigid base (11) is composed of an insulating material of the same properties as the dome (3) comprising a top plate, preferably made of glass fiber, where the wireless data transfer unit (6) is located, the control unit (5), the battery (7), the electric protection unit (8) and the external control panel (9), and a rigid lower plate intended to be placed in the element or scene to characterize the reflections in the thermal infrared spectrum by magnetic and / or adhesive clamping.
Preferentemente, dicha base rígida (11) comprende una rosca de enganche (12) que atraviesa la placa inferior y que está destinada a vincularse con un trípode topográfico o una rótula fotográfica, en aquellos casos en que no se pueda anclar el dispositivo (20) al elemento de estudio.Preferably, said rigid base (11) comprises a coupling thread (12) passing through the lower plate and that is intended to be linked to a topographic tripod or a photographic patella, in those cases in which the device can not be anchored (20) to the element of study.
La unidad de protección eléctrica (8) se encuentra dispuesta entre la batería (7) y el resto de elementos que alimenta eléctricamente y permite evitar la descarga de la batería (7) por debajo de un valor mínimo de seguridad igual a 3.05 v por celda que comprenda la batería. Adicionalmente, la una unidad de protección eléctrica (8) comprende una alarma sonora que indica sonoramente si la batería (7) ha alcanzado dicho valor mínimo de seguridad y una pantalla LED que indica el voltaje restante en la batería (7) cuando se proceda a la inspección del interior del dispositivo (20).The electrical protection unit (8) is arranged between the battery (7) and the rest of the elements that it feeds electrically and allows to avoid the discharge of the battery (7) below a minimum safety value equal to 3.05 v per cell that understands the battery. Additionally, the one electrical protection unit (8) comprises an audible alarm that indicates loudly if the battery (7) has reached said minimum safety value and a LED screen indicating the remaining voltage in the battery (7) when it is proceeded to the inspection of the interior of the device (20).
Más concretamente, en la figura 5 se muestra que el panel de control externo (9) es una interfaz que permite el manejo externo de la invención por un usuario, de este modo permite el inicio/parada del dispositivo (20) mediante un botón de encendido (15), informa sobre el status de funcionamiento del dispositivo (20) mediante un indicador LED (16), permite añadir o extraer almacenamiento externo mediante una ranura de almacenamiento externo (17), y controlar de forma inalámbrica el panel externo (9) mediante un receptor de infrarrojos (18) que está vinculado con un mando de control remoto (19).More specifically, in figure 5 it is shown that the external control panel (9) is an interface that allows the external operation of the invention by a user, thus allowing the start / stop of the device (20) by means of a button of turned on (15), reports on the operating status of the device (20) by means of a LED indicator (16), allows adding or removing external storage by means of an external storage slot (17), and wirelessly control the external panel (9). ) by means of an infrared receiver (18) that is linked to a control command Remote (19).
Concretamente, el botón de encendido (15) comprende un pulsador que permite inicializar/detener el funcionamiento del dispositivo para aumentar su autonomía.Specifically, the power button (15) comprises a button that allows initializing / stopping the operation of the device to increase its autonomy.
El indicador LED (16) comprende varios leds que mediante una combinación de colores permite al usuario saber si el dispositivo (20) está encendido, almacenando y/o transmitiendo datos o apagado.The LED indicator (16) comprises several LEDs that by means of a combination of colors allows the user to know whether the device (20) is on, storing and / or transmitting data or switching off.
La ranura de almacenamiento externo (17) comprende un puerto de conexión que permite incorporar al dispositivo (20) una tarjeta de memoria (en diseño preferente una micro-sd) para almacenar los valores de temperatura de los sensores (2) y posición angular final del INS (4) tras ser integrada y procesado por la unidad de control (5), cuando no existe un dispositivo al cual transmitirle dichos datos en tiempo real de forma inalámbrica (6).The external storage slot (17) comprises a connection port that allows the device (20) to incorporate a memory card (preferably a micro-sd) to store the temperature values of the sensors (2) and final angular position of the INS (4) after being integrated and processed by the control unit (5), when there is no device to which to transmit said data in real time wirelessly (6).
El receptor de infrarrojos (18) comprende un puerto de comunicaciones inalámbrico basado en comunicación por infrarrojos encargado de permitir el manejo inalámbrico del dispositivo (20) mediante el mando de control remoto (19) que establece una comunicación entre la unidad de control (5) y el mando de control remoto (19). De este modo, el mando de control remoto (19) que permite realizar la captura de los datos de radiación espectro infrarrojo térmico y la orientación espacial en un instante determinado así como iniciar o parar el almacenamiento de datos por un intervalo de tiempo o encender o apagar el dispositivo (20).The infrared receiver (18) comprises a wireless communication port based on infrared communication in order to allow the wireless operation of the device (20) by means of the remote control (19) which establishes a communication between the control unit (5) and the remote control (19). In this way, the remote control (19) allows to capture the thermal infrared radiation data and the spatial orientation at a specific time as well as to start or stop the storage of data for a period of time or turn on or off. turn off the device (20).
Cabe destacar que la unidad de control (5) también puede almacenar los datos de los sensores de radiación infrarroja (2) y los datos del sistema de posicionamiento angular (4), cuando la una unidad de almacenamiento externo (17) reciba una tarjeta de almacenamiento externo.It should be noted that the control unit (5) can also store the data of the infrared radiation sensors (2) and the data of the angular positioning system (4), when the an external storage unit (17) receives a card external storage.
Adicionalmente, en la figura 5 se muestra que el soporte rígido (11) en su parte externa lateral comprende una banda cilíndrica (13) codificada mediante signos (14) de baja emisividad sobre una superficie de alta emisividad. Más concretamente dichos signos (14) comprenden cinco grupos de tres elementos, preferentemente de formas diferentes posicionados en cinco localizaciones equi-angularmente distantes alrededor de la banda cilindrica (13), en donde cada elemento comprende un cuerpo metálico de baja emisividad, para facilitar su detección e identificación por contraste con respecto a la banda (13). El número de elementos y su disposición permite que desde cualquier punto de vista se localicen al menos 2 de ellos, lo cual, junto con la disposición que generen las señales de posicionamiento del propio sistema (4), permite obtener, por cotejo de ambas fuentes de datos (posicionamiento en la escena y señales de posicionamiento del sistema), la cuantía real del giro propio de la cúpula (1) (o giro respecto a su eje) y poder así localizar con precisión la posición relativa de la cúpula (1) con respecto al sensor termográfico que realice la captura de la escena.Additionally, in figure 5 it is shown that the rigid support (11) on its lateral external part comprises a cylindrical band (13) encoded by signs (14) of low emissivity on a surface of high emissivity. More specifically, said signs (14) comprise five groups of three elements, preferably of different shapes positioned in five equi-angularly distant locations around the cylindrical band (13), wherein each element comprises a metal body of low emissivity, to facilitate its detection and identification by contrast with respect to the band (13). The number of elements and their arrangement allows that from any point of view at least 2 of them are located, which, together with the disposition generated by the positioning signals of the system itself (4), allows obtaining, by comparison of both sources of data (positioning in the scene and positioning signals of the system), the actual amount of the own turn of the dome (1) (or rotation with respect to its axis) and thus be able to locate with precision the relative position of the dome (1) with respect to the thermographic sensor that captures the scene.
De este modo y gracias a la geometría semiesférica de la cúpula, la banda de posicionamiento (13) y el sistema de posicionamiento angular (4), el dispositivo (20) se puede referenciar angularmente el vector asociado a la reflexión espuria de forma pasiva. In this way and thanks to the hemispherical geometry of the dome, the positioning band (13) and the angular positioning system (4), the device (20) can angularly reference the vector associated with spurious reflection passively.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201631520A ES2669844B1 (en) | 2016-11-28 | 2016-11-28 | DEVICE FOR THE CHARACTERIZATION OF REFLECTIONS IN THE THERMAL INFRARED SPECTRUM |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201631520A ES2669844B1 (en) | 2016-11-28 | 2016-11-28 | DEVICE FOR THE CHARACTERIZATION OF REFLECTIONS IN THE THERMAL INFRARED SPECTRUM |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2669844A1 ES2669844A1 (en) | 2018-05-29 |
| ES2669844B1 true ES2669844B1 (en) | 2019-03-14 |
Family
ID=62188275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES201631520A Active ES2669844B1 (en) | 2016-11-28 | 2016-11-28 | DEVICE FOR THE CHARACTERIZATION OF REFLECTIONS IN THE THERMAL INFRARED SPECTRUM |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2669844B1 (en) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2884317B1 (en) * | 2005-04-06 | 2007-06-22 | Tiama Sa | METHOD AND DEVICE FOR SUPPRESSING PARASITE REFLECTIONS DURING HOT INSPECTION OF TRANSLUCENT OR TRANSPARENT HOLLOW OBJECTS |
| WO2010089627A1 (en) * | 2009-02-05 | 2010-08-12 | Flir Systems, Inc. | A fast spectral method to measure emissivity in a partially-controlled environment using a focal plane array infrared camera |
| US9066028B1 (en) * | 2010-01-08 | 2015-06-23 | The United States Of America As Represented By The Administator Of The National Aeronautics And Space Administration | Methods and systems for measurement and estimation of normalized contrast in infrared thermography |
| US8674308B2 (en) * | 2010-10-14 | 2014-03-18 | Semi Conductor Devices-Elbit Systems-Rafael Partnership | Dewar assembly for IR detection systems |
| US8953037B2 (en) * | 2011-10-14 | 2015-02-10 | Microsoft Corporation | Obtaining spatially varying bidirectional reflectance distribution function |
| US10129490B2 (en) * | 2015-04-05 | 2018-11-13 | Hema Imaging Llc | Systems and approaches for thermal image corrections |
-
2016
- 2016-11-28 ES ES201631520A patent/ES2669844B1/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2669844A1 (en) | 2018-05-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10162057B2 (en) | Portable distance measuring device and method for capturing relative positions | |
| US8188880B1 (en) | Methods and devices for augmenting a field of view | |
| KR102024333B1 (en) | Distance measuring apparatus and method for controlling the same | |
| EP2530442A1 (en) | Methods and apparatus for thermographic measurements. | |
| ES2763912T3 (en) | Optical tracking | |
| US20150379701A1 (en) | Inspection camera unit, method for inspecting interiors, and sensor unit | |
| WO2015166265A1 (en) | Self-correcting gas camera | |
| ES2759977T3 (en) | Location of a mobile terminal using optically detectable reference points | |
| US11022434B2 (en) | Thermal management of an optical scanning device | |
| US10718670B2 (en) | Spherical-motion average radiant temperature sensor | |
| ES2669844B1 (en) | DEVICE FOR THE CHARACTERIZATION OF REFLECTIONS IN THE THERMAL INFRARED SPECTRUM | |
| US11009887B2 (en) | Systems and methods for remote visual inspection of a closed space | |
| CN102959372A (en) | Contact-free measurement of an average surface temperature of a measurement region | |
| JP7257113B2 (en) | Three-dimensional coordinate measuring device | |
| CN109974976B (en) | Multi-temperature calibration system and multi-temperature calibration method | |
| JP2011064636A (en) | Calibration device for thermal image camera | |
| ES2905314T3 (en) | Help method for the installation of at least one true screen for a presence detector and associated device | |
| JP6367002B2 (en) | Optical coordinate measuring device | |
| KR101794554B1 (en) | Device for realizing temperature profile | |
| KR20130122151A (en) | Interactive display device and controlling method thereof | |
| ES2866912T3 (en) | Positioning system and method for determining the operational position of an aerial device | |
| ES2460367B1 (en) | Electro-optical detector device | |
| ES2492390B1 (en) | Photogrammetric self-calibration system of thermographic cameras | |
| ES2392799B1 (en) | PATTERN FOR AUTOMATIC GEOMETRIC CALIBRATION OF THERMOGRAPHIC CAMERAS | |
| JP7335899B2 (en) | Measuring system, measuring device, measuring method, and program |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2669844 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20190314 |