¿Cómo funcionan las cámaras de los Drones?

¿Cómo funcionan las cámaras de los Drones?

15 de Agosto de 2024 - Innovación y Desarrollo

Por I+D Manager - Soludrones.

Todos hablan de la buena calidad de imagen de los drones 4K, pero, te has preguntado como funciona esta tecnología?

Hoy vemos que los drones han revolucionado múltiples industrias gracias a los avances en la tecnología de cámaras, estabilización y sensores. Estos dispositivos capturan imágenes de alta resolución y vuelan con precisión en lugares remotos y climatológicamente complejos. En este artículo, exploraremos la ciencia e ingeniería detrás de estas cámaras, sistemas de estabilización, los materiales utilizados en su construcción y cómo todo esto se combina para producir las imágenes excepcionales que poseen los drones hoy en día. Si no haz revisado nuestro catálogo de drones puedes revisarlo AQUÍ

Sistema de Visión y Evitación de Obstáculos

Partamos por lo esencial, uno de los elementos esenciales para la seguridad y eficiencia del vuelo de drones es el sistema de detección y evitación de obstáculos. Estos sistemas son vitales para prevenir choques y colisiones, además de mejorar la capacidad de los drones de maniobrar de forma segura en entornos complejos.

  • Sensores Ópticos y Láseres: Estos sistemas suelen utilizar una combinación de sensores ópticos y tecnología láser, como LIDAR (Light Detection and Ranging), para mapear el entorno en tres dimensiones. Los sensores ópticos detectan la luz reflejada por los objetos cercanos, mientras que los láseres miden distancias mediante el uso de pulsos de luz. La combinación de estos sistemas permite al dron crear una representación detallada de su entorno y tomar decisiones automatizadas para evitar obstáculos (Bradley & Campbell, 2018).
  • Rango de Detección: Los drones más avanzados pueden detectar obstáculos a una distancia de hasta 38 metros en múltiples direcciones, lo que proporciona un margen de seguridad significativo durante vuelos automatizados o manuales. Esto es especialmente útil en entornos urbanos o industriales, donde las estructuras y otros objetos pueden ser un desafío constante para la navegación del dron (Langmann, 2018).

Cámara Principal: Sensor CMOS de 48 MP

Las cámaras principales en drones de alta gama están equipadas con sensores CMOS de alta resolución. Un ejemplo típico es un sensor CMOS de 1/2", capaz de capturar imágenes con una resolución efectiva de 48 megapíxeles. Este tipo de sensor es clave para obtener imágenes nítidas y detalladas, esenciales en aplicaciones que requieren precisión, como la inspección de infraestructuras o la cartografía aérea.

  • Tecnología de Amplificación de Píxeles: Los sensores CMOS utilizan un proceso de conversión de luz en señales eléctricas, donde cada píxel en el sensor actúa como un fotodetector. Los fotones que impactan en el sensor se convierten en cargas eléctricas, que luego son amplificadas para formar la imagen digital. En sensores de alta resolución, como los de 48 MP, esta amplificación de píxeles es crítica para capturar más detalles finos en cada imagen (Takamatsu et al., 2019).
  • Procesamiento de Imágenes en Tiempo Real: Los sensores CMOS no solo capturan imágenes, sino que también permiten el procesamiento en tiempo real de las mismas. Esto incluye correcciones automáticas de color, exposición y balance de blancos, lo que mejora significativamente la calidad de las imágenes sin intervención manual (Chen et al., 2020).
  • Superresolución: Esta técnica combina múltiples imágenes de menor resolución para crear una imagen de alta resolución. Al superponer varias tomas, los algoritmos eliminan el ruido y mejoran la nitidez, logrando así una mayor calidad de imagen sin sacrificar el rendimiento del dron en términos de velocidad o capacidad de almacenamiento (Chen et al., 2020).

Estabilizador Gimbal

El estabilizador gimbal es uno de los componentes más importantes (y costosos) para asegurar que las imágenes capturadas por los drones sean suaves y sin distorsiones, incluso durante movimientos rápidos o cambios de dirección. El gimbal es un sistema mecánico que permite mantener la cámara en una posición estable, independientemente de los movimientos del dron aún con fuertes vientos.

  • Principio de Funcionamiento del Gimbal: Un gimbal funciona sobre la base de giroscopios y acelerómetros, que detectan los movimientos del dron en tres ejes: roll (rotación lateral), pitch (inclinación hacia adelante y atrás) y yaw (rotación horizontal). Estos sensores envían datos a un controlador que ajusta los motores del gimbal para compensar cualquier inclinación o giro no deseado. Esto permite que la cámara mantenga su orientación estable, independientemente de los movimientos del dron, asegurando tomas fluidas y sin vibraciones (Glover, 2020).
  • Estabilización de Tres Ejes: Los gimbals más avanzados permiten una estabilización en tres ejes, lo que significa que pueden contrarrestar movimientos en todas las direcciones posibles. Esta estabilización precisa es crucial para capturar imágenes de alta calidad en situaciones donde el dron está expuesto a turbulencias o maniobras rápidas. Sin este sistema, las imágenes podrían verse borrosas o inestables (Glover, 2020).
  • Giroscopios y Acelerómetros de Alta Sensibilidad: Los giroscopios son fundamentales en el funcionamiento del gimbal, ya que detectan la rotación del dron y permiten que el sistema ajuste la orientación de la cámara en tiempo real. Los acelerómetros, por otro lado, miden las aceleraciones lineales que puede experimentar el dron durante su vuelo. Ambos trabajan en conjunto para mantener una estabilización precisa, compensando cualquier movimiento no deseado que pueda afectar la calidad de la imagen.

Cámara Gran Angular: Sensor CMOS de 12 MP

La cámara gran angular en los drones proporciona una vista amplia con un ángulo de visión de 84°, lo que permite capturar escenas más amplias en una sola toma. Esta cámara utiliza un sensor CMOS de 12 megapíxeles que está optimizado para capturar imágenes nítidas con una distorsión mínima, algo particularmente importante en la fotografía de paisajes y en la inspección de grandes áreas.

  • Distorsión Óptica y Corrección: Los sistemas de cámaras gran angulares a menudo enfrentan el problema de la distorsión de barril, donde las líneas rectas en los bordes de la imagen pueden aparecer curvas. Sin embargo, los drones avanzados aplican algoritmos de corrección en tiempo real para eliminar esta distorsión, garantizando que las imágenes sean precisas y claras (Zhang & Johnston, 2021).
  • Versatilidad en Aplicaciones: Las cámaras gran angulares se utilizan en una variedad de aplicaciones que requieren capturar áreas grandes en un solo disparo, como la cartografía aérea, la agricultura de precisión y la gestión de recursos naturales. Su capacidad para cubrir más terreno con menos vuelos las convierte en una herramienta eficiente para inspecciones y análisis de grandes superficies (Zhang & Johnston, 2021).

Conclusión

La tecnología de cámaras en drones ha evolucionado significativamente en los últimos años, permitiendo capturar imágenes de alta calidad, mantener la seguridad del vuelo y realizar tareas complejas en diversos sectores como los servicios de inspección de torres de alta tensión, búsqueda y rescate en condiciones de acceso complejas o comprometedoras para la integridad de los rescatistas y mucho más. Los avances en sensores CMOS, estabilización gimbal y procesamiento de imágenes en tiempo real han convertido a los drones en herramientas indispensables en la industria moderna. Desde la inspección de infraestructuras hasta la cinematografía y la agricultura de precisión, las capacidades de los drones siguen ampliándose, transformando la forma en que interactuamos con el mundo desde el aire. 

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Bibliografía

Certificado de Operador Aéreo (AOC) Nº 1659

Resolución y EE.OO de la empresa, la cual es autorizada como operador de RPA, conforme a la DAN 119 Capitulo “D”, “Requisitos de Certificación para Empresas que deseen realizar Servicios de Trabajos Aéreos en Territorio Nacional con Aeronaves Pilotadas a Distancia (RPA)”.

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