Quale sorveglianza per ampi raggi e contesti bui?

La termografia risolve alcuni limiti delle tradizionali telecamere (persino day&night), tra cui la scarsa portata ottica e l’incapacità di rilevare intrusioni e sabotaggi in totale assenza di luce.

 

 

Anche se le telecamere day&night e le termocamere sfruttano lo stesso tipo di emissione elettromagnetica, il loro principio di funzionamento è differente, così come lo sono gli elementi impiegati e le prestazioni ottenute.

I sensori CCD o CMOS delle telecamere sono quasi sempre sensibili agli infrarossi, emessi da lampade o led IR (che rappresentano il cosiddetto “illuminatore”) e riflessi dagli oggetti inquadrati.

In questo modo, possono garantire immagini brillanti e ricche di dettagli anche quando cala la luce ambientale e durante le ore notturne, con un’efficacia proporzionale alla sensibilità del sensore nei confronti degli infrarossi e alla quantità di luce emessa dall’illuminatore e da altre sorgenti (ad esempio, lampioni stradali).

Le termocamere rilevano, invece, l’emissione IR generata direttamente da oggetti e soggetti utilizzando ottiche e sensori particolarmente sofisticati, molto più sensibili rispetto ai tradizionali CMOS/CCD ma anche meno “risoluti”, cioè con una minore definizione.

Con questa premessa, è facile comprendere come le tradizionali telecamere IR possano garantire la necessaria sicurezza solo quando le condizioni di portata e di illuminazione sono in grado di distinguere la presenza di intrusi e di movimenti nell’area inquadrata.

Se le condizioni si fanno più critiche - oppure esistono sorgenti di disturbo che vanificano, ad esempio, il “motion detection” per la prevenzione delle intrusioni - le termocamere rappresentano la soluzione ideale.

 

Per grandi aree

La termografia è una tecnica relativamente recente nell’ambito della videosorveglianza e, grazie alla riduzione dei costi e all’evoluzione tecnologica dei sensori e delle ottiche, deve essere tenuta in considerazione al pari degli altri sistemi.

Nonostante il suo costo sia superiore a quello di una telecamera tradizionale - anche di ultima generazione con sistemi multi-obiettivo e sensori ad altissima definizione (Full HD, Ultra HD) - una termocamera può comportare un risparmio finale di tempi e costi per via delle minori opere necessarie all’installazione, per la manutenzione meno frequente e l’assenza di tecnologie complementari come gli illuminatori.

Se abbinate, poi, a sensori CMOS/CCD a colori per le riprese diurne, possono ottimizzare le proprie prestazioni nell’arco delle ventiquattrore, riducendo il rischio di falsi allarmi.

Non a caso, molti siti ad alto rischio - come, ad esempio, i complessi industriali petrolchimici, gli aeroporti e i parchi fotovoltaici - stanno progressivamente convertendo il proprio sistema di videosorveglianza tradizionale con quello basato sulla termografia, ottimizzato per la protezione delle recinzioni perimetrali (spesso lunghe diversi chilometri) e per il monitoraggio delle aree a rischio terrorismo come le vie di rullaggio e le piste di un aeroporto.

 

 

 

Anche per siti piccoli

Anche nei sistemi di videosorveglianza residenziale, commerciale e industriale di piccole dimensioni, la termografia può comportare una riduzione dei costi di installazione e manutenzione, offrendo in cambio una maggiore efficacia e affidabilità nel rilevare le intrusioni ed evitare i falsi allarmi.

Questo perché l’energia termica passa attraverso mezzi oscuranti come fumo, polveri, fogliame, umidità e nebbia leggera che, nei sistemi tradizionali, riflettono gli IR compromettendo la visione.

Inoltre, nella maggior parte dei casi, l’energia termica viaggia attraverso l'atmosfera in modo più efficiente di quanto non faccia la luce visibile, così da permettere alle termocamere di sorveglianza di ampliare il proprio raggio di azione.

 

Portata fino a diversi chilometri

Le prestazioni - in termini di portata - di una termocamera sono una combinazione di molti fattori, tra cui la dimensione del soggetto, la lunghezza focale dell’obiettivo e le condizioni atmosferiche.

I principali produttori di termocamere permettono di abbinare ai singoli modelli l’obiettivo più adatto per le singole esigenze, indicativamente con lunghezza focale da 7,5 a 100 mm circa, corrispondenti a un campo di visivo compreso tra 90° x 70° e 6° x 5°.

I singoli abbinamenti consentono di monitorare spazi ristretti oppure recinti molto lunghi, anche fino a chilometri di distanza in condizioni ottimali.

 

Che cos’è il “microbolometro”?

La prima termocamera fu sviluppata per uso militare in Svezia, nel 1958, da un’azienda di nome AGA (oggi conosciuta come FLIR Systems), mentre per le prime applicazioni commerciali si dovette attendere i primi anni ’70, quando comparve la prima telecamera a infrarossi portatile a batteria.

Nonostante fosse definita “portatile”, era ancora molto ingombrante, perché il sensore IR doveva essere raffreddato con azoto liquido, successivamente sostituito da un crio-refrigeratore.

Solo 25 anni più tardi arrivò il primo rilevatore non raffreddato, chiamato “microbolometro”, utilizzato ancora oggi nelle termocamere di ultima generazione.

Il microbolometro è composto da una griglia di pixel, ciascuno composto da diversi layer e con materiali assorbenti differenti come il silicio amorfo e l’ossido di vanadio.

Un riflettore posizionato sotto il materiale assorbente e a contatto con il substrato in silicio (redout circuit) reindirizza la luce spuria passante per ottimizzare il segnale.

Il materiale assorbente risulta “sospeso” dal substrato in silicone (circa 2 µm) per consentire l’isolamento termico e, una volta completata la griglia dei pixel, il microbolometro viene incapsulato sottovuoto per migliorarne la durata e l’affidabilità. Secondo gli esperti, l’ossido di vanadio (VOx) utilizzato per produrre la maggior parte dei microbolometri in circolazione offre una qualità di immagine superiore in ogni condizione grazie al migliore contrasto termico.

 

Sensori con risoluzione sempre più elevata

Anche la risoluzione di microbolometri è direttamente proporzionale al numero di pixel impiegati, meno numerosi rispetto a quelli di un sensore CCD/CMOS tradizionale perché differente è il lavoro da compiere.

Fino a poco tempo fa, i microbolometri avevano una risoluzione massima di 160x120 pixel o 320x240 pixel, mentre ora sono disponibili sensori da 640x480 o 1024x768 pixel.

Anche la dimensione dei pixel si è ridotta, passando dai 45 µm di qualche anno fa ai 17 µm attuali, necessaria per lo sviluppo di elementi ad alta definizione, mantenendo inalterati gli ingombri del sensore.

Come per le riprese a luce visibile, anche quelle IR possono trarre vantaggio dalla maggiore risoluzione per migliorare i dettagli di oggetti e soggetti anche distanti.

Tuttavia, è bene valutare, a seconda delle applicazioni, se è meglio rinunciare a qualche migliaio di pixel e ottenere immagini meno rumorose oppure puntare sull’alta definizione per un campo visivo più ampio, supportando però un rumore più evidente (i pixel più piccoli sono meno sensibili e generano più rumore).

 

Algoritmi proprietari di elaborazione dell’immagine

Anche il microbolometro più sofisticato ed efficiente può - in determinate condizioni operative - evidenziare delle criticità che ne compromettono le prestazioni.

Per questo motivo, le aziende produttrici di termocamere (non solo di sorveglianza) hanno sviluppato algoritmi proprietari di elaborazione dell’immagine che ottimizzano il contrasto e incrementano la gamma dinamica anche durante le inquadrature “fredde” e a basso contrasto termico.

Questa elaborazione si rende necessaria soprattutto per le analisi video che necessitano di immagini correttamente contrastate, allo scopo di ridurre i falsi allarmi e migliorare le indagini forensi.

 

Fisse, Pan&Tilt e multi-sensore

Le termocamere di sorveglianza sono disponibili in diversi modelli, che si differenziano per la qualità del sensore e dell’ottica, la connettività e le funzionalità.

Ai modelli entry-level per montaggio fisso si affiancano quelle integrate su meccanismi Pan&Tilt per riprese a 360°. Ci sono poi i sistemi multi-sensore che abbinano una termocamera e una telecamera a luce diurna/bassa luminosità per le riprese diurne a colori ed elevato dettaglio.

Così come per quelle tradizionali, anche le termocamere di sorveglianza possono essere installate in reti analogiche o TCP/IP.

 

Giacomo Bozzoni

 

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