Che cosa può vedere la termografia che l’occhio umano non può vedere? La risposta parte dal fatto che la termografia e la vista umana rilevano parti diverse dello spettro elettromagnetico.
L’occhio umano dipende dalla luce visibile che raggiunge la retina. Quando l’illuminazione visibile diventa molto debole, scompare gran parte delle informazioni che normalmente utilizziamo per distinguere forma, colore, trama e sfondo.
La termografia funziona in una parte diversa dello spettro elettromagnetico. Un rilevatore termico risponde alla radiazione infrarossa che raggiunge il sensore e converte le differenze di quel segnale in un’immagine che può essere mostrata all’utente.
Ciò consente a un cannocchiale termico di rivelare contrasti termici che l’occhio umano senza ausili non può percepire.
Questa capacità ha però limiti ben precisi. La termografia non è una visione a raggi X. Non consente di vedere automaticamente attraverso pareti, vetro comune, vegetazione fitta o altre barriere solide, e una firma termica rilevabile non corrisponde automaticamente a un bersaglio identificabile.
Se non conosci ancora la tecnologia di base, inizia dalla nostra guida introduttiva all’imaging termico guida.
Perché la termografia rivela informazioni che l’occhio umano non può vedere
L’occhio umano è ottimizzato per la luce visibile.
Un rilevatore termico, invece, è progettato per rispondere alla radiazione infrarossa.
Gli oggetti negli ambienti comuni emettono energia infrarossa in base alla loro temperatura e alle proprietà della superficie. La termografia converte le variazioni di questa radiazione in una rappresentazione visibile, come una scala di grigi o una tavolozza di colori selezionata.
Ciò significa che l’utente non sta letteralmente “vedendo il calore” con gli occhi.
Il sistema di imaging traduce le differenze infrarosse in una visualizzazione che la vista umana può interpretare.
Questa distinzione è importante perché l’aspetto termico dipende da più fattori oltre alla sola temperatura.
Emissività superficiale, riflessi, atmosfera, ottica, sensibilità del rilevatore, elaborazione e geometria di osservazione influenzano tutti l’immagine risultante.
La termografia può funzionare nel buio completo
Una delle differenze più evidenti tra la termografia e la normale vista umana è che la termografia non richiede illuminazione visibile per formare un’immagine.
Una scena non richiede:
- luce solare;
- luce lunare;
- illuminazione artificiale visibile;
- una torcia.
Se al rilevatore arriva un contrasto infrarosso sufficiente, è possibile produrre un’immagine termica anche quando la scena appare completamente buia all’occhio umano.
Questo rende la termografia fondamentalmente diversa dall’ottica convenzionale a luce visibile e dai sistemi digitali di visione notturna che dipendono dalla luce riflessa.
Il buio, tuttavia, non garantisce da solo un’immagine termica con forte contrasto.
Se il bersaglio e lo sfondo hanno segnali termici simili, il contrasto può comunque essere debole.
Il contrasto termico può rivelare un oggetto che si confonde con lo sfondo visibile
Un oggetto può essere difficile da notare nella luce visibile perché colore, trama o motivo assomigliano allo sfondo.
La termografia non valuta quel mimetismo visibile nello stesso modo.
Se il segnale infrarosso dell’oggetto differisce abbastanza dalla scena circostante, il rilevatore termico può evidenziare un confine di contrasto anche quando l’oggetto è difficile da distinguere visivamente.
Per questo la termografia può talvolta far risaltare un soggetto rispetto a:
- vegetazione;
- terreno;
- rocce;
- strutture;
- sfondi scuri.
Ciò non significa però che la termografia superi ogni forma di occultamento.
Se il bersaglio è fisicamente bloccato da vegetazione fitta, una parete, un tronco, una roccia o un altro oggetto opaco, il rilevatore non può semplicemente recuperare l’immagine nascosta dietro di esso.
Il contrasto termico e la linea di vista fisica sono aspetti differenti.
La termografia può rivelare piccole differenze di temperatura superficiale
Due superfici possono apparire quasi identiche all’occhio umano pur avendo caratteristiche infrarosse differenti.
La termografia può mostrare tali differenze come diversi livelli di luminosità o valori della tavolozza.
A seconda della scena, ciò può rivelare:
- zone superficiali più calde e più fredde;
- differenze causate da sole e ombra;
- superfici riscaldate di recente o in fase di raffreddamento;
- apparecchiature o strutture con stati termici diversi;
- soggetti caldi su ambienti più freddi.
La parola importante è superficie.
La termografia riceve normalmente radiazione infrarossa dalla prima superficie rilevante lungo la propria linea di vista.
Non rivela automaticamente la struttura interna di un oggetto.
Un’immagine termica non è una mappa diretta della temperatura
La luminosità o il colore in un display termico non devono essere interpretati automaticamente come una temperatura esatta.
L’emissività superficiale e la radiazione infrarossa riflessa influenzano l’aspetto termico.
Le superfici altamente riflettenti e a bassa emissività possono mostrare energia infrarossa riflessa dall’ambiente circostante anziché rappresentare semplicemente la propria temperatura superficiale. FLIR osserva in particolare che i metalli lucidati possono comportarsi in modo fortemente riflettente nella termografia.
Per un cannocchiale termico, la lezione pratica è:
chiaro non significa sempre “più caldo” e scuro non significa sempre “più freddo”.
A meno che un dispositivo non sia progettato e specificato appositamente per la misurazione radiometrica della temperatura, non trattare il suo display come un termometro di precisione.
Che cosa significa realmente rilevamento
A lunga distanza, un dispositivo termico può rivelare la presenza di un’anomalia termica senza fornire informazioni sufficienti per determinare esattamente di cosa si tratti.
Questo è rilevamento.
Il bersaglio potrebbe apparire soltanto come una piccola firma termica.
Il rilevamento risponde a:
È presente qualcosa di rilevante?
Non risponde necessariamente a:
Che cos’è esattamente?
Questa è una delle distinzioni più importanti nell’osservazione termica.
Il riconoscimento richiede più informazioni spaziali
Man mano che un maggior numero di campioni utili del rilevatore copre il bersaglio, forma e movimento possono diventare più facili da interpretare.
Riconoscimento significa che sono disponibili informazioni sufficienti per classificare l’oggetto a un livello più generale.
Il requisito esatto dipende dal compito.
Una sagoma generale, le dimensioni, il modello di movimento e la struttura termica possono contribuire.
Il solo contrasto termico, tuttavia, non garantisce il riconoscimento.
Risoluzione del rilevatore, lunghezza focale dell’obiettivo, campo visivo, messa a fuoco, atmosfera, dimensioni del bersaglio e distanza continuano a essere importanti.
L’identificazione richiede ancora più informazioni
L’identificazione è più impegnativa del rilevamento o del riconoscimento generale.
L’immagine termica deve contenere informazioni affidabili sufficienti per la distinzione richiesta dal compito.
Può comportare:
- forma generale del corpo;
- caratteristiche distintive;
- dimensioni;
- movimento;
- dettaglio spaziale.
La soglia rilevante dipende da ciò che l’utente deve distinguere.
Per questo una singola indicazione di “portata di rilevamento” non dovrebbe mai essere interpretata come portata di identificazione.
Per una spiegazione completa, consulta la nostra guida su rilevamento, riconoscimento e identificazione termici.
La termografia non può vedere attraverso pareti solide
La termografia viene spesso fraintesa come una forma di imaging capace di vedere attraverso gli oggetti.
Non lo è.
Un dispositivo termico convenzionale riceve normalmente radiazione infrarossa dalla superficie rivolta verso il rilevatore.
Una parete può talvolta mostrare un pattern termico causato da condizioni presenti dietro di essa, ad esempio riscaldamento, differenze di isolamento, umidità o un’altra fonte che modifica la temperatura superficiale della parete.
Ma questo è diverso dal vedere direttamente l’oggetto nascosto.
FLIR fa la stessa distinzione: le termocamere non vedono attraverso le pareti; possono talvolta rilevare pattern di temperatura superficiale influenzati da condizioni presenti dietro di esse.
Anche il vetro comune è una limitazione importante
Una fotocamera a luce visibile può normalmente vedere attraverso una finestra trasparente.
Un sistema termico a onde lunghe si comporta diversamente.
Il vetro comune non funziona come una finestra termica trasparente nello stesso modo in cui lo fa per la luce visibile.
Il dispositivo termico può invece mostrare principalmente:
- la superficie del vetro;
- energia infrarossa riflessa;
- riflessi termici vicini.
Per questo l’osservazione termica attraverso un finestrino chiuso di un veicolo o una finestra di un edificio può produrre un’immagine molto diversa dall’osservazione nel visibile.
FLIR dimostra questo effetto mostrando che il vetro comune può comportarsi quasi come una superficie riflettente per una termocamera.
Per questo nei sistemi termici vengono utilizzati materiali ottici progettati appositamente per l’infrarosso anziché il comune vetro da finestra.
La vegetazione fitta continua a bloccare informazioni
Rami e foglie radi possono talvolta lasciare aperture attraverso le quali una parte di un bersaglio termico resta visibile.
Questo non dovrebbe essere descritto come “vedere attraverso la vegetazione”.
Il rilevatore riceve informazioni infrarosse attraverso le aperture disponibili.
Man mano che la vegetazione diventa più fitta, una parte sempre maggiore del bersaglio viene fisicamente occultata.
Un tronco spesso, fogliame fitto, terreno, roccia o un’altra barriera solida possono nascondere completamente la firma termica diretta situata dietro.
La formulazione tecnicamente corretta è:
il contrasto termico può talvolta rimanere visibile attraverso le aperture di una copertura rada.
Non:
la termografia vede attraverso cespugli o alberi.
Nebbia, pioggia e umidità possono ridurre ciò che il rilevatore riceve
Anche l’atmosfera fa parte del percorso di imaging.
Umidità, nebbia, pioggia e distanza possono attenuare il segnale infrarosso che viaggia dal bersaglio al rilevatore.
La termografia può superare l’imaging visibile in alcune condizioni di nebbia leggera o scarsa visibilità, ma ciò non elimina l’attenuazione atmosferica.
FLIR osserva che nebbia e pioggia possono ridurre la portata della termografia perché le goccioline d’acqua diffondono e assorbono parte del segnale infrarosso, con perdite maggiori in condizioni più dense.
Per la spiegazione completa degli effetti ambientali, consulta come il meteo influisce sulla termografia.
La luce diurna non impedisce la termografia
La termografia non richiede il buio.
Lo stesso rilevatore può continuare a ricevere radiazione infrarossa durante il giorno.
La luce solare, però, modifica la scena termica.
Terreno, vegetazione, edifici, rocce e altri materiali si riscaldano a velocità diverse, modificando il contrasto termico tra bersaglio e sfondo nel corso della giornata.
Pertanto:
la termografia può funzionare alla luce del giorno,
ma:
il contrasto termico non rimane necessariamente identico dal giorno alla notte.
Per una spiegazione dettagliata, consulta come funziona la termografia alla luce del giorno.
Il NETD influisce sul contrasto termico debole
Quando bersaglio e sfondo presentano una forte differenza termica, separarli è relativamente facile.
Quando i loro segnali termici diventano più simili, il rumore del sistema assume maggiore importanza.
Il NETD descrive la sensibilità termica rispetto a tale rumore in condizioni di prova specificate.
Un NETD più basso può aiutare a preservare differenze termiche più piccole quando le condizioni sono comparabili.
Il NETD, però, non crea dettaglio spaziale e non rende trasparenti le barriere fisiche.
Per la spiegazione completa, consulta NETD nella termografia.
La risoluzione del rilevatore determina quanta informazione spaziale è disponibile
Sensibilità termica e risoluzione spaziale sono caratteristiche differenti.
La risoluzione del rilevatore indica quanti campioni termici nativi del rilevatore sono disponibili nella scena.
Un numero maggiore di campioni nativi del rilevatore può fornire più informazione spaziale in condizioni ottiche comparabili.
Ma pixel aggiuntivi non risolvono automaticamente:
- contrasto termico debole;
- messa a fuoco insufficiente;
- attenuazione atmosferica;
- ostruzione fisica;
- campo visivo non adatto.
Un sistema termico non dovrebbe quindi mai essere valutato in base alla sola risoluzione.
Obiettivo e campo visivo cambiano ciò che il rilevatore campiona
L’obiettivo termico determina come la scena viene proiettata sul rilevatore.
Un campo visivo più ampio copre una porzione maggiore dell’ambiente circostante.
Un campo visivo più stretto distribuisce una quota maggiore del campionamento disponibile del rilevatore su una scena angolare più ridotta.
Questo modifica la quantità di informazione spaziale che può essere disponibile su un bersaglio distante.
Il confronto significativo quindi non è:
solo risoluzione del rilevatore
ma:
rilevatore + pixel pitch + obiettivo + campo visivo + messa a fuoco + sensibilità + elaborazione.
Lo zoom digitale non rivela nuovi dettagli nativi
Lo zoom digitale ingrandisce dati che il rilevatore ha già acquisito.
Non crea campioni fisici aggiuntivi del rilevatore.
Se un bersaglio lontano occupa solo un piccolo numero di pixel nativi, ingrandirli può rendere l’immagine più facile da esaminare, ma non recupera informazioni che il rilevatore non ha mai registrato.
Le tecniche di elaborazione possono migliorare la presentazione.
Devono comunque essere distinte dalla risoluzione nativa del rilevatore.
Ciò che la termografia rivela dipende dall’intera scena
La quantità di informazioni utili disponibili in un’immagine termica dipende da diversi fattori che lavorano insieme:
| Fattore | Che cosa influenza |
|---|---|
| Contrasto tra bersaglio e sfondo | Quanto nettamente il bersaglio si separa termicamente |
| Risoluzione del rilevatore | Campioni spaziali nativi disponibili |
| NETD | Sensibilità alle piccole differenze termiche |
| Obiettivo / campo visivo | Campionamento angolare e copertura della scena |
| Messa a fuoco | Dettaglio spaziale che raggiunge il rilevatore |
| Distanza | Dimensione del bersaglio nell’immagine del rilevatore |
| Atmosfera | Trasmissione infrarossa |
| Emissività superficiale | Come le superfici emettono e riflettono energia infrarossa |
| Elaborazione | Come vengono presentati i dati del rilevatore |
Per questo la domanda:
“Che cosa può vedere la termografia?”
non ha una distanza universale né un livello universale di dettaglio.
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Che cosa la termografia può — e non può — rivelare
Un riepilogo utile è:
La termografia può:
- rivelare contrasti infrarossi invisibili all’occhio umano;
- funzionare senza illuminazione visibile;
- rendere più facili da distinguere, rispetto ad alcuni sfondi, oggetti termicamente differenti;
- rivelare pattern di temperatura superficiale che l’imaging visibile non mostra;
- supportare il rilevamento e, quando sono disponibili informazioni sufficienti, il riconoscimento o l’identificazione.
La termografia non può:
- vedere attraverso pareti solide;
- vedere direttamente attraverso il vetro comune come una fotocamera visibile;
- rendere trasparente una copertura fisica fitta;
- garantire l’identità del bersaglio da una debole firma termica;
- creare dettaglio spaziale nativo tramite zoom digitale;
- eliminare l’attenuazione atmosferica;
- garantire la stessa qualità d’immagine in ogni condizione ambientale.
Comprendere entrambi i lati di questa distinzione è più utile che considerare la termografia una “visione sovrumana”.
FAQ
La termografia può funzionare nel buio totale?
Sì. La termografia non richiede illuminazione visibile. Forma un’immagine dalle differenze infrarosse che raggiungono il rilevatore.
La termografia può vedere attraverso i muri?
No. Un dispositivo termico rileva normalmente la superficie rivolta verso di esso. Può rivelare un pattern di temperatura superficiale influenzato da qualcosa dietro la parete, ma non visualizza direttamente l’oggetto nascosto attraverso la parete.
Un cannocchiale termico può vedere attraverso il vetro?
Il vetro comune in genere non è trasparente all’energia infrarossa a onde lunghe utilizzata dai comuni sistemi termici. L’immagine può invece mostrare la superficie del vetro e i riflessi termici.
La termografia può vedere attraverso la vegetazione?
Non letteralmente. Un bersaglio termico può rimanere parzialmente visibile attraverso aperture nella vegetazione rada, ma foglie fitte, rami, tronchi e altre coperture solide possono bloccare il segnale termico diretto.
Una firma termica luminosa significa che l’oggetto è sicuramente più caldo?
Non necessariamente. L’aspetto termico dipende anche da emissività, riflessione, impostazioni della tavolozza, guadagno e altri fattori. Le superfici riflettenti possono mostrare energia infrarossa proveniente dall’ambiente circostante.
La termografia funziona sempre meglio di notte?
No. La termografia può funzionare sia di giorno sia di notte. La qualità pratica dell’immagine dipende dal contrasto termico tra bersaglio e sfondo, dall’atmosfera, dalla sensibilità del rilevatore, dall’ottica e da altre condizioni.
