¿Qué es infrarrojo?

La radiación infrarroja o radiación térmica es un tipo de radiación electromagnética de mayor longitud de onda y menor frecuencia que la luz visible, pero menor longitud de onda y mayor frecuencia que la de las microondas.

Un poco de Historia

El descubridor de los rayos infrarrojos fue el físico alemán Frederick William Herschel (descubridor del planeta Urano en 1781).

En el año 1800, se interesó en verificar cuánto calor pasaba por filtros de distintos colores al ser observados al sol, dándose cuenta que esos filtros de diferentes colores dejaban pasar diferentes niveles de calor. Utilizando un prisma de vidrio –formando un "espectro"- y controlando la temperatura de los distintos colores del mismo, verificó que más allá del rojo, y fuera de las radiaciones visibles, la temperatura era más elevada y que existía una forma de iluminación o radiación "invisible" para el ojo humano. De ahí la denominación infrarrojo.

A más de 200 años de este descubrimiento, la tecnología infrarroja se aplica en múltiples procesos y dispositivos.

¿Cómo se percibe la luz?

La luz es una forma de radiación de energía, que se esparce en ondas, dentro de un espectro. El ojo humano sólo puede percibir una porción de ese espectro (entre ~400 – 700 nanómetros) Debajo del azul y fuera del alcance de la vista, encontramos el ultravioleta; y sobre el rojo, el infrarrojo.

La energía/luz infrarroja es emitida por todos: personas, plantas animales, objetos. En condiciones de escasa o nula iluminación, el ojo humano no percibe colores ni matices: sólo negro y grises.

¿Cómo funciona el infrarrojo?

Mientras que el ojo humano sólo registra del espectro entre el azul y el rojo, un sensor IR de una cámara extiende la percepción. Este sensor puede "sentir" radiación infrarroja y, consecuentemente, "verla". No obstante, si se emplea este sensor a la luz del día, los colores se distorsionan. Es por esto que las cámaras color día/noche están equipadas con un filtro que impide que IR actúe en condiciones normales de iluminación. Este filtro es una pieza óptica que está colocada entre la lente y el sensor de imagen, que remueve la luz infrarroja y recompone los colores tal como los percibe el ojo humano.

A medida que la luz disminuye y la imagen se oscurece, este filtro se corre automáticamente para permitir que la cámara capte los rayos infrarrojos y pueda "ver" en la oscuridad.

La luz infrarroja es filtrada de manera tal que las personas perciban los colores en buenas condiciones de iluminación. Cuando éstas disminuyen, entra en funcionamiento el filtro IR. Cuando las condiciones son de máxima oscuridad, automáticamente la cámara emite imágenes en blanco y negro.

Funcionamiento Básico de una cámara infrarroja

Como muestra este diagrama, la energía infrarroja de los objetos (A) es derivada de la lente (B) al detector infrarrojo (C). Esta información es transmitida a un sensor electrónico (D) para que la imagen sea procesada. El procesador "traduce" la información que captó el detector infrarrojo en una imagen que se visualiza en un monitor (E).

Aplicaciones: Pueden ser Activas (incendios, rescate, búsqueda, seguimiento), de Observación (de vehículos, de patrullas) o de Prevención (medioambiente, parques nacionales).

Incendios: La tecnología infrarroja ofrece una nueva visión de la escena del fuego, permitiendo a los bomberos ver a través del humo para localizar el foco del fuego o los materiales peligrosos.

Búsqueda y Rescate: Se pueden rastrear grandes extensiones de tierra o agua, aún durante la noche y en las más adversas condiciones climáticas, y desde cualquier punto de observación (tierra, aire, etc.)

Medioambiente: Se pueden detectar y rastrear fuentes de contaminación; monitorear especies en parques, visualizar paisajes por contraste, detectar cazadores furtivos, etc.

Mantenimiento predictivo: De edificios, plantas industriales, equipamiento médico, etc.

Patrullaje: Es una herramienta probada para el seguimiento y la detección de personas y vehículos, ya que, aún cuando se hayan desplazado, dejan la marca térmica.

Monitoreo de procesos.

Control de calidad.

Monitoreo y vigilancia.

Diagnósticos médicos.

Cualquier objeto que tenga una temperatura por encima del cero absoluto (-273,15 grados centígrados ó 0 K) emite una radiación en la zona de infrarrojos.

CERO ABSOLUTO: Es la temperatura en la cual cesa todo movimiento molecular. Sirve de punto de partida para la escala de medición de temperatura Kelvin, en la cual, "0K" corresponde, aproximadamente, a la temperatura de -273,15°C / -459,7°F.

Tips para elegir la cámara adecuada

Para la elección del tipo de cámaras, se deben definir dos aspectos: aplicación y presupuesto y, a partir de entonces, analizar:

a) ¿Qué cámaras son las apropiadas: las de Onda Corta (SW) o las de Onda Larga (LW)? Las cámaras de Onda Corta detectan energía infrarroja en la banda de 3-5µ, son más sensibles permitiendo "ver" a través de vidrio, llamas o film plástico. Las de Onda Larga detectan energía infrarroja dentro de los 7.5-23µ; son menos susceptibles a los reflejos del sol y más económicas. Es importante contar con el asesoramiento técnico adecuado a fin de hacer la elección correcta.

b) Resolución: Es el rendimiento de la cámara infrarroja para ver objetos relativamente pequeños; esto depende del tamaño del detector. Este, en las cámaras actuales, contiene elementos cuyo conjunto es denominado FPA (Focal Plane Array – Arreglo de Plano Focal). Los tamaños son definidos por el número de elementos horizontales y verticales; por ejemplo: un detector 320x240 tiene cuatro veces más elementos que uno de 160x120, lo cual equivale a comparar una cámara digital de 4 Mp con una de 1 Mp.

c) Sensibilidad térmica: También llamada NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) y se manifiesta en imágenes claras a bajas temperaturas: cuanto más bajo es el NETD mejor se detectará la escena en temperatura baja.

d) Precisión: Es la medida de cuán ajustada está la temperatura detectada de un objeto con su verdadera temperatura. Es usualmente expresada así: +/-2°C ó +/- 2%. No debe confundirse con el NETD.

e) Campo de Visión: Es lo que se ve a través de la lente. Usualmente es expresada en téminos de un ángulo horizontal: 24°, 12°, etc. Esto significa que cuanto más lejos esté la cámara de la escena, mayor será el campo visual.

f) Resolución Espacial: Se lo denomina IFOV (Instantaneous Field of View – Campo de Visión Instantáneo); se expresa en miliradians y se trata del área cubierta por un sensor remoto en un determinado momento. Depende del tamaño del detector y de la lente.

g) Frecuencia de la imagen: Las imágenes en tiempo real tienen una tasa de actualización mayor a 25 Hz (25 cuadros por segundo).

h) Zoom electrónico: Es el aumento del pixelado y no redunda en la resolución de la imagen. No confundir con Zoom óptico.

i) Formato de la imagen: Es importante que las imágenes se puedan visualizar en formatos convencionales como JPEG.

Utilidad de los rayos infrarrojos

Los infrarrojos se utilizan en los equipos de visión nocturna cuando la cantidad de luz visible es insuficiente para ver los objetos. La radiación se recibe y después se refleja en una pantalla. Los objetos más calientes se convierten en los más luminosos. Un uso muy común es el que hacen los controles remotos (telecomandos) que generalmente utilizan los infrarrojos en vez de ondas de radio ya que no interfieren con otras señales electromagnéticas como las señales de TV. También se utilizan para comunicar las PCs con sus periféricos, la fibra óptica, etc. Los aparatos que utilizan este tipo de comunicación cumplen generalmente un estándar publicado por Infrared Data Association .