L’Istituto Fraunhofer per l’Ottica Applicata e l’Ingegneria di Precisione di Jena, in Germania, conduce ricerche orientate alle applicazioni nel campo della fotonica e sviluppa sistemi ottici innovativi per il controllo della luce, dalla generazione e manipolazione, alle applicazioni. La gamma di servizi dell’istituto copre l’intera catena del processo fotonico, dalla progettazione di sistemi opto-meccanici e opto-elettronici alla produzione di soluzioni e prototipi specifici per il cliente. Dal 2019 il programma include anche un sistema di termografia 3D ad alta velocità con una termocamera scientifica di Teledyne FLIR: il modello FLIR X6901sc SLS LWIR che opera fino ad una velocità di 1000 Hz, con una risoluzione di 640 × 512 pixel. L’obiettivo del sistema è combinare dati spaziali 3D altamente dinamici e dati termici in processi estremamente veloci: un atleta in movimento, un crash test o l’attivazione di un airbag. Martin Landmann del team di ricerca IOF è sicuro: le possibili applicazioni per una combinazione di dati 3D ad alta risoluzione e immagini termografiche veloci sono numerose. “È possibile ottenere informazioni vantaggiose, ad esempio, osservando i crash test, studiando i processi di deformazione e di attrito, o eventi estremamente rapidi e termicamente rilevanti, come le esplosioni quando viene attivato un airbag oppure in un quadro elettrico” spiega.
Come funziona il sistema
Il sistema si basa su due telecamere monocromatiche sensibili nello spettro del visibile (VIS). Operano a frame rate superiori a 12.000 Hz e a una risoluzione di un megapixel – sebbene sia possibile avere frame rate più elevati a una risoluzione inferiore. 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. Questa lastra ruota quindi 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 viene chiamato proiezione GOBO (GOes Before Optics). 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 3 le telecamere.
I campi di applicazione
Il sistema è stato testato in vari scenari: un giocatore di basket che dribblava una palla (che non solo deforma la palla, ma provoca anche un riscaldamento termico). Un’altra possibile applicazione è la misurazione dell’andamento della temperatura e la rappresentazione spaziale in caso di attivazione di un airbag: il sistema ha registrato il processo ad alta velocità da una distanza di 3 m per mezzo secondo. Combinando i dati tridimensionali con le informazioni delle immagini termiche è risultato chiaro non solo quanto l’airbag fosse diventato caldo a seguito dell’apertura, ma anche in quale momento e con quali coordinate spaziali esatte. Tali informazioni possono aiutare a ridurre e prevenire il rischio di lesioni ai conducenti legate all’attivazione dell’airbag.
