Introducción a la tecnología de los visores térmicos

Los visores térmicos se basan en la capacidad de sus elementos ópticos y electrónicos para crear una imagen a partir de las diferencias de temperatura de los objetos respecto a su entorno y de los propios objetos. Cada vez más naturalistas optan por este tipo de aparatos, ya que revelan la presencia de animales y otros elementos naturales de forma significativamente diferente respecto a los instrumentos ópticos tradicionales.

 

La tecnología de los visores térmicos se basa en la capacidad de captar la irradiación infrarroja de media y larga onda (MWIR de 3 a 5 µm y LWIR de 8 a 14 µm) que los objetos emiten en relación con el fondo o entorno en el que se encuentran. Esta radiación es captada por una lente frontal que en vez de ser de cristal es de Germani, un material que permite el paso de esta radiación, y la proyecta sobre un sensor llamado microbolómetro. Este sensor genera una imagen mediante un conjunto de píxeles dispuestos de forma similar a un sensor fotográfico. Por último, este sensor muestra la imagen en una pantalla que se puede observar directamente o a través del ocular del visor térmico.

 

El primer elemento, la lente frontal u objetivo, puede tener distintos diámetros y distancias focales. Un mayor diámetro permite captar más radiación infrarroja, como ocurre con las lentes de los prismáticos y telescopios. Por otra parte, una distancia focal más larga aumentará su alcance, aunque reducirá el campo de visión. La calidad del material con el que se fabrica la lente y la perfección de su construcción influye notablemente en la calidad del visor, como en cualquier otro aparato óptico. Hay que tener en cuenta que, además del Germani, existen otros materiales más comunes y económicos que también transmiten radiación infrarroja y que también se pueden utilizar para fabricar las lentes.

 

El microbolómetro convierte la radiación infrarroja que recibe del objetivo en señales eléctricas mediante una membrana que se calienta al recibir la radiación térmica. Esto provoca un cambio medible en su resistencia eléctrica, que se transmite a los píxeles en el sensor. Por tanto, el número de píxeles y su tamaño son factores cruciales para la calidad de la imagen generada por el sensor. Un mayor número de píxeles permite obtener una imagen con mayor resolución, pero el tamaño y la distancia entre los píxeles también son importantes. Si estos valores son mayores, el tamaño del sensor aumenta y permite obtener una imagen de mayor calidad, aunque menos ampliada. Así pues, la combinación de la distancia focal del objetivo, el campo de visión, la cantidad de píxeles y el tamaño de los píxeles determina diferentes tipos y calidades de imágenes y, en consecuencia, distintas prestaciones del visor térmico que pueden ser más adecuadas por un tipo de uso o por otro.

 

La imagen generada por los píxeles del microbolómetro se procesa en la “Unidad de procesamiento electrónico”, donde se aplican distintos algoritmos para optimizarla en términos de resolución, brillo, contraste, ruido, nitidez de los contornos, etcétera. Por tanto, es evidente que, dependiendo del nivel de desarrollo tecnológico de cada fabricante, esta optimización también afectará a la calidad de imagen proporcionada por el visor térmico. Además, mediante el uso de software de procesamiento de imágenes, se pueden ofrecer diferentes "paletas de colores" en la imagen final, que normalmente pueden ser seleccionadas por los usuarios cuando utilizan los visores.

 

El último paso es la proyección de la imagen en una pantalla que puede ser de diferentes tecnologías (como los monitores de TV o de ordenador) como cristal líquido, OLED, AMOLED, etcétera, y de diferentes resoluciones, también medidas en píxeles. Mientras algunos visores térmicos muestran la imagen directamente a partir de esta pantalla, en la mayoría de los casos, especialmente en los diseñados para la observación de la fauna, la pantalla se visualiza a través de un ocular. Este ocular no sólo amplifica la imagen (lo que permite el uso de pantallas más pequeñas dentro del armazón), sino que también permite el enfoque según la vista (miopía o hipermetropía) de cada usuario.

 

Principales parámetros que caracterizan a un visor térmico

 

 

Luminosidad del objetivo

Este parámetro no siempre aparece en los datos técnicos de un visor térmico, pero el diámetro del objetivo suele ser directamente proporcional a su luminosidad, mientras que la focal es inversamente proporcional. Por tanto, si un visor ofrece muchos aumentos, lo que indica un objetivo con mayor focal, es importante que el objetivo sea de gran diámetro. En ocasiones se indica como valor “f” o de apertura, como el diafragma de un objetivo fotográfico. Cuanto menor sea ese valor, mayor es el diafragma teórico y por tanto la luminosidad.

 

Aumentos ópticos y digitales

El aumento óptico se determina a partir de la focal del objetivo que, en los visores térmicos suele ser fijo (aún no existen modelos con objetivo zoom). Este valor es el mínimo indicado en las especificaciones. La mayoría de los modelos incorporan un zoom digital que simplemente amplía la imagen resultante, pero su eficacia dependerá en gran medida de la resolución del sensor y de la pantalla digital. Si estos valores no son altos, de poco nos servirá que el zoom digital sea muy potente, ya que la pérdida de definición con los aumentos hará que la imagen sea poco útil.

 

Resolución del sensor

Se mide en píxeles de ancho por píxeles de alto y actualmente puede ir de 320x240 hasta 640x480 (proporciones 4:3). Como se ha mencionado anteriormente, el tamaño de los píxeles, generalmente de 12 µm o de 17 µm, también influye en la calidad. La resolución del sensor es el resultado de la cantidad y densidad de píxeles del sensor, así como de su tamaño; por tanto, un sensor con más píxeles y de mayor tamaño ofrece una mejor calidad.

 

Resolución y tamaño de la pantalla

La resolución se mide de nuevo en píxeles de ancho y de alto, llegando hasta Full HD (1024x768), y el tamaño se mide en pulgadas de la diagonal.

 

Velocidad de los fotogramas

Se suele medir en Hz e indica el número de fotogramas por segundo. Una mayor velocidad proporciona una mejor sensación de continuidad en la visión, especialmente cuando se está cambiando el encuadre. No confundir este parámetro con la frecuencia de las típicas interrupciones en la visión que los visores térmicos experimentan cada pocos segundos, durante las cuales la imagen se queda congelada durante una fracción de segundo. Esto se debe a la necesidad del sensor de calibrarse en función de las condiciones ambientales, como cuando cambiamos de una zona con vegetación a una más abierta. La falta de recalibración puede provocar una pérdida de calidad de la imagen.

 

Resolución térmica
NETD — Diferencia de temperatura equivalente al ruido

Se suele medir en Hz e indica el número de fotogramas por segundo. Una mayor velocidad proporciona una mejor sensación de continuidad en la visión, especialmente cuando se está cambiando el encuadre. No confundir este parámetro con la frecuencia de las típicas interrupciones en la visión que los visores térmicos experimentan cada pocos segundos, durante las cuales la imagen se queda congelada durante una fracción de segundo. Esto se debe a la necesidad del sensor de calibrarse en función de las condiciones ambientales, como cuando cambiamos de una zona con vegetación a una más abierta. La falta de recalibración puede provocar una pérdida de calidad de la imagen.

 

Distancia o rango de detección

Cada fabricante proporciona este dato para sus modelos, pero no es totalmente objetivo, ya que muchas circunstancias pueden influir, como el tamaño del objeto, la temperatura del objeto en relación con el entorno, la temperatura ambiental, la forma del objeto y, en la práctica, las condiciones ambientales en las que se haga la observación. La capacidad de detección puede variar significativamente, por ejemplo, entre la detección de animales voladores o terrestres, en espacios abiertos o cerrados, con o sin vegetación arbórea, agua, después de la lluvia, al atardecer o al amanecer, y otras muchas variables.

Estos son los valores que definen las prestaciones de un visor térmico y que permiten una comparación directa entre distintos modelos. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la calidad óptica y la optimización de la imagen en función de los algoritmos y softwares pueden hacer que un modelo, a pesar de tener aparentemente valores inferiores, ofrezca una imagen de mayor calidad.

Evidentemente existen otros aspectos relevantes, como el tamaño, el peso, la autonomía, la ergonomía, la disposición y cantidad de botones, la facilidad de uso y la cantidad de funciones controlables, entre otro.

 

Visores térmicos ZEISS DTI

 

 

ZEISS, la reputada marca de óptica deportiva, ofrece un amplio abanico de modelos para satisfacer prácticamente todas las necesidades de los usuarios

 

Todos los modelos de ZEISS tienen en común el uso de un procesador de imagen llamado ZSIP, desarrollado por la propia marca, que optimiza la calidad de imagen limpiando el “ruido electrónico” y que divide la imagen en porciones para optimizar cada parte de forma individual, consiguiendo así un resultado final de excelente calidad. Una característica distintiva es que presentan un zoom digital continuo, por lo que no genera el molesto cambio repentino para pasar de 1x a 2x, 4x, 8x, etc., sino que la imagen se va ampliando de forma paulatina hasta el tamaño deseado. Además, todos los modelos ofrecen función de detección, ajustes personalizados y una total garantía de que las partes ópticas del producto están a la altura de la reconocida calidad de la marca.

Todos ellos ofrecen la posibilidad de transmitir imágenes por wifi a móviles, tablets y todo tipo de ordenadores portátiles que permitan la conexión con BlueTooth. Y también disponen de memoria interna para almacenar las imágenes capturadas, ya sea en forma de fotografías o vídeos.

Los modelos iniciales, los DTI1, tienen lentes con diámetros de 19 y 25 mm. Son compactos y ligeros, con una ergonomía excelente y fáciles de utilizar. Los modelos DTI3, en cambio, cuentan con lentes de 25 y 35 mm de diámetro y píxeles de mayor tamaño en el sensor, a pesar de mantener la misma resolución y rango de detección similar. Además, incorporan pantallas de mayor calidad de tipo AMOLED, más memoria interna y son los que tienen mayor autonomía. A partir de los DTI4, la resolución del sensor se incrementa, así como el rango de detección, eso si, con un campo de visión más pequeño, lo que les hace especialmente idóneos para la detección de animales de cierto tamaño en ambientes abiertos. El modelo superior, el DTI6, se distingue por la posibilidad de intercambiar el objetivo. Así, con los dos objetivos disponibles (de 20 mm y 40 mm), se dispone de una gran variedad de prestaciones, haciéndolo tan útil para medios cerrados donde se requiera campo de visión amplio como en medios abiertos donde se requiera un gran rango de detección (hasta 2.000 m).

 

 

 

El uso de los visores térmicos en la observación de fauna

Los visores térmicos están ofreciendo nuevas formas de detectar, observar y entender la fauna, abriendo nuevas posibilidades para la investigación y la observación. Esta tecnología avanzada nos permite acercarnos a la vida animal nocturna sin perturbarla. La localización de mamíferos es la utilidad más popular (¡también para aquellos que tienen interés cinegético!), pero también para búhos y murciélagos. Sin embargo, hay que decir que son eficientes tanto de día como de noche, que haya luz u oscuridad no altera su funcionamiento. Lo que hay que tener en cuenta es que, de día, la radiación solar calienta muchos elementos inertes del paisaje, sobre todo piedras, troncos y hojas bien expuestas, lo que hace más difícil discernir la fauna, sobre todo si está inmóvil o está muy lejos y la resolución del visor no es suficiente para ver bien la forma.

Los visores térmicos, además, también son una herramienta muy útil para la detección y seguimiento de los pájaros en migración nocturna, un fenómeno que a menudo pasa inadvertido a causa de la oscuridad. También sirven para encontrar e identificar especies que a menudo resultan extremadamente difíciles de detectar por su camuflaje súper críptico en entornos como las selvas y otros hábitats densos. Otras posibles utilizaciones pueden ser comprobar si una caja nido o refugio de murciélagos está ocupada o no, ya que, si lo está, sus entradas suelen mostrar cierto calor proveniente del interior, así como en rendijas en la roca, agujeros de los árboles, etcétera.

En viajes a países lejanos atraídos por su diversidad y riqueza de fauna, incorporar a nuestro equipo un visor térmico nos ofrece nuevas oportunidades para detectar fauna que probablemente nos pasaría inadvertida. Recientemente, en dos viajes distintos, hemos tenido la oportunidad de usar un visor térmico ZEISS DTI3/35. Han sido muchas las circunstancias en las que el visor nos ha permitido detectar especies de pájaros o fauna que, de otra forma, habría sido especialmente difícil conseguirlo.

En la entrada del Parque Nacional de Tangkoko, es un buen lugar para intentar detectar el chotacabras de Célebes (Caprimulgus celebensis). Los chotacabras pasan el día inmóviles sobre ramas o en el suelo y, justo al final del día, salen a cazar y es posible detectarlos en vuelo entre los árboles. El visor térmico nos permitió detectar entre qué árboles el chotacabras se había levantado para empezar su jornada de caza.

 

 

Asimismo, en este mismo parque, habitan unos seres bien enigmáticos, los tarseros (Tarsius tarsier), que durante el día reposan casi inmóviles en agujeros de árboles. No es fácil detectar su presencia, y la ayuda del visor térmico puede ser fundamental para conseguirlo.

 

 

Una de las situaciones más habituales en las que el uso del visor térmico puede ser de gran ayuda es en la detección de búhos. Normalmente, poco después de oscurecer, muchas especies de búhos se vuelven más activos y emiten su reclamo. Una forma de verlos consiste en intentar atraer a los búhos mediante la reproducción de su reclamo, que tenemos grabado, con la ayuda de un pequeño altavoz desde el margen del bosque. Esto se debe a que, si nos adentramos en el bosque, a menudo provocamos ruidos con la vegetación, y los búhos se marchan volando antes de que podamos detectarlos. Ahora bien, incluso si un búho se siente atraído por nuestro reclamo, se acercará sigilosamente y no siempre será fácil identificar en qué árbol o rama se ha puesto, aunque esté cerca y podamos iluminar la zona con una linterna. Por este motivo, es muy útil buscarlo primero con el visor térmico antes de encender la linterna o el foco con el que queramos iluminarlo. De esta forma, cuando iluminamos la zona, ya sabremos dónde se encuentra el búho y podremos realizar una observación más precisa y rápida, evitando que se esconda antes de ser localizado. En las siguientes imágenes se puede ver un autillo moluqueño (Otus magicus) en el momento que lo detectamos y la imagen completa del árbol donde se encontraba el búho, iluminado por una linterna, y el lugar donde se encontraba el observador con el visor térmico, iluminado por otra linterna.

 

En un segundo viaje, en esta ocasión a Bolivia, tuvimos de nuevo la oportunidad de utilizar el visor térmico ZEISS DTI3/35 en una salida nocturna en barca al límite de la Amazonía con las sabanas inundadas, enfocada esencialmente a encontrar cocodrilos y caimanes. Éstos se detectan muy fácilmente con linternas porque los ojos les brillan mucho y suelen permanecer inmóviles en la superficie del agua. Sin embargo, como no podía ser de otra manera, también existía un gran interés en detectar otros animales, así que con la ayuda del visor térmico exploramos los bordes de la laguna hasta encontrar un magnífico nictibio grueso (Nyctibius grandios), una capibara (Hydrochoerus hydrochaeris), varias garzas pico de bota (Cochlearius cochlearius) y muchos murciélagos pescadores (posiblemente Noctilio leporinus).

 

 

 

 

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El ZEISS DTI3/35 es un visor térmico ideal para muchas circunstancias puesto que dispone de un sensor con buena resolución y una pantalla que ofrece una imagen especialmente buena gracias a su tecnología AMOLED y alta resolución. Además, su rango de detección es bastante amplio, manteniendo un buen campo de visión para localizar animales que se encuentren a corta distancia. Todo esto en un dispositivo relativamente pequeño y ligero, con un diseño ergonómico, y fácil de usar, puesto que tiene los botones bien situados y sus funciones son fácilmente interpretables.

 

Disponibles en Oryx