Física y procesado en una cámara termográfica LWIR
Entender el funcionamiento interno desmitifica la tecnología y ayuda a interpretar mejor las imágenes.
1. Física base: Radiación infrarroja y temperatura
Todo objeto > 0 Kelvin (-273.15°C) emite radiación electromagnética por radiación de cuerpo negro (Ley de Planck).
• Ley de Stefan-Boltzmann: Potencia total emitida ∝ T⁴ (temp. absoluta).
• Ley de Wien: Longitud de onda pico λ_max = 2898 / T(µm·K). A 300K (27°C) → 9.66 µm (LWIR).
• Emisividad (ε): 0-1. Cuerpo negro ideal ε=1. Reales: piel 0.98, pintura mate 0.95, metal pulido 0.05-0.2. La cámara asume ε (default 0.95); si ε real es baja, lee temp. aparente BAJA.
2. Ventana atmosférica y bandas IR
Atmósfera absorbe IR (H₂O, CO₂). Ventanas de transmisión:
• NIR (Near IR): 0.7-1.3 µm - Cercano a visible. Usado: telecom, remote controls, night vision (iluminador IR), cámaras NIR modificadas.
• SWIR (Short-wave IR): 1.3-3 µm - Penetra humo/niebla mejor. Usado: inspección silicio, farmacéutica, visión nocturna avanzada.
• MWIR (Mid-wave IR): 3-5 µm - Alta sensibilidad temp. alta (motores, escape, misiles). Requiere criogenia (Stirling) o TEC agresivo. Militar/Industrial alto nivel.
• LWIR (Long-wave IR): 8-14 µm - **Donde operan casi todas las cámaras térmicas de mano/industriales.** Pico emisión a temp. ambiente. Microbolómetros no requieren criogenia (TEC o pasivo).
3. Cadena de procesado en cámara LWIR (Microbolómetro)
- Óptica: Lente de Germanio (Ge), Silicio (Si), Calcogenuros (ZnSe, ZnS, AMTIR). Transparente a 8-14µm. Enfoca radiación en array detector.
- Detector (FPA - Focal Plane Array): Array microbolómetros (VOx - Vanadium Oxide, o a-Si - Amorphous Silicon). Cada píxel: membrana absorbente + termistor. Radiación incidente → calienta membrana → cambia resistencia → voltaje. Tamaños típicos: 80x60, 160x120, 320x240, 640x480, 1024x768. Pitch: 12µm, 17µm, 25µm.
- ROIC (Read-Out Integrated Circuit): Lee cada píxel (rolling shutter o global shutter), amplifica, multiplexa. Incluye compensación deriva temp. sustrato.
- NUC / FFC (Non-Uniformity Correction / Flat Field Correction): **Crítico.** Cada píxel tiene offset/ganancia distintos. Cámaras hacen calibración interna periódica (obturador interno "flag" cierra) → mide offset uniforme → resta a imagen real. Sin NUC → imagen fija patrón ruido (fixed pattern noise) inutilizable.
- Procesado de imagen (DSP / FPGA / SoC):
- Bad pixel replacement (interpola píxeles muertos).
- Filtro temporal (media frames → reduce ruido NETD).
- Filtro espacial (suavizado, realce bordes).
- Mapeo temperatura → valor digital (calibración radiométrica).
- Pseudocolor (LUT: Ironbow, Rainbow, White-hot, Medical, Arctic, etc.).
- Superposición: menús, retícula, medidores (Spot, Box, Isotherm), GPS, brújula.
- Salida: Pantalla interna (LCD/OLED), HDMI/SDI/USB-C (vídeo), Radiométrico (CSV, TIFF, JPEG+temps), Stream (RTSP, ONVIF, SDK).
Tiempo total: ~33 ms (30 Hz) típico. Cámaras rápidas: 60-120 Hz.
Entender esto explica: por qué calibra (NUC), por qué metales brillantes engañan (ε baja), por qué resolución es baja (difracción λ=10µm + pitch píxel), por qué lente de Ge es cara, y por qué la imagen es "pseudocolor", no foto real.
