Descripción del tamaño del píxel del detector OGI

Por qué los píxeles más grandes pueden ser mejores

Aunque hasta ahora la resolución ha sido un requisito clave a la hora de elegir cámaras infrarrojas, no existe una opción clara cuando se trata de obtener algunas imágenes de petróleo y gas.

Por Craig O'Neill, FLIR Systems, Inc.

En casi todos los tipos de imágenes, una de las principales especificaciones es la resolución. Sin embargo, en algunas aplicaciones de proyección óptica de imágenes de gas (OGI), es mejor optar por una cámara de menor resolución con el fin de lograr un rendimiento óptimo.

En este artículo, analizaremos los motivos por los cuales la alta resolución no siempre es la mejor opción para las cámaras OGI, señalaremos los escenarios donde es preferible una resolución más alta y hablaremos de las soluciones OGI de FLIR para solucionar cualquier duda respecto a la resolución que puedas tener para tus operaciones.

Las especificaciones no lo dicen todo

Gran parte del equipo utilizado por los operarios de petróleo y gas se compra fijándose únicamente en las especificaciones, y la resolución se considera una de las especificaciones más importantes, si no la que más. Aunque este método de compra es eficaz y rentable, también es peligroso, ya que los usuarios de cámaras OGI pueden —de forma deliberada o inadvertida— centrarse en aquellas especificaciones que pueden no ser clave para el rendimiento de los equipos específicos que necesitan.

Unas especificaciones estupendas son sólo eso: especificaciones que parecen atractivas en teoría. La funcionalidad puede ser algo completamente diferente. Depende del contexto, del área de aplicación y del presupuesto.

La resolución es el núcleo de la discusión. Un proveedor puede afirmar: “Nuestra cámara tiene una resolución X mientras que la cámara de nuestros competidores tiene una resolución menor. Una mayor resolución es mejor, por lo que nuestra oferta es más atractiva”. El argumento tiene sentido, pues es fácil de comprender y aceptado de forma casi universal. Además, al elegir una cámara infrarroja (IR, no OGI), la resolución ha sido generalmente una especificación clave a considerar. Sin embargo, una mayor resolución no siempre es la opción correcta.

Has dicho que quiere más resolución, ¿verdad? Ya sabes que…

Las cámaras OGI funcionan en la longitud de onda IR. Por lo tanto, es fácil ver dónde puede surgir la simplificación excesiva. En la mayoría de las aplicaciones IR, añadir píxeles a una cámara hará que esta “mejore” ya que dispones de relaciones de tamaño de punto más pequeñas (áreas medibles) para mediciones más precisas, así como una mejor calidad de imagen (a través de una mejor resolución).

Sin embargo, la eficacia de OGI depende tanto de la resolución infrarroja como de la sensibilidad al gas. La sensibilidad se mide a través de la longitud de concentración equivalente al ruido (NECL), que mide cuánto gas puede detectarse en una trayectoria de cierta longitud por encima del ruido intrínseco de la cámara.

Hay varios parámetros que son clave para comprender cómo interactúan estas dos características, así como para considerarlos importantes por derecho propio a la hora de adquirir una cámara:

1. Tamaño de píxel
2. Pixel Pitch
3. Sensibilidad térmica
4. Absorbancia de gases

1.) Tamaño de píxel—Para OGI, la resolución y NECL no son lineales. De hecho, se contradicen entre sí. Como ya se ha señalado antes, en las aplicaciones de cámaras IR, no OGI, cuanto mayor sea la resolución, mejor será la capacidad de las cámaras para diagnosticar un problema radiométrico (es decir, medir la temperatura de la superficie de los objetivos interpretando la intensidad de la señal IR que llega a la cámara). A medida que los píxeles se reducen y el objeto para medir permanece del mismo tamaño, se obtienen más píxeles en el objetivo y se mejora la precisión de la medición.

En este mismo sentido, hay que considerar la medición de la temperatura frente a la OGI: En la Fig. 1, aparece más “blanco” en un solo píxel cuando la resolución es mayor/el píxel es menor. Si se determina el promedio de toda el área de ese píxel (es decir, el color), cuanto más blanco rellene el píxel, más precisa será la lectura de la temperatura (intensidad). Este es una situación donde la alta resolución es una ventaja.

Figura 1

Por general, una mayor resolución es conveniente para aquellas aplicaciones de OGI donde se busca una mayor definición de las fugas —lo que permite una identificación más detallada de estas— o cuando se intenta definir fugas más pequeñas (Fig. 2).

Figura 2

2.) Pixel Pitch—Por el contrario, en la detección de gas, los usuarios generalmente no se preocupan por el “tamaño” del píxel en comparación con el objeto a la vista. La mayor preocupación en la detección de gases es la cantidad de energía que llega a un píxel; necesitas tanta energía para golpear ese píxel como sea posible.

A medida que se aumenta la resolución (más píxeles) en una matriz de planos focales (FPA), el tamaño de cada píxel (medido en micrómetros y denominado “pixel pitch”, o el espacio de un centro de píxel al siguiente) se reduce generalmente en un esfuerzo por mantener el tamaño total del detector más pequeño. Esto reduce la cantidad de “energía” que recoge cada píxel y hace que el dispositivo sea menos sensible. Por lo general, estas dos cosas se contradicen entre sí (la resolución sube, la sensibilidad baja). Por lo tanto, es preferible un mayor pixel pitch para una cámara OGI, ya que captura más energía.

Por ejemplo, entre las cámaras OGI refrigeradas de FLIR, la cámara Gx320 tiene un pixel pitch de 30 µm mientras que la cámara G620 cuenta con un pitch de 15 µm, lo que hace que la Gx320 sea un poco más sensible que la G620 (15 mK vs. 20 mK). En términos de NECL, la G620 NECL para metano es aproximadamente el doble de la Gx320. Si bien la G620 sigue siendo lo suficientemente sensible como para cumplir los requisitos más rigurosos en cuanto a niveles de sensibilidad, como EPA NSPS 40 CFR Part 60, Subpart OOOOa, este puede no ser el caso para todas las cámaras OGI de alta resolución.

En términos de “fugas pequeñas”, la mayor resolución de la G620 (640 × 480 frente a 320 × 240; ver Fig. 2) puede ofrecer algunas ventajas. En primer lugar, se puede ver con mayor claridad la definición de las fugas y, posiblemente, obtener más detalles sobre estas. Se puede combinar este factor de mayor resolución con las capacidades de zoom digital del generador de imágenes con el fin de ver una imagen mucho más clara y, a su vez, visualizar fugas más pequeñas.

3.) La sensibilidad térmica, o diferencia de temperatura equivalente de ruido (NETD), describe la diferencia de temperatura mínima que se puede ver con una cámara. Cuanto menor sea el número, mejor será la sensibilidad térmica del sistema de infrarrojos. Por lo general, esta medición se toma a una temperatura estándar para el sector de 30°C.

Si los objetivos que vas a medir suelen mostrar grandes diferencias de temperatura, probablemente sea necesaria una cámara con una NETD alta. Sin embargo, para aplicaciones más sutiles, como detectar problemas de humedad, es aconsejable una mayor sensibilidad. En muchos casos, la OGI se centra simplemente en “si hay o no gas presente o un escape de gas”. Esto provoca que la NETD sea un factor menos significativo que, por ejemplo, el pixel pitch.

4.) Absorbancia de gas—Sin una absorción de gas en el rango espectral de la cámara IR (filtrada o no), el generador de imágenes no podrá ver el gas. Dicho de otra manera, la resolución de las cámaras IR no afectará a la capacidad de las cámaras de ver el gas, si el gas captado no absorbe energía en el rango espectral de las cámaras.

Figura 3

Además, el modo de alta sensibilidad (High Sensitivity Mode, HSM) patentado por FLIR se ha reforzado con más píxeles, lo que podría ayudar a detectar fugas más pequeñas. Este atributo fundamental de OGI varía según el gas. La absorbancia se puede describir en términos de un factor de respuesta de gas (RF): cuanto mayor sea el valor, mejor será la imagen del gas. Por ejemplo, el propano tiene un valor de RF más alto que el metano para las cámaras refrigeradas (aproximadamente tres veces más) ya que absorbe más energía en la región espectral IR filtrada en las cámaras OGI de FLIR, utilizadas para visualizar fugas de hidrocarburos y COV. (Fig. 3).

Conclusiones

Aunque la obtención de imágenes de alta resolución puede no ser el factor más importante en todas las aplicaciones de OGI, podría resultar muy beneficiosa en otras.

Los usuarios cuyas tareas incluyen la detección y reparación de fugas (LDAR) o el servicio como ejecutivo de salud y seguridad (HSE) a menudo necesitan utilizar cámaras OGI para encontrar fugas de gas que necesitan ser reparadas por motivos de mantenimiento o cumplimiento normativo. Las cámaras FLIR permiten a estos trabajadores localizar las fugas más pequeñas, caracterizar las que se han descubierto, así como mantener la seguridad del personal durante todo el proceso.

Sean cuales sean tus necesidades de resolución y NECL, elige entre la amplia gama de cámaras OGI de FLIR, que incluye modelos como la G-Series, de forma específica para la detección de hidrocarburos y compuestos orgánicos volátiles (COV).

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