Se sei già possessore di una termocamera FLIR, o stai pensando di acquistarne una, la domanda che sicuramente ti starai ponendo è:
Con la termocamera fino a che distanza è possibile misurare e ottenere comunque una misurazione accurata della temperatura?
La risposta dipende da molti fattori, ma la cosa fondamentale da ricordare è che solo perché puoi visualizzare qualcosa con una termocamera non significa necessariamente che sei abbastanza vicino per ottenere una misurazione precisa.
L’esempio più classico è quello della visita oculistica dal medico. Quando guardi la tavola optometrica dalla sedia della sala d’esame, potresti essere in grado di vedere che ci sono lettere e simboli sulla linea più piccola, ma a quale distanza puoi ancora leggere le lettere, cioè “misurarle” con precisione?
Man mano che ci si allontana dall’oggetto da misurare, l’accuratezza della misura di temperatura diminuisce.
Per determinare da quale distanza puoi misurare, devi conoscere il rapporto distanza/spot (rapporto D:S) della tua termocamera.
Questo rapporto indica quanto lontano puoi essere (distanza) da un oggetto di una determinata dimensione (spot) e ottenere comunque una misurazione accurata della temperatura.
IFOV e FOV: Come calcolare il rapporto distanza/spot termocamera
Supponiamo di dover effettuare un rilevamento metodico della temperatura di un oggetto di 50 millimetri a 10 metri di distanza dalla termocamera. La domanda da farsi è: la mia termocamera è in grado di misurare con precisione quel oggetto?
Per rispondere a questo quesito dovrai trovare quello che viene chiamato il campo visivo istantaneo (IFOV – Instantaneous Field of View) della tua termocamera.
Prima di continuare vediamo che cosa sono il FOV e l’IFOV:
Il campo visivo (FOV – Field of View) è praticamente tutto ciò che vedi sullo schermo della termocamera, mentre l’IFOV (Instantaneous Field of View) è una proiezione angolare di un solo pixel. L’area che ogni pixel può vedere dipende dalla distanza dell’obiettivo: più ti avvicini a un obiettivo, meno area copre ogni pixel. L’IFOV sarà la nostra dimensione nel rapporto distanza/spot.
L’IFOV è la proiezione angolare di un solo pixel del sensore nell’immagine IR. L’area che ogni pixel può vedere dipende dalla distanza dal soggetto per una data ottica.
Torniamo al nostro esempio:
Ipotizziamo di essere in possesso di una termocamera con una risoluzione 320 x 240 pixel ed ottica di 24 gradi. Primo step calcolare l’IFOV in milliradianti (mrad) con questa formula:
IFOV = (FOV/numero di pixel*) x [(3,14/180)(1000)]
*Numero di pixel che corrisponde all’orientamento (orizzontale/verticale) del FOV.
Dato che la nostra ottica ha un FOV orizzontale di 24 gradi, dividiamo per 24 la risoluzione pixel orizzontale della termocamera, cioè 320. Successivamente moltiplichiamo per 17,44 (il risultato di (3,14/180)(1000) nell’equazione sopra).
(24/320) x 17,44 = 1,308 mrad
Ora convertiamo l’IFOV da mrad in millimenti:
IFOV (mm): (1,308/1000) x 10000* mm = 13,08 mm
*Distanza in millimetri dell’oggetto.
Il rapporto distanza/spot è 10000:13,08. Questo numero è la dimensione misurabile di un singolo pixel (1 x 1). Ciò significa che la termocamera è in grado di misurare uno spot di 13,08 mm a una distanza di 10 metri.
Per saltare la maggior parte dei calcoli è possibile utilizzare il calcolatore FOV online messo a disposizione dalla FLIR. Per accedere al calcolatore, fare clic sul nome della serie FLIR per visualizzare un elenco di tutte le termocamere che ne fanno parte. Fare clic su “FOV Calc.” accanto alla termocamera corretta e verrà rapidamente visualizzato l’IFOV (in pollici o in millimetri) per una determinata distanza (in piedi o in metri).
Bene, abbiamo finito, vero?
Beh, non proprio. Questa misurazione per singolo pixel è chiamato “rapporto D:S teorico”. Sebbene questo possa essere considerato il “vero” rapporto D:S, può ingannare perché non è obbligatoriamente il più preciso.
Termocamera e rapporto D:S teorico: Vero ma non accurato
Il rapporto teorico tra distanza e dimensione dello spot di una termocamera fornisce solo la temperatura di un’area molto piccola all’interno di un singolo pixel, ma una misurazione di un singolo pixel può essere imprecisa per vari motivi:
- Le termocamere possono sviluppare pixel difettosi;
- Gli oggetti riflettono: un graffio o un riflesso solare causerebbero un falso positivo e una lettura falsamente alta;
- L’oggetto caldo, ad esempio una testa di bullone, potrebbe avere la stessa larghezza di un pixel, ma i pixel sono quadrati mentre una testa di bullone è esagonale;
- Nessuna ottica è perfetta: ci sono sempre delle distorsioni nei sistemi ottici che influiscono sulle misurazioni.
Per i casi reali, devi ottenere il maggior numero possibile di pixel sul tuo obiettivo per la massima precisione. Uno o due pixel possono essere sufficienti per determinare qualitativamente l’esistenza di una differenza di temperatura, ma potrebbero non essere sufficienti per fornire una rappresentazione accurata della temperatura media di un’area. Infatti, le termocamere FLIR sono dotate di puntatori di almeno 3 x 3 pixel per assicurarsi di coprire l’area calda in cui è richiesto il valore spot.
Per calcolare un rapporto distanza/spot di 3 × 3 pixel, moltiplica semplicemente il tuo IFOV per tre, ottenendo 3 × 3 pixel invece di 1 × 1. La misurazione sarà più accurata.
Se moltiplichi il nostro precedente IFOV (13,08 mm) per 3, ottieni:
13,08 × 3 = 39,04 mm
Questo ti dà un rapporto distanza/spot di 10000: 39,04, il che significa che puoi misurare con estrema precisione uno spot di 39,04 mm da 10 m di distanza.
Nella situazione ideale il target proiettato dovrebbe coprire almeno un pixel. Per garantire letture accurate è consigliabile coprire un’area più ampia per tenere conto della dispersione ottica della proiezione.
In questo video ti spiego perché a volte possiamo vedere un oggetto ma non possiamo misurarne la temperatura. Questo fenomeno avviene quando l’IFOV del sensore ir, non è appropriato.
Per concludere, se hai l’esigenza di misurare oggetti piccoli da una distanza importante, è fondamentale conoscere il rapporto tra la distanza e la dimensioni dello spot della propria termocamera per comprendere se è adatta a misurare con precisione la temperatura dell’oggetto da una determinata distanza.
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Dario Crisafulli
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