I ricercatori dell’Istituto Fraunhofer IOF di Jena, in Germania, hanno sviluppato un sistema per il rilevamento tridimensionale di oggetti utilizzando due telecamere monocromatiche ad alta velocità e risoluzione e un proiettore GOBO.
Le variazioni di temperatura svolgono un ruolo importante nelle tipiche applicazioni dinamiche, come i crash test o l’attivazione dell’airbag, in aggiunta ai processi spaziali veloci.
Il team di ricerca di Jena ha ora aggiornato il sistema con una termocamera raffreddata di Teledyne FLIR ad alte prestazioni, parte di un progetto di misurazione congiunto che ha l’obiettivo di creare un sistema di imaging termico 3D con la capacità di registrare fino a una velocità di 1.000 fotogrammi/s.
In particolare, il team utilizza il modello FLIR X6901sc SLS LWIR che opera fino a una velocità di 1.000 Hz, con una risoluzione di 640 x 512 pixel, una termocamera a infrarossi eccezionalmente veloce e altamente sensibile, progettata per scienziati, ricercatori e ingegneri.
Come detto, il sistema è basato su due telecamere monocromatiche sensibili nello spettro del visibile (VIS), che operano a frame rate superiori a 12.000 Hz e a una risoluzione di un megapixel. Tuttavia, le due fotocamere non sono ancora in grado di produrre dati 3D significativi nella qualità desiderata.
Inoltre, è richiesto un sofisticato sistema di illuminazione che proietti una sequenza ultraveloce di motivi a strisce. Questi modelli sono simili alle convenzionali strisce sinusoidali, ma le larghezze di tali strisce variano in modo aperiodico.
Per ottenere l’effetto desiderato, una lastra di vetro è stata verniciata a vapore con strisce metalliche di cromo: la lastra ruota in un proiettore posto di fronte all’unità ottica, fornendo il motivo a strisce necessario per l’assegnazione specifica dei pixel di entrambe le fotocamere. Tale principio è chiamato GOBO (GOes Before Optics).
Il sistema di termocamere FLIR X6901sc SLS LWIR del Fraunhofer IOF produce immagini termiche a 1.000 Hz. I dati termici vengono combinati con i dati 3D di due telecamere in bianco e nero ad alta velocità. I ricercatori utilizzano il sistema proprietario GOBO per la proiezione necessaria di modelli a strisce aperiodiche.
Le informazioni 3D vengono registrate dalle telecamere monocromatiche utilizzando le proiezioni a strisce del proiettore GOBO. I dati a infrarossi 2D della termocamera LWIR possono quindi essere uniti ai dati 3D per formare un’immagine termica 3D in un successivo passaggio, grazie alla calibrazione di tutte e tre le telecamere.
La combinazione dei dati 3D ricostruiti con i dati 2D della termocamera FLIR X6901sc SLS ad alta velocità produce, in breve, immagini termiche tridimensionali ad alta velocità. FLIR X6901sc SLS opera nella gamma dell’infrarosso a onda lunga, quindi non è sensibile alla gamma di lunghezze d’onda del visibile e del vicino infrarosso, in cui la lampada del proiettore GOBO emette radiazioni.
Poiché anche il riscaldamento dell’oggetto da parte dei modelli sinusoidali aperiodici proiettati è insignificante, il proiettore GOBO non ha alcuna influenza sull’immagine termica.
Tutte e tre le telecamere registrano i dati dell’immagine contemporaneamente durante la misurazione. I dati delle telecamere in bianco e nero, combinati con la proiezione a strisce aperiodiche del proiettore GOBO, producono l’immagine 3D vera e propria, per la quale vengono normalmente calcolate sequenze di 10 coppie di immagini per formare un’immagine 3D.
Questa “ricostruzione 3D” si traduce in una forma spaziale, sulla quale vengono sovrapposti i dati dell’immagine termica della termocamera FLIR LWIR per assegnare i valori di temperatura alle coordinate spaziali in un processo di mappatura.
“È possibile ottenere informazioni vantaggiose, ad esempio, osservando i crash test, studiando i processi di deformazione e attrito, o eventi estremamente rapidi e termicamente rilevanti come le esplosioni quando viene attivato un airbag o in un quadro elettrico” spiega Martin Landmann, del team di ricerca IOF, sottolineando come le possibili applicazioni per una combinazione di dati 3D ad alta risoluzione e immagini termografiche veloci siano numerose.
