Интересное о дронах с тепловизором

Во всем мире мы все чаще видим использование беспилотников на практике. Фермеры ведут учет земель и обрабатывают поля. Геодезисты координируют границы земельных участков, оценивают карьеры и создают цифровые модели рельефа. Группы общественной безопасности и экстренной медицинской помощи ежедневно оказывают поддержку с воздуха при проведении поисково-спасательных операций. Дроны в этом деле незаменимы.

Высокомобильные системы воздушных камер легко и быстро развертываются для охвата обширных труднодоступных территорий быстрее и эффективнее, чем обычные наземные средства. А расширения для тепловизионных и других полезных нагрузок позволяют собирать максимальное количество данных с точной географической привязкой.

Если говорить об использовании дронов в сфере общественной безопасности, то большинство поисково-спасательных и аварийных операций проводятся в вечернее и ночное время. Это связано с внедрением ночного видения, которое позволяет гораздо точнее собирать информацию о пропавших людях или выявлять места пожаров. По статистике, сами чрезвычайные ситуации также происходят ближе к ночи.

Комплексное решение для аварийных служб в этом случае — беспилотник с тепловизионным датчиком. Когда требуется лишь кроха информации, именно воздушная поддержка обеспечивает наиболее точный сбор данных с географической привязкой. Это важно, когда необходимо быстро и точно принять решение о том, какие действия предпринять при обращении в службу спасения. Давайте рассмотрим это шаг за шагом.

Что такое технология ночного видения?

Чтобы понять эти процессы, нужно начать с основ и определить, что такое технология ночного видения и почему на нее существует повышенный спрос. Человеческое зрение устроено таким образом, что мы определяем только то, что видим непосредственно. Это то, что известно как видимый свет. Видимый свет является частью электромагнитного спектра. Другие спектры — инфракрасные лучи, ультрафиолетовые, рентгеновские, гамма-лучи — не воспринимаются человеческим глазом. И если люди могут только ощущать это тепло, то есть инфракрасное излучение, но оно остается для них невидимым. Камера, работа которой основана на обнаружении небольших изменений температуры окружающих предметов и пространств, улавливает эту самую инфракрасную энергию и обрабатывает изображение таким образом, что оно становится видимым даже для человеческого глаза.

Вторая важная вещь, которую необходимо знать, заключается в том, что не все объекты имеют точную тепловую сигнатуру. Степень, в которой объект поглощает или отражает тепловые импульсы, называется излучательной способностью и может сильно варьироваться от объекта к объекту. Например, камень, дерево, человек или животное имеют высокий коэффициент. Стекло, керамика (отражающие предметы) имеют низкую ценность.

В зависимости от конкретного применения, ночное видение или тепловидение осуществляется с помощью тепловизионного датчика или датчика звездного света.

Тепловизионные изображения

Тепловидение работает путем обнаружения тепловой энергии и определения разницы температур, которая естественным образом излучается живыми и неживыми объектами. Тепловизионные камеры используют сложную систему линз и датчиков, которые передают невидимые инфракрасные частоты для измерения температуры поверхности объектов. Полученные данные используются процессором обработки изображений для создания так называемой термограммы, или цветовой карты, показывающей различные значения температуры.

Примерно так выглядят данные, полученные с помощью тепловизионной камеры, на визуальном изображении. Эта палитра оттенков обычно включает белые цвета, которые обозначают высокотемпературные объекты, и темные цвета, которые обозначают холодные объекты. Палитра также может быть цветной, в зависимости от настроек камеры. Этот тип является более распространенным и отображает широкий спектр цветов, где более горячие объекты отображаются яркими цветами — красным, розовым, желтым, оранжевым — а менее горячие объекты — зеленым, синим, черным. Чем шире цветовая палитра, чем сложнее тепловизионная камера, тем точнее можно определить точную температуру на данной поверхности. Например, тепловизионная камера DJI Zenmuse H20T имеет двенадцать вариантов цветовой палитры, что в переводе на 256 цветов для отображения в 8-битном формате JPEG или MPEG-4.

Почему тепловизор используют ночью?

Как уже говорилось, тепло излучают все предметы и объекты вокруг нас. После захода солнца температура Земли падает быстрее всего, в то время как другие объекты, особенно люди, которые непрерывно излучают тепловые импульсы, продолжают сохранять свое тепло. Именно эта разница, воспринимаемая тепловизионной камерой, делает дроны с тепловизионными камерами важным решением для ночного видения, а также облегчает работу спасателей.

Несмотря на высокую чувствительность, на тепловизионные камеры может влиять ряд факторов, таких как время суток, состояние поверхности и отражающая способность объекта. Погодные условия также могут значительно снизить точность измерений температуры. Дым, пыль, мусор и любое защитное покрытие на объекте могут исказить данные. В таких сценариях датчики звездного света могут оказать дополнительную помощь аварийным службам.

Датчики звездного света

Это тип тепловизионной камеры, которая работает, собирая не тепловые сигнатуры, а любое небольшое количество света, улавливаемое от излучения звезд и луны. Естественный свет позволяет датчику более точно определять поверхности и тепловые различия.

Технически приборы ночного видения с датчиками звездного света раньше использовали технологию, называемую оптоэлектронным улучшением изображения. Здесь свет проходит через несколько линз и линзу усилителя изображения, которая преобразует входящие фотоны в электроны. Затем эти электроны попадают на экран с люминофорным покрытием, создавая характерное светящееся зеленое изображение. В некотором смысле это напоминает изображение игровых форматов через призму оптического прицела в шутере.

Современные датчики используют технологию, называемую цифровым улучшением изображения, которая является более новой версией традиционной технологии улучшения света. При цифровом улучшении изображения используется датчик CMOS для преобразования света в цифровой сигнал. Затем эти сигналы усиливаются электроникой и увеличиваются в несколько раз для большей четкости, после чего выводятся на экран в виде видимых световых изображений.

Сенсоры Starlight имеют более широкую диафрагму и более длинную выдержку, что позволяет большему количеству света попасть в камеру. Датчики работают с алгоритмами для подавления шумов и улучшения качества изображения. Дроны ночного видения используют цифровое улучшение изображения, поскольку оно обеспечивает более компактную, легкую и универсальную полезную нагрузку.

БПЛА ночного видения

На бумаге это звучит довольно сложно, но на самом деле принцип работы дронов с тепловизором чрезвычайно прост. Хорошим примером является гибридное судно на воздушной подушке DJI Zenmuse H20T, оснащенное двумя камерами (обычной и тепловой). Он оснащен 20-мегапиксельной камерой с оптическим зумом, 12-мегапиксельной широкоугольной камерой, лазерным дальномером, покрывающим расстояния от 3 м до 1 200 м, и радиометрической тепловизионной камерой с разрешением 640 x 512 пикселей. В этом случае решение незаменимо, поскольку оно работает с камерами ночного видения и тепловизорами.

Усовершенствованный Mavic 2 Enterprise Advanced

Дроны с уже встроенной тепловизионной камерой, такие как Mavic 2 Enterprise Advanced, могут измерять температуру объектов в сложных условиях тумана или дыма. Для быстрого и точного определения объектов беспилотник имеет на борту два датчика: 48-мегапиксельную камеру с 1/2″ CMOS-матрицей и HD тепловизионную камеру с разрешением 640×512 пикселей. Во время работы камеры можно переключаться между камерами, чтобы помочь оператору определить место и расположение отснятого материала, а затем провести тепловые измерения.

Именно с помощью этого беспилотника волонтерская группа Liza Alert и поисковые отряды в Нижегородской, Псковской и Ленинградской областях, а также в Республике Беларусь ведут поиск пропавших людей. По словам Андрея Калинина, владельца компании M2EA и действующего спасателя Нижегородской области, использование квадрокоптера для поиска пропавших людей как минимум в 15 раз эффективнее. Только за короткий летне-осенний период 2020 года в регионе было обнаружено девять человек, использовавших беспилотник. Беспилотник также используется для работы в приграничных районах для обнаружения незаконного пересечения границы, выявления браконьеров, нарушителей лесного порядка, незаконной вырубки леса и охоты, при патрулировании шахт, строительных площадок и других чувствительных секторов.

Незаменимый Matrice 300 RTK с Zenmuse H20N и H20T

Matrice 300 RTK — это платформа с широким спектром применения в качестве беспилотного решения для многих промышленных отраслей. Благодаря возможности использовать до трех полезных нагрузок одновременно, платформа является поистине незаменимой. Дрон летает до 55 минут, а широкоугольная FPV-камера обеспечивает широкое поле зрения для эффективного управления и наблюдения независимо от сложности миссии. В паре с датчиком H20T можно легко контролировать температуру объектов, а расширенные функции программного обеспечения позволяют устанавливать предупреждения, когда температура превышает определенные значения, а также проверять температуру выбранных целей в режиме реального времени, касаясь их с помощью экрана пульта дистанционного управления.

Zenmuse H20N включает два увеличительных датчика Starlight, две тепловизионные камеры с разрешением 640 x 512 пикселей и 8-кратным зумом, а также лазерный дальномер с дальностью обнаружения от трех до 1200 метров. Экран пульта дистанционного управления может быть разделен на две части, как на Mavic 2 Enterprise Advanced, для удобства управления.

Matrice 30T с камерой FPV с низкой освещенностью

Новый флагманский дрон DJI M30T не только отличается компактными размерами и маневренностью для сложных миссий, но и оснащен 48-мегапиксельной 1/2″ CMOS-матрицей с 16-кратным оптическим и 200-кратным цифровым зумом, 12-мегапиксельной широкоугольной камерой, лазерным дальномером и радиометрическим тепловизором с разрешением 640 x 512 пикселей. Встроенный датчик FPV оптимизирован для ночного видения, поэтому он может видеть широкоугольно и идентифицировать цели в условиях недостаточного освещения или полной темноты.

Что нужно знать о дронах с тепловизором

В соответствии с правилами использования воздушного пространства России, для осуществления полетов любых воздушных судов (пилотируемых или беспилотных, с максимальным взлетным весом 150 грамм и более) необходимо выполнить ряд обязательных действий и получить разрешение как от местных органов власти, так и от эксплуатирующих организаций Единой системы организации воздушного движения. Существуют определенные ограничения на полеты, включая, помимо прочего, полеты только по прямой, в светлое время суток, на высоте менее 150 м от поверхности земли или воды и не менее 5 км от взлетно-посадочных полос аэропортов и взлетно-посадочных полос, вне зон контроля гражданских аэропортов, зон посадки (вертодромов) государственных и экспериментальных воздушных судов, запретных зон, зон ограничения полетов, специальных зон, воздушного пространства над местами проведения массовых мероприятий, официальных спортивных соревнований и т.д.

Прежде всего, перед использованием беспилотного летательного аппарата его следует зарегистрировать и обратиться в соответствующие органы для уточнения цели использования БПЛА. Если речь идет о чрезвычайных ситуациях во время спасательных или поисковых операций, ваше разрешение на полет и оказание помощи службам МЧС будет обработано гораздо быстрее. На практике это может занять до часа.

Для полетов в ночное время беспилотник должен быть оснащен огнями, чтобы предотвратить столкновения. Все платформы от DJI, в нашем случае Mavic 2 Enterprise Advanced, Matrice 300 RTK и Matrice 30T, имеют встроенные маячки сверху и снизу для идентификации в воздухе в условиях низкой освещенности и ночью. Кроме того, технология с приемником ADSB делает беспилотник видимым для других участников воздушного пространства, включая вертолеты и самолеты.

Для безопасной эксплуатации дрона необходимо соблюдать некоторые полезные правила:

• Составьте предполётный контрольный список и следуйте ему. Это особенно важно при полетах в условиях недостаточной освещенности. В случае чрезвычайной ситуации вам будет легче сориентироваться, если у вас есть план действий;
• Отклонитесь от центра полета на 5-10 градусов, чтобы компенсировать любые ночные слепые зоны. Кроме того, так как ночью управляющим сложнее поддерживать прямую видимость, лучше привлечь второго пилота, который будет наблюдать за ситуацией своими глазами;
• Если вы не знакомы с местностью, где собираетесь использовать дрон, заранее изучите местоположение и особенности рельефа на картах;
• Ночью лучше поднять дрон повыше, чтобы избежать потенциальных препятствий, таких как деревья и линии электропередач. Средняя высота полета беспилотника во время поисковых миссий составляет 200-300 метров. Над лесом, на высоте до 500 метров;
• Если вы потеряли ориентацию в пространстве, не можете определить местонахождение дрона в небе, как можно скорее верните устройство на место запуска;
• Вы можете использовать взлетно-посадочную полосу и освещение взлетно-посадочной полосы, чтобы не потерять из виду место посадки. Таким образом, вы всегда сможете безопасно вернуть дрон;
• Перед началом работы проверьте погоду. Во время дождя, сильного ветра, снега и тумана лучше воздержаться от полетов.