Cámara térmica

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Imagen de un perro visto por una cámara infrarroja. A la derecha la escala de temperaturas. También se puede apreciar la asignación arbitraria de colores a las temperaturas.

Una cámara térmica o cámara infrarroja es un dispositivo que, a partir de las emisiones de infrarrojos medios del espectro electromagnético de los cuerpos detectados, forma imágenes luminosas visibles por el ojo humano.

Estas cámaras operan, más concretamente, con longitudes de onda en la zona del infrarrojo térmico, que se considera entre 3 µm y 14 µm.

Funcionamiento[editar]

Imagen mostrando variación de temperatura en un globo de aire caliente.

Todos los cuerpos emiten cierta cantidad de radiación de cuerpo negro (en forma infrarroja) en función de su temperatura. Generalmente, los objetos con mayor temperatura emiten más radiación infrarroja que los que poseen menor temperatura.

Las imágenes visualizan en una pantalla, y tienden a ser monocromáticas, porque se utiliza un sólo tipo de sensor que percibe una particular longitud de onda infrarroja. Muestran las áreas más calientes de un cuerpo en blanco y las menos en negro, y con matices grises los grados de temperatura intermedios entre los límites térmicos.

Sin embargo, existen otras cámaras infrarrojas que se usan exclusivamente para medir temperaturas y procesan las imágenes para que se muestren coloreadas, porque son más fáciles de interpretar con la vista. Pero esos colores no corresponden a la radiación infrarroja percibida, sino que la cámara los asigna arbitrariamente, de acuerdo al rango de intensidad de particular longitud de onda infrarroja, por eso se llaman falsos colores o pseudocolores.

Esos falsos colores tienen varias aplicaciones, como las cartográficas, pues describen las diferentes alturas del relieve de un mapa: De color azul las partes más frías, que comúnmente son las más altas, y de color rojo las más calientes, que son las más bajas; las partes intermedias en altura, y por tanto en temperatura, en otros colores como el amarillo y el anaranjado.

Otras aplicaciones generales de las cámaras infrarrojas son: Ver en las tinieblas, a través del humo o debajo del suelo.

Se han ingeniado maneras para evitar la detección de cámaras infrarrojas, pero no son eficientes. Vestirse con ropa aislante térmica oculta temporalmente de la cámara, por que la ropa se calienta gradualmente a la temperatura del entorno y se vuelve detectable. Envolverse en papel aluminio y vestir prendas mojadas no oculta de las cámaras potentes, sólo confunde las lecturas percibibas.

Tipos[editar]

Refrigeradas[editar]

Emplean semiconductores exóticos, que se encuentran al vacío y refrigerados, lo que incrementa su sensibilidad. Los materiales más comunes son el telururo de cadmio y mercurio (CdHgTe o CMT -siglas en inglés-) y el antimoniuro de indio (InSb). También se pueden realizar detectores sensibles al infrarrojo con elementos del tipo pozo cuántico.

Se emplean enfriando a temperaturas del rango de 4 K hasta 110 K, siendo 80K el más común; sin esta refrigeración el propio ruido térmico del sensor es superior a la señal detectada.

No refrigeradas[editar]

Funcionan a temperatura ambiente; se sacrifican prestaciones para obtener equipos más baratos y de menor consumo. Los materiales más usados son silicio amorfo y óxidos de vanadio.

Clasificación[editar]

En función del tipo de detector[editar]

Cámaras infrarrojas con detectores criogenizados[editar]

Los detectores están contenidos en un recipiente sellado al vacío (Dewar) y enfriado muchos grados bajo cero Celsius por un costoso equipo criogénico. Esto aumenta enormemente su sensibilidad con respecto a los detectores al ambiente, debido a su gran diferencia de temperatura con respecto al cuerpo emisor detectado. Si el detector no fuera enfriado criogénicamente, la temperatura ambiental del detector interferiría las lecturas de temperatura recibidas por el detector. Las ventajas de los detectores criogénicos son:

  • Alta sensibilidad (pueden detectar temperaturas de 0,01 °C)
  • Permiten acoplar ópticas potentes para observar objetos lejanos.

Las desventajas de los detectores criogénicos son:

  • Su consumo de energía para enfriar el detector (~ 10 vatios)
  • El alto coste para fabricar los semiconductores especiales, sellar al vacío los recipientes y fabricar el refrigerador criogénico (decenas de miles de €)
  • Tiempo de enfriamiento del sensor del detector a la temperatura óptima de operación (~ 7 minutos).

Debido a su alto coste su empleo se reduce a las fuerzas armadas y de seguridad.

Cámaras infrarrojas con detectores al ambiente[editar]

Éstos operan a la temperatura ambiental. Los más modernos usan sensores que funcionan cambiando las propiedades eléctricas del material del cuerpo emisor. Estos cambios (de corriente, voltaje o resistencia) son medidos y comparados a los valores de temperatura de operación del sensor. Los sensores pueden estabilizarse a una temperatura de operación, por arriba de los cero celsius, para reducir las interferencias de percepción de imagen, y es por eso que no requiere equipos de enfriamiento.

Las ventajas de estos detectores son:

  • Su menor costo con respecto a los criogenizados.
  • Menor tamaño.

Pero sus desventajas:

  • Mucha menos sensibilidad resolución que los criogenizados.
  • Necesidad de ópticas con gran apertura, lo que limita su uso a objetos cercanos.

Dado que en este campo se están produciendo avances constantes, las prestaciones de estas cámaras se están acercando a las cámaras con detectores criogenizados.

En función del origen de la radiación[editar]

Cámaras infrarrojas activas[editar]

Emiten radiación infrarroja con un reflector integrado a la cámara o ubicado en otro sitio. El haz infrarrojo alumbra el cuerpo detectado, y el alumbramiento es emitido por el cuerpo para ser percibido por la cámara e interpretado en una imagen monocromática.

El reflector tiene un filtro para prevenir que la cámara sea interferida por la observación de la luz visible. Si el reflector tiene mayor alcance, mayor será el tamaño y el peso de su filtro y mayor será el tamaño de la batería, porque aumenta su consumo de energía. Por eso la mayoría de las cámaras activas portátiles tienen un reflector con alcance de 100 metros, pero algunos fabricantes exageran el alcance de las cámaras a varios cientos de metros.

Cámaras infrarrojas pasivas[editar]

También se llaman cámaras termográficas. Carecen de reflectores, y perciben la radiación infrarroja tal cual es emitida por un cuerpo. Son las más comunes.

Estas cámaras se usan para rastrear gente en áreas donde es difícil verlos (de noche, humo o niebla), encontrar rastros recientes de alguien que ha dejado un lugar, seguir un coche en particular, ver rastros de humedad en ciertas superficies, inspección de elementos industriales, etc.

Especificaciones[editar]

Las especificaciones de los sensores de infrarrojos incluyen:

  • número de píxels (320x240 y 640x512 son los más comunes)
  • sensibilidad espectral (banda de 3 µm a 5 µm o de 8 µm a 12 µm)
  • vida útil del refrigerador
  • MRTD (mínima diferencia de temperatura resoluble)
  • campo de visión (dependiente de la óptica)
  • rango dinámico
  • potencia consumida
  • masa y volumen.

Aplicaciones de las cámaras térmicas[editar]

Originalmente fueron desarrolladas para uso militar en la guerra de Corea. Las cámaras fueron migrando de forma paulatina a otros campos tales como medicina o arqueología. Más recientemente, avances ópticos y el empleo de sofisticados interfaces de software han mejorado la versatilidad de este tipo de cámaras, por ejemplo, puede conocerse la temperatura corporal al instante, la cámara puede verificar si la temperatura es superior a la normal y se dispara una alarma sonora para que se identifique a la persona.

Las aplicaciones incluyen:

  • militares y policiales para detección de objetivos y adquisición de datos;
  • seguridad y antiterrorismo;
  • mantenimiento predictivo (detección temprana de fallos tanto mecánicos como eléctricos);
  • control de procesos;
  • detección o análisis de incendios;
  • industria automotriz;
  • inspección de suelos;
  • auditoría de aislantes acústicos;
  • inspección de muros;
  • medicina y diagnosis;
  • análisis no destructivos;
  • test de calidad en entornos de producción;
  • detección de polución;
  • detección de temperatura corporal, por ejemplo, para la detección de gripe A.
  • observación de animales en su medio natural durante la noche, para estudios de conducta.

Véase también[editar]

Enlaces externos[editar]