WO2020041912A1

WO2020041912A1 - Sistema y método para la detección y digitalización del hormigón en estado fresco usando tecnología infrarroja y funciones matemáticas de tendencia

Info

Publication number: WO2020041912A1
Application number: PCT/CL2019/050069
Authority: WO
Inventors: Emiliano Andrés PINTO GÓMEZ
Original assignee: Soluciones De Innovación Digital Spa
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2020-03-05
Also published as: CA3110578A1; JP2021534375A; EP3845894A1; CN112639453A; WO2020041912A4; CL2018002477A1; US20210318258A1

Abstract

La presente invención se relaciona con el uso de medios térmicos para el análisis de materiales y en específico proporciona un sistema para la detección de hormigón mediante termografía infrarroja que comprende: una memoria de almacenamiento de información; y un procesador conectado operativamente a dicha memoria; en donde dicho procesador se encuentra configurado para: almacenar una pluralidad de imágenes de termografía infrarroja en dicha memoria; obtener, para cada pixel de dicha pluralidad de imágenes, un perfil de temperatura como función del tiempo y una pluralidad de curvas de temperatura como función del tiempo, cada una de dichas curvas de temperatura que ajusta a un correspondiente perfil de temperatura como función del tiempo; determinar un valor indicador a partir de cada una de dichas curvas de temperatura como función del tiempo; y definir que un pixel corresponde a hormigón cuando dicho valor indicador correspondiente a dicho pixel es mayor que un valor umbral; así como un método para la detección de hormigón mediante termografía infrarroja.

Description

SYSTEM AND METHOD FOR THE DETECTION AND DIGITALIZATION OF THE STATE OF FRESH CONCRETE USING INFRARED THERMOGRAPHY AND MATHEMATICAL TREND FUNCTIONS

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona al campo de las mediciones o ensayos, más particularmente con el uso de medios térmicos para el análisis de materiales y en específico proporciona un sistema y método para la detección de hormigón mediante termografía infrarroja.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el sector de la construcción, un problema recurrente es el de monitorizar el avance de la obra, así como los tiempos de curado del hormigón. Sin embargo, para efectos de monitorizar el avance de la obra, se requiere, en primer lugar, detectar el hormigón en la misma, a fin de proveer su posterior digitalización.

Es conocido en el estado de la técnica que el curado de hormigón es una reacción exotérmica. Una vez que el hormigón se ha vertido dentro de un moldaje, la pasta de cemento comienza un proceso de curado interno con el que se libera calor dentro de la mezcla, lo que produce un aumento de la temperatura. Lo anterior ha hecho que el uso de termografía infrarroja para estudiar estructuras que contienen hormigón sea ampliamente divulgado en el estado de la técnica.

Por ejemplo, algunos documentos del estado de la técnica proporcionan soluciones relacionadas a la detección de porciones defectuosas en lozas o muros. En este sentido, el documento de patente JP 5017507 describe un método para detectar porciones defectuosas en estructuras civiles, por ejemplo, de hormigón. Para esto, se examina el gradiente de temperaturas a lo largo de una dirección de interés en una imagen termográfica. Dicho gradiente de temperatura es obtenido por medio de la comparación de la temperatura de un pixel con la temperatura promedio de algunas de sus vecinas. Posteriormente, se asigna un valor a dicho pixel (por ejemplo, correcto/defectuoso). De esta manera, además, permite obtener una geometría de la porción defectuosa.

El documento WO 2015/001344, por su parte, describe un método para determinar la dureza de una estructura de hormigón proyectado ( shotcrete ) en el interior de túneles, por medio de imágenes termográficas. Para esto, el método obtiene una pluralidad de imágenes termográficas y a partir de ellas, una pluralidad de perfiles de temperatura como función del tiempo para cada pixel. A fin de determinar el grado de dureza de una porción, se compara dichos perfiles de temperatura como función del tiempo con curvas patrones.

Por otra parte, Azenha y cois. (Miguel Azenha, Rui Faria y Helena Figueiras, Thermography as a technique for monitoring early age temperatures of hardening concrete, Construction and Building Materials 25 (201 1 ) 4232-4240) describen el uso de imágenes termográficas para la monitorización de hormigón en etapas tempranas de curado. En particular, estudian la evolución de su temperatura superficial a lo largo del tiempo y compara estas mediciones con simulaciones computacionales, a fin de predecir el comportamiento futuro de dichas muestras.

Sin embargo, las soluciones del estado de la técnica son defectuosas en términos de detectar el hormigón en una región que contiene zonas en donde existe hormigón y zonas donde no existe hormigón. Por ejemplo, según el método del documento JP 5017507, toda la frontera entre la zona que comprende hormigón y aquella que no comprende hormigón sería detectada como un defecto.

Por otra parte, en el método del documento WO 2015/001344 la totalidad de la imagen capturada corresponde a hormigón, por lo que la detección del mismo carece de sentido. Esto resulta particularmente relevante en una obra civil, en la cual, además de los equipos que realizan las labores comunes, se encuentran materiales distintos al hormigón, tales como acero, moldajes, alzaprimas, estructuras metálicas, entre otros, que deben ser distinguidos del hormigón como tal.

En consecuencia, se requiere un sistema y método de detección de hormigón mediante termografía infrarroja que permita superar las deficiencias del estado de la técnica. SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona un sistema para la detección de hormigón mediante termografía infrarroja que se caracteriza porque comprende: una memoria de almacenamiento de información; y un procesador conectado operativamente a dicha memoria y configurado para leer información desde dicha memoria y para almacenar información en dicha memoria; en donde dicho procesador se encuentra configurado para: almacenar una pluralidad de imágenes de termografía infrarroja en dicha memoria, en donde cada imagen de dicha pluralidad corresponde a una región que contiene hormigón fresco y en donde dicha pluralidad de imágenes corresponde a un intervalo de tiempo; obtener, para cada pixel de dicha pluralidad de imágenes, un perfil de temperatura como función del tiempo; obtener una pluralidad de curvas de temperatura como función del tiempo, cada una de dichas curvas de temperatura que ajusta a un correspondiente perfil de temperatura como función del tiempo; determinar un valor indicador a partir de cada una de dichas curvas de temperatura como función del tiempo; y definir que un pixel corresponde a hormigón cuando dicho valor indicador correspondiente a dicho pixel es mayor que un valor umbral.

En una realización preferida, el sistema se caracteriza porque comprende, adicionalmente, un sensor de temperatura ambiente conectado operativamente a dicho procesador y porque dicho procesador se encuentra configurado para: obtener mediciones de temperatura ambiente desde dicho sensor de temperatura ambiente; y almacenar información correspondiente a la temperatura ambiente en dicha memoria.

En otra realización preferida, el sistema se caracteriza porque comprende, adicionalmente, una cámara infrarroja conectada operativamente a dicho procesador y porque dicho procesador se encuentra configurado para: controlar dicha cámara infrarroja; obtener imágenes de termografía infrarroja desde dicha cámara infrarroja; y almacenar dichas imágenes de termografía infrarroja en dicha memoria.

En otro objeto de invención, se proporciona un método para la detección de hormigón mediante termografía infrarroja que se caracteriza porque comprende los pasos de: almacenar una pluralidad de imágenes de termografía infrarroja en una memoria de almacenamiento de información, en donde cada imagen de dicha pluralidad corresponde a una región que contiene hormigón fresco y en donde dicha pluralidad de imágenes corresponde a un intervalo de tiempo; obtener, para cada pixel de dicha pluralidad de imágenes, un perfil de temperatura como función del tiempo mediante un procesador conectado operativamente a dicha memoria de almacenamiento de información; obtener una pluralidad de curvas de temperatura como función del tiempo, cada una de dichas curvas de temperatura que ajusta a un correspondiente perfil de temperatura como función del tiempo mediante dicho procesador; determinar un valor indicador a partir de cada una de dichas curvas de temperatura como función del tiempo mediante dicho procesador; y definir que un pixel corresponde a hormigón cuando dicho valor indicador correspondiente a dicho pixel es mayor que un valor umbral mediante dicho procesador.

En una realización preferida, el método se caracteriza porque dicha curva de temperatura como función del tiempo se escoge del grupo formado por: serie de Fourier de bajo coeficiente o polinomio de bajo coeficiente.

En otra realización preferida, el método se caracteriza porque comprende, adicionalmente: almacenar información correspondiente a un perfil de temperatura ambiente en dicha memoria; obtener una curva de temperatura ambiente como función del tiempo mediante dicho procesador; y obtener dicho valor umbral a partir de dicha curva de temperatura ambiente como función del tiempo mediante dicho procesador. En una realización más preferida, el método se caracteriza porque dicho valor indicador es la diferencia entre la temperatura máxima y la temperatura inicial en dicho intervalo de tiempo y porque dicho valor umbral es la diferencia entre la máxima temperatura ambiente y la mínima temperatura ambiente en dicho intervalo de tiempo. En otra realización más preferida, el método se caracteriza porque dicho valor indicador es el área bajo la curva en dicho intervalo de tiempo y porque dicho valor umbral se escoge del grupo formado por: el área bajo la curva de temperatura ambiente en dicho intervalo de tiempo; y el producto del valor promedio de temperatura ambiente en dicho intervalo de tiempo y la longitud de dicho intervalo de tiempo. En una realización preferida adicional, el método se caracteriza porque dicho intervalo de tiempo está entre 3 horas y 12 horas.

En otra realización preferida, el método se caracteriza porque cada imagen de dicha pluralidad de imágenes de termografía infrarroja se obtiene con una periodicidad de entre 5 minutos y 30 minutos.

En una realización preferida, el método se caracteriza porque cada imagen de dicha pluralidad de imágenes es filtrada previo a la obtención de dichos perfiles de temperatura como función del tiempo. En una realización más preferida, el método se caracteriza porque dicha pluralidad de imágenes es filtrada mediante un filtro gaussiano.

En otra realización preferida, el método se caracteriza porque comprende, adicionalmente, generar una imagen de dicha región que contiene hormigón fresco en donde los pixeles identificados como hormigón son coloreados de un primer color, dicho primer color que es contrastante con dicha imagen, dicha imagen que se genera mediante dicho procesador.

En una realización preferida adicional, el método se caracteriza porque comprende, adicionalmente, generar un mapa binario de dicha región que contiene hormigón fresco mediante dicho procesador.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La FIG. 1 muestra una imagen termográfica de una región que posee una porción que contiene hormigón y una porción que no contiene hormigón.

La FIG. 2 muestra una imagen binaria de la región obtenida mediante el método que es objeto de la presente invención en un intervalo de tiempo de 0,58 horas. La FIG. 3 muestra una imagen binaria de la región obtenida mediante el método que es objeto de la presente invención en un intervalo de tiempo de 2,13 horas.

La FIG. 4 muestra una imagen binaria de la región obtenida mediante el método que es objeto de la presente invención en un intervalo de tiempo de 4,08 horas.

La FIG. 5 muestra una imagen binaria de la región obtenida mediante el método que es objeto de la presente invención en un intervalo de tiempo de 5,03 horas. La FIG. 6 muestra una imagen binaria de la región obtenida mediante el método que es objeto de la presente invención en un intervalo de tiempo de 6,08 horas.

La FIG. 7 muestra una imagen binaria de la región obtenida mediante el método que es objeto de la presente invención en un intervalo de tiempo de 6,83 horas. La FIG. 8 muestra un gráfico de temperatura como función del tiempo de una porción que posee hormigón.

La FIG. 9 muestra un gráfico de temperatura como función del tiempo de una porción que no posee hormigón.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

A continuación, se describirá en detalle la presente invención, haciendo referencia para esto a las figuras que acompañan la presente solicitud.

De manera esencial, la invención proporciona un sistema para la detección de hormigón mediante termografía infrarroja que comprende, de manera esencial:

- una memoria de almacenamiento de información; y

- un procesador conectado operativamente a dicha memoria y configurado para leer información desde dicha memoria y para almacenar información en dicha memoria;

en donde dicho procesador se encuentra configurado para:

- almacenar una pluralidad de imágenes de termografía infrarroja en dicha memoria, en donde cada imagen de dicha pluralidad corresponde a una región que contiene hormigón fresco y en donde dicha pluralidad de imágenes corresponde a un intervalo de tiempo;

- obtener, para cada pixel de dicha pluralidad de imágenes, un perfil de temperatura como función del tiempo;

- obtener una pluralidad de curvas de temperatura como función del tiempo, cada una de dichas curvas de temperatura que ajusta a un correspondiente perfil de temperatura como función del tiempo; - determinar un valor indicador a partir de cada una de dichas curvas de temperatura como función del tiempo; y

- definir que un pixel corresponde a hormigón cuando dicho valor indicador correspondiente a dicho pixel es mayor que un valor umbral.

Adicionalmente, la presente invención proporciona un método para la detección de hormigón mediante termografía infrarroja que se caracteriza porque comprende los pasos de: almacenar una pluralidad de imágenes de termografía infrarroja en una memoria de almacenamiento de información, en donde cada imagen de dicha pluralidad corresponde a una región que contiene hormigón fresco y en donde dicha pluralidad de imágenes corresponde a un intervalo de tiempo; obtener, para cada pixel de dicha pluralidad de imágenes, un perfil de temperatura como función del tiempo mediante un procesador conectado operativamente a dicha memoria de almacenamiento de información;

obtener una pluralidad de curvas de temperatura como función del tiempo, cada una de dichas curvas de temperatura que ajusta a un correspondiente perfil de temperatura como función del tiempo mediante dicho procesador; determinar un valor indicador a partir de cada una de dichas curvas de temperatura como función del tiempo mediante dicho procesador; y definir que un pixel corresponde a hormigón cuando dicho valor indicador correspondiente a dicho pixel es mayor que un valor umbral mediante dicho procesador.

En el contexto de la presente invención, debe entenderse que una imagen de termografía infrarroja corresponde a una imagen digital obtenida en el espectro infrarrojo, de manera tal que la intensidad que se mide en cada pixel está correlacionada con la temperatura superficial de dicho punto. En algunas realizaciones preferidas, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha imagen de termografía infrarroja es modificada a fin de hacerla visible al ojo humano, de manera tal que el color de un pixel en dicha imagen es un indicador de la temperatura medida en dicho punto. A lo largo de esta memoria descriptiva se utilizarán los términos imagen de termografía infrarroja o imagen termográfica de manera indistinta para referirse a una imagen de termografía infrarroja.

La forma en la cual se almacene dicha pluralidad de imágenes de termografía infrarroja en dicha memoria de almacenamiento de información no limita el alcance de la presente invención. Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha memoria puede ser una memoria no volátil y dicha pluralidad de imágenes de termografía infrarroja puede almacenarse en dicha memoria de almacenamiento directamente desde la cámara con la cual se captura dicha pluralidad de imágenes de termografía infrarroja. Sin embargo, en otra realización preferida, dicha cámara de captura de imágenes de termografía infrarroja puede conectarse operativamente a dicho procesador, de manera tal que es dicho procesador quien almacena dichas imágenes en dicha memoria. En este último caso dicha memoria puede ser tanto volátil como no volátil sin que esto limite el alcance de la presente invención.

Tanto si se trata de una memoria volátil, como una memoria no volátil, la naturaleza específica de dicha memoria de almacenamiento de información no limita el alcance de la presente invención. Por otra parte, la capacidad de almacenamiento de dicha memoria no limita el alcance de la presente invención en tanto sea suficiente para almacenar dicha pluralidad de imágenes de termografía infrarroja.

Por otra parte, dicho procesador se encuentra conectado operativamente a dicha memoria y se encuentra configurado para leer información desde dicha memoria y escribir información en dicha memoria. Adicionalmente, dicho procesador se encuentra configurado para realizar operaciones a partir de la información almacenada en dicha memoria. En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador puede obtener dicha configuración para ejecutar los pasos que forman parte del método que es objeto de la presente invención mediante una configuración de fábrica. En este último caso se hablará de un procesador dedicado.

Sin embargo, en otras realizaciones preferidas, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador puede obtener dicha configuración para ejecutar los pasos que forman parte del método que es objeto de la presente invención mediante la ejecución de un programa computacional debidamente escrito para tal efecto. En este último caso, la naturaleza de dicho programa computacional, el soporte en el cual se escriba, así como el lenguaje de programación que se utilice para su escritura no limitan el alcance de la presente invención, pudiendo utilizarse cualquier opción conocida para una persona con conocimientos medios en el campo técnico.

De acuerdo al primer paso del método que es objeto de la presente invención, una pluralidad de imágenes de termografía infrarroja se almacenan en una memoria de almacenamiento de información. Cada imagen de dicha pluralidad corresponde a una región que contiene hormigón fresco. Debe entenderse que una región que contiene hormigón fresco posee porciones que contienen hormigón y puede contener porciones que no contienen hormigón. Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, en la figura 1 se observa una imagen termográfica en donde la porción que posee hormigón ha sido encerrada en un polígono de color negro, mientras que toda la región alrededor de dicho polígono es una región sin hormigón.

Por otra parte, dichas imágenes de termografía infrarroja son capturadas sin que exista un movimiento o desplazamiento de la cámara que captura dichas imágenes. De esta manera, las estructuras fijas no muestran un desplazamiento relativo entre imágenes consecutivas. Lo anterior permite que una misma posición (m,n) en distintas imágenes corresponda, sustancialmente, al mismo punto, en donde m corresponde a la fila de un pixel y n a la columna de dicho pixel en una imagen.

Sin embargo, ocasionalmente, una estructura u objeto móvil puede interferir en una de las imágenes termográficas de dicha pluralidad. Una de las ventajas del sistema y método que son objeto de la presente invención, y que será explicada en detalle más adelante, es que permiten detectar la porción que posee hormigón incluso en estos casos.

En cualquiera de las realizaciones preferidas, para una imagen de termografía infrarroja particular, es posible obtener una matriz de temperaturas correspondiente a dicha imagen. Para efectos de la presente descripción detallada, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha matriz de temperaturas se expresará como T (m,n), en donde m es la fila de un pixel de interés en la imagen de termografía infrarroja y n es la columna de dicho pixel en dicha imagen. Dicha matriz de temperaturas puede obtenerse, sin que esto limite el alcance de la presente invención, directamente desde la cámara mediante la cual se obtuvo la imagen de termografía infrarroja o puede ser obtenida con posterioridad a la adquisición de dicha pluralidad de imágenes. En dicho segundo caso, dicha matriz de temperaturas se obtiene mediante un tratamiento matemático de la imagen obtenida, el cual es realizado por dicho procesador. Dicha matriz de temperaturas puede obtenerse mediante cualquier método conocido en el estado de la técnica sin que esto limite el alcance de la presente invención. Dado un tipo de imagen termográfica, una persona con conocimientos medios en el campo técnico puede determinar el tratamiento matemático necesario para obtener dicha matriz de temperaturas.

Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, si dicha imagen termográfica es una imagen modificada para ser perceptible por el ojo humano en donde se incluye una escala coloreada de temperaturas, dicho procesador puede hacer una correspondencia entre el color de un pixel de interés y la temperatura correspondiente a dicho color. En otras realizaciones preferidas, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha imagen termográfica puede ser una imagen en la que la escala coloreada corresponde a la intensidad de la radiación infrarroja que se captura en el pixel correspondiente. En este último caso el procesador, junto con hacer la correspondencia entre el color de un pixel y la intensidad correspondiente, realiza un tratamiento matemático que permita correlacionar dicha intensidad con la temperatura correspondiente a dicho pixel.

Por otra parte, dicha pluralidad de imágenes termográficas corresponde a un intervalo de tiempo. Dicho intervalo de tiempo puede ser cualquier intervalo que permita detectar hormigón en dicha pluralidad de imágenes termográficas. Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, las figuras 2 a 7 muestran imágenes binarias obtenidas mediante una realización del sistema y método que son objeto de la presente invención, en donde dicho intervalo de tiempo se encuentra entre 0,58 horas y 6,83 horas. Sin embargo, dicho intervalo de tiempo puede estar, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, entre 3 horas y 12 horas. De esta manera, el procesador se encuentra configurado para obtener una pluralidad de temperaturas T(m,n,t), en donde t corresponde al instante de tiempo en el que se ha capturado la correspondiente imagen. Dicho tiempo t puede obtenerse, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, a partir de los metadatos de la imagen termográfica obtenida. En este último caso, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador se encuentra configurado para obtener dicho tiempo t a partir de dichos metadatos.

En otra realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha pluralidad de imágenes termográficas puede obtenerse a intervalos de tiempo regulares, de manera tal que el número de imagen se correlaciona con el momento en el cual la misma fue capturada. En este último caso, el procesador se encuentra configurado para determinar el número de imagen, así como para asignarle un tiempo t a dicha imagen. La periodicidad con que se capture dicha pluralidad de imágenes termográficas no limita el alcance de la presente invención. Dicha pluralidad de imágenes termográficas puede capturarse, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, con una periodicidad de entre 1 minuto y 120 minutos, más preferentemente entre 2 minutos y 6 minutos y aún más preferentemente entre 5 minutos y 30 minutos.

De acuerdo con lo anterior, para cada posición de un pixel (m,n) es posible obtener un conjunto de valores de temperatura como función del tiempo, T(m,n,t), lo cual debe entenderse como un perfil de temperatura como función del tiempo para ese pixel. Dicho procesador se encuentra configurado para obtener dicho perfil de temperaturas a partir de la pluralidad de imágenes termográficas almacenadas en la memoria.

Adicionalmente, en una realización preferida y sin que esto limite el alcance de la presente invención, el procesador puede estar configurado para filtrar cada imagen termográfica que forma parte de dicha pluralidad de imágenes termográficas previo a la obtención de dichos perfiles de temperatura. Dicho proceso de filtrado tiene como objetivo eliminar el ruido desde dicha pluralidad de imágenes termográficas. El método por el cual se filtren dicha pluralidad de imágenes termográficas no limita el alcance de la presente invención y puede ser, sin limitarse a estos, un filtro gaussiano, un filtro pasa-bajos, un filtro de promedio o un filtro de mediana. En una realización más preferida, dicho procesador está configurado para filtrar dicha pluralidad de imágenes termográficas mediante un filtro gaussiano. Los parámetros que definan dicho filtro gaussiano, en particular la varianza, no limitan el alcance de la presente invención. En otra realización más preferida, dicho procesador está configurado para filtrar dicha pluralidad de imágenes termográficas mediante un filtro pasa bajos. En este caso, la frecuencia de corte de dicho filtro pasa bajos no limita el alcance de la presente invención.

Tanto en el caso en que dicho procesador filtre dicha pluralidad de imágenes termográficas como en el caso en que dichas imágenes no sean filtradas, dicho perfil de temperatura como función del tiempo permite determinar si el pixel en cuestión corresponde a hormigón o no. Sin embargo, a diferencia del estado de la técnica, en donde dicho perfil de temperatura como función del tiempo se compara con una curva patrón, en el caso del método que es objeto de la presente invención, dicho procesador se encuentra configurado para ajustar dicho perfil de temperatura como función del tiempo mediante una curva de temperatura como función del tiempo. De esta manera, para cada posición de un pixel, (m,n), dicho procesador obtiene una curva de temperatura como función del tiempo, que definen una pluralidad de curvas de temperatura como función del tiempo.

En el contexto de la presente invención, debe entenderse que una curva de temperatura como función del tiempo es una función matemática susceptible de ser evaluada en cualquier instante de tiempo entre el instante inicial de captura de las imágenes termográficas y el instante final de captura de las imágenes termográficas. En contraste, un perfil de temperatura como función del tiempo corresponde a un conjunto discreto de puntos de temperatura.

Adicionalmente, dicho ajuste mediante una curva de temperatura como función del tiempo debe tomar en consideración que, ocasionalmente, existirán puntos en el perfil de temperatura como función del tiempo que no corresponden a la superficie que se quiere analizar. Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, en la figura 1 aparece, hacia la esquina superior derecha, la silueta de una figura humana. Sin embargo, dicha persona no estará en esa posición en otros instantes de tiempo diferentes del capturado en dicha imagen termográfica. Adicionalmente, dicha persona generará una temperatura extrema en el perfil de temperaturas que podría dar origen a falsos positivos.

A fin de disminuir o eliminar dichos falsos positivos, dicho procesador se encuentra configurado para ajustar el perfil de temperatura como función del tiempo mediante una curva de temperatura como función del tiempo que se denominará de bajo coeficiente. En este sentido, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, si el procesador se encuentra configurado para ajustar dicho perfil de temperaturas como función del tiempo mediante una función polinomial, el grado del polinomio será menor a un cierto grado umbral, por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, de grado menor a 5. Sin embargo, en otras realizaciones preferidas, puede utilizarse un polinomio de grado menor a 4 o menor a 3 sin que esto limite el alcance de la presente invención. En otra realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador puede encontrarse configurado para ajustar dicho perfil de temperaturas como función del tiempo mediante una curva de temperatura que es una curva gaussiana. En esta última realización preferida, dicho procesador se encuentra configurado para encontrar el valor central y el ancho de dicha curva gaussiana.

En otras realizaciones preferidas, sin que esto limite el alcance de la presente invención, el procesador puede estar configurado para ajustar dicho perfil de temperaturas como función del tiempo mediante una curva de temperatura como función del tiempo que es una serie de Fourier de bajo coeficiente. En este sentido, una persona con conocimientos medios en la técnica sabe que cualquier función f(t) en un intervalo finito [0,S] puede ajustarse mediante una serie de Fourier mediante la siguiente ecuación:

en donde la forma de calcular dichos valores ai y bi son conocidos para una persona con conocimientos medios en el campo técnico. De esta manera, dicho procesador puede estar configurado para obtener dichos valores ai y bi. Se entenderá como una serie de Fourier de bajo coeficiente, aquella serie de Fourier truncada en un valor de / específico, por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, en un valor de / menor a 5, más preferentemente menor a 4 y aun más preferentemente igual a 2.

Los ajustes mediante una curva de temperatura de bajo coeficiente poseen la ventaja de que se eliminan los componentes de alta frecuencia de la curva de temperatura como función del tiempo, por lo que cualquier temperatura extrema será suavizada en dicha curva, eliminando de este modo la ocurrencia de falsos positivos.

Cualquier curva de temperatura que permita ajustar el perfil de temperatura como función del tiempo puede utilizarse para implementar el método que es objeto de la presente invención sin que esto limite el alcance de la protección solicitada.

A partir de dichas curvas de temperatura como función del tiempo, el procesador se encuentra configurado para determinar un valor indicador. Dicho valor indicador es el que permite distinguir un pixel que corresponde a hormigón de un pixel que no corresponde a hormigón. Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho valor indicador puede ser el área bajo dicha curva de temperatura como función del tiempo. En otra realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho valor indicador puede ser la diferencia de temperatura entre el máximo valor de dicha curva de temperatura y el valor inicial de dicha curva de temperatura.

Sin embargo, en otras realizaciones preferidas, es posible utilizar otros valores indicadores obtenidos a partir de las curvas de temperatura como función del tiempo sin que esto limite el alcance de la presente invención. Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, es posible obtener otros valores indicadores a partir de la temperatura máxima y la temperatura inicial de la curva de temperatura, tales como la razón entre ambos, el promedio entre ambos o cualquier otra ponderación entre dichos valores.

Dicho procesador se encuentra configurado, adicionalmente, para determinar si un pixel corresponde o no a hormigón mediante la comparación de dicho valor indicador y un valor umbral. Si dicho valor indicador es mayor que dicho valor umbral, dicho procesador determinará que dicho pixel corresponde a hormigón. En consecuencia, si dicho valor indicador es menor o igual a dicho valor umbral, dicho procesador determinará que dicho pixel no corresponde a hormigón.

Dicho valor umbral puede ser cualquier valor que permita distinguir un pixel que corresponde a hormigón de uno que no corresponda a hormigón. Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, cuando dicho valor indicador corresponde a la diferencia entre el valor máximo de la curva de temperatura como función del tiempo y el valor inicial de dicha curva, dicho valor umbral puede ser la diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo de la temperatura ambiente en dicho intervalo de tiempo. En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, el procesador se encuentra configurado para obtener dicha diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo de la temperatura ambiente en dicho intervalo de tiempo. En una realización más preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho valor umbral es la diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo de temperatura ambiente en dicho intervalo de tiempo, más un valor de temperatura de tolerancia. Dicho valor de temperatura de tolerancia permite evitar falsos positivos cuando la variación de la temperatura ambiente en dicho intervalo de tiempo es muy baja, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, en situaciones de ambiente controlado o cuando la diferencia de temperatura ambiente es menor a 2 °C. La magnitud de dicho valor de temperatura de tolerancia no limita el alcance de la presente invención y puede estar, sin que esto limite el alcance de la presente invención, entre 0,1 °C y 5 °C.

En otra realización preferida, cuando dicho cuando dicho valor indicador corresponde al área bajo la curva en dicho intervalo de tiempo, dicho valor umbral puede ser un valor promedio de temperatura ambiente, multiplicado por la longitud de dicho intervalo de tiempo. En este caso, dicho procesador se encuentra configurado para obtener dicho valor promedio de temperatura ambiente y para obtener dicho valor umbral a partir de dicho valor promedio de temperatura ambiente.

En otra realización preferida, la memoria almacena, adicionalmente, información correspondiente a un perfil de temperatura ambiente como función del tiempo y el procesador se encuentra adicionalmente configurado para obtener una curva de temperatura ambiente como función del tiempo y para obtener dicho valor umbral a partir de dicha curva de temperatura ambiente como función del tiempo.

La forma en la cual se almacene dicha información correspondiente a un perfil de temperatura ambiente en dicha memoria no limita el alcance de la presente invención. Por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador puede encontrarse conectado operativamente a un sensor de temperatura ambiente y estar configurado para almacenar dicha información en dicha memoria. En otra realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha pluralidad de imágenes termográfica puede incluir, como parte de los metadatos, información referente a la temperatura ambiente, por ejemplo, obtenida mediante un sensor presente en la cámara que captura dichas imágenes termográficas. En una realización preferida adicional, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha información correspondiente a un perfil de temperatura ambiente puede obtenerse desde una fuente externa, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, desde internet. Para esto, dicho procesador, adicionalmente, se encuentra conectado operativamente a dicha fuente externa, por ejemplo internet, y se encuentra configurado para obtener dicha información desde dicha fuente externa y almacenar dicha información en dicha memoria.

En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, si dicho valor indicador corresponde a la diferencia entre el valor máximo y el valor inicial en dicho intervalo de tiempo, dicho valor umbral puede ser la diferencia entre la máxima temperatura y la mínima temperatura en dicha curva de temperatura ambiente. En otro ejemplo, sin que esto limite el alcance de la presente invención, si dicho valor indicador corresponde al área bajo la curva en dicho intervalo de tiempo, dicho valor umbral será el área bajo la curva en dicho intervalo de tiempo en dicha curva de temperatura ambiente.

Sin embargo, en otras realizaciones preferidas y sin que esto limite el alcance de la presente invención, es posible utilizar otros valores umbrales, tales como la razón entre la máxima y la mínima temperatura ambiente, el promedio de temperatura ambiente, entre otros. De acuerdo con el sistema y métodos previamente descritos, es posible detectar hormigón por medio de termografía infrarroja, más específicamente a partir de una pluralidad de imágenes de termografía infrarroja, en donde dicha pluralidad de imágenes termográficas corresponde a una región que contiene porciones que corresponden a hormigón y puede poseer porciones que no corresponden a hormigón.

Sin embargo, en una realización preferida y sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador se encuentra configurado para generar imágenes en donde se identifique explícitamente las porciones que corresponden a hormigón. En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador se encuentra configurado para modificar una de las imágenes termográficas, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, la última imagen termográfica almacenada en la memoria, coloreando aquellos pixeles que corresponden a hormigón con un primer color que es contrastante con dicha imagen termográfica.

En otra realización preferida, dicho procesador se encuentra configurado para generar un mapa binario de dicha región que contiene hormigón fresco. En el contexto de la presente invención debe entenderse un mapa binario como una matriz del mismo tamaño que las imágenes termográficas, en donde la posición de un pixel que corresponde a hormigón almacena un valor, por ejemplo 1 , mientras que la posición de un pixel que no corresponde a hormigón almacena un segundo valor, por ejemplo 0. Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, las figuras 2 a 7 son representaciones gráficas de mapas binarios obtenidos mediante una realización del sistema y método que son objeto de la presente invención a diferentes intervalos de tiempo.

En una realización preferida adicional, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador se encuentra configurado para almacenar los valores (m,n), correspondientes a fila y columna respectivamente, de un pixel que contiene hormigón. Esta realización preferida posee la ventaja de que permite realizar un post procesamiento de dicha información, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, graficar dicha información en una aplicación o programa externo. Adicionalmente, el método que es objeto de la presente invención puede ser implementado en tiempo real o con posterioridad a la captura de las imágenes termográficas. En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, el procesador se encuentra conectado operativamente a la cámara que captura dichas imágenes termográficas y se encuentra configurado para controlar dicha cámara. En esta realización preferida, dicho procesador puede estar configurado para obtener dicha pluralidad de imágenes termográficas desde dicha cámara, almacenar dicha pluralidad de imágenes en la memoria y realizar las operaciones que forman parte del método que es objeto de la presente invención Será evidente para una persona con conocimientos medios en el campo técnico que, en este caso, el método que es objeto de la presente invención puede implementarse en tiempo real.

Por otra parte, en los casos en los cuales el método y sistema que son objeto de la presente invención se utilizan en una obra civil, es posible digitalizar el sitio de la obra, a fin de permitir su incorporación en un modelo de información de construcción (BIM por sus siglas en inglés, Building Information Model). De esta manera, adicionalmente y sin que esto limite el alcance de la presente invención, es posible monitorizar el avance de la obra en tiempo real. Esto puede realizarse, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, mediante la determinación de parámetros indicadores del avance de la obra, por ejemplo, cantidad de hormigonados diarios, semanales y mensuales. Adicionalmente, dichos parámetros indicadores del avance de la obra pueden permitir, sin que esto limite el alcance de la presente invención, predecir la necesidad de materiales en el futuro, optimizando de esta manera la solicitud de cotizaciones y emisión de órdenes de compra para la adquisición de material.

De acuerdo con la descripción previamente detallada, es posible obtener un sistema y método para detectar hormigón mediante termografía infrarroja. Debe entenderse que distintas realizaciones preferidas detalladas previamente pueden combinarse entre sí de cualquier manera, sin que esto limite el alcance de la presente invención. A continuación, se expondrán ejemplos de realización de la presente invención. Debe entenderse que dichos ejemplos buscan proporcionar un mejor entendimiento de la invención, pero en ningún caso limitan el alcance de la presente invención.

Adicionalmente, aspectos descritos en ejemplos diferentes pueden combinarse entre sí, o con otras realizaciones preferidas previamente detalladas, de cualquier manera, sin que esto limite el alcance de la presente invención.

Ejemplo 1 : Adquisición de una pluralidad de imágenes de termografía infrarroja

En la Figura 1 se observa una imagen de termografía infrarroja capturada en una prueba del método que es objeto de la presente invención. En este caso, se dispuso de una muestra de hormigón fresco. La porción que contiene hormigón fresco se ha delimitado mediante un polígono de color negro, el cual no forma parte de la imagen original y fue incorporado para un mejor entendimiento de la presente invención. Adicionalmente, sobre la porción de hormigón fresco se aprecia una estructura metálica alrededor de la muestra de hormigón, así como un fondo general de la prueba.

Se obtuvo una pluralidad de imágenes de termografía infrarroja de dicha muestra de hormigón a intervalos regulares de 15 minutos.

Ejemplo 2: Obtención de perfil de temperatura y curva de temperatura como función del tiempo.

Las figuras 8 y 9 muestran gráficos de temperatura como función del tiempo que corresponden, respectivamente, a un pixel que contiene hormigón y a un pixel que no contiene hormigón.

En dichos gráficos, la etiqueta A corresponde a los puntos de temperatura medidos a partir de las imágenes termográficas, B corresponde a la curva de temperatura como función del tiempo que ajusta dicho perfil de temperatura, C corresponde a la variación de la temperatura ambiente y D corresponde a la variación de la temperatura ambiente en el intervalo de tiempo de interés. Adicionalmente, se indican los valores DTA y ATCD que corresponden, respectivamente, a la máxima diferencia de temperatura ambiente en el intervalo de tiempo de interés y a la diferencia entre la máxima temperatura y la temperatura inicial en la curva de temperatura como función del tiempo en ambas figuras.

El valor DTA coincide en las figuras 8 y 9, mientras que el valor ATCD es distinto en dichas figuras.

Ejemplo 3: Determinación de si un pixel corresponde a hormigón

En el caso de la figura 8, se observa que el valor ATCD, que corresponde al valor indicador, es mayor que el valor DTA, el cual ha sido utilizado como valor umbral en este ejemplo. En consecuencia, el pixel que dio origen al perfil de temperatura de la figura 8 será identificado como un pixel que contiene hormigón fresco.

En contraste, en el caso de la figura 9, se observa que el valor ATCD es menor que el valor DTA. En consecuencia, el pixel que dio origen al perfil de temperatura de la figura 9 será identificado como un pixel que no contiene hormigón fresco.

Ejemplo 4: Obtención de mapas binarios en tiempo real

Las figuras 2 a 7 muestran representaciones gráficas de diferentes mapas binarios obtenidos mediante una realización del método que es objeto de la presente invención, en donde el intervalo de tiempo es 0,58 horas, 2,13 horas, 4,08 horas, 5,03 horas, 6,08 horas y 6,83 horas respectivamente. Todas las imágenes comparten un tiempo inicial común.

Se observa que en el caso de la figura 2, ningún pixel es identificado como hormigón fresco. En el caso de la figura 3, existen algunos pixeles que son identificados como hormigón fresco, pero la mayoría de la muestra de hormigón no ha sido detectada. En el caso de la figura 4, gran parte de la muestra ha sido correctamente detectada, pero existen porciones, principalmente en los bordes, que no han sido detectadas. Por último, en las figuras 5, 6 y 7 se ha detectado de manera satisfactoria gran parte de la muestra de hormigón.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para la detección de hormigón mediante termografía infrarroja,

CARACTERIZADO porque comprende:

- una memoria de almacenamiento de información;

- un procesador conectado operativamente a dicha memoria y configurado para leer información desde dicha memoria y para almacenar información en dicha memoria; y

- una cámara infrarroja conectada operativamente a dicho procesador, dicho procesador que se encuentra configurado para controlar dicha cámara infrarroja y obtener imágenes de termografía infrarroja desde dicha cámara infrarroja;

en donde dicho procesador se encuentra configurado para:

- almacenar una pluralidad de imágenes de termografía infrarroja, obtenidas desde dicha cámara infrarroja, en dicha memoria, en donde cada imagen de dicha pluralidad corresponde a una región que contiene hormigón fresco y en donde dicha pluralidad de imágenes corresponde a un intervalo de tiempo;

- obtener, para cada pixel de dicha pluralidad de imágenes de termografía infrarroja, un perfil de temperatura como función del tiempo;

- obtener una pluralidad de curvas de temperatura como función del tiempo, cada una de dichas curvas de temperatura que ajusta a un correspondiente perfil de temperatura como función del tiempo;

- determinar un valor indicador a partir de cada una de dichas curvas de temperatura como función del tiempo; y

2. El sistema de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque comprende, adicionalmente, un sensor de temperatura ambiente conectado operativamente a dicho sensor de temperatura ambiente y porque dicho procesador se encuentra configurado para:

- obtener mediciones de temperatura ambiente desde dicho sensor de temperatura ambiente; y

- almacenar información correspondiente a la temperatura ambiente en dicha memoria.

3. El sistema de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque dicho procesador se encuentra conectado operativamente a una fuente externa de temperatura ambiente y porque dicho procesador se encuentra configurado para obtener información correspondiente a la temperatura ambiente desde dicha fuente externa y almacenar dicha información correspondiente a la temperatura ambiente en dicha memoria.

4. Un método para la detección de hormigón mediante termografía infrarroja, CARACTERIZADO porque comprende los pasos de:

- almacenar una pluralidad de imágenes de termografía infrarroja en una memoria de almacenamiento de información, en donde cada imagen de dicha pluralidad corresponde a una región que contiene hormigón fresco y en donde dicha pluralidad de imágenes corresponde a un intervalo de tiempo;

- obtener, para cada pixel de dicha pluralidad de imágenes, un perfil de temperatura como función del tiempo mediante un procesador conectado operativamente a dicha memoria de almacenamiento de información;

- obtener una pluralidad de curvas de temperatura como función del tiempo, cada una de dichas curvas de temperatura que ajusta a un correspondiente perfil de temperatura como función del tiempo mediante dicho procesador;

- determinar un valor indicador a partir de cada una de dichas curvas de temperatura como función del tiempo mediante dicho procesador; y - definir que un pixel corresponde a hormigón cuando dicho valor indicador correspondiente a dicho pixel es mayor que un valor umbral mediante dicho procesador.

5. El método de la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque dicha curva de temperatura como función del tiempo se escoge del grupo formado por: serie de Fourier de bajo coeficiente y polinomio de bajo coeficiente.

6. El método de la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque comprende, adicionalmente:

- almacenar información correspondiente a un perfil de temperatura ambiente en dicha memoria;

- obtener una curva de temperatura ambiente como función del tiempo mediante dicho procesador; y

- obtener dicho valor umbral a partir de dicha curva de temperatura ambiente como función del tiempo mediante dicho procesador.

7. El método de la reivindicación 4 o 6, CARACTERIZADO porque dicho valor indicador es la diferencia entre la temperatura máxima y la temperatura inicial en dicho intervalo de tiempo y porque dicho valor umbral es la diferencia entre la máxima temperatura ambiente y la mínima temperatura ambiente en dicho intervalo de tiempo.

8. El método de la reivindicación 4 o 6, CARACTERIZADO porque dicho valor indicador es el área bajo la curva en dicho intervalo de tiempo y porque dicho valor umbral se escoge del grupo formado por: el área bajo la curva de temperatura ambiente en dicho intervalo de tiempo; y el producto del valor promedio de temperatura ambiente en dicho intervalo de tiempo y la longitud de dicho intervalo de tiempo.

9. El método de la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque dicho intervalo de tiempo está entre 3 horas y 12 horas.

10. El método de la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque cada imagen de dicha pluralidad de imágenes de termografía infrarroja se obtiene con una periodicidad de entre 5 minutos y 30 minutos.

1 1 . El método de la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque cada imagen de dicha pluralidad de imágenes es filtrada previo a la obtención de dichos perfiles de temperatura como función del tiempo.

12. El método de la reivindicación 1 1 , CARACTERIZADO porque dicha pluralidad de imágenes es filtrada mediante un filtro gaussiano.

13. El método de la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque comprende, adicionalmente, generar una imagen de dicha región que contiene hormigón fresco en donde los pixeles identificados como hormigón son coloreados de un primer color, dicho primer color que es contrastante con dicha imagen, dicha imagen que se genera mediante dicho procesador.

14. El método de la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque comprende, adicionalmente, generar un mapa binario de dicha región que contiene hormigón fresco mediante dicho procesador.