Payload professionali per droni
I payload professionali identificano quell’insieme di specifici strumenti per lo svolgimento di attività professionali, che possono essere montati su un drone, come ad esempio: la camera multispettrale, la termocamera, la camera radiometrica, il lidar, la videocamera professionale, etc. Scopo di questo articolo è fornire un riferimento per individuare le caratteristiche tecniche importanti di cui bisogna tener conto, nella scelta di ogni tipo di payload professionale per il drone.
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Contenuti
- Paylaod per attività specifiche
- Camere multispettro
- Lidar scanner
- Termocamere
- Videocamere professionali
- L’alimenatzione del payload
- Conclusioni
Payload per attività specifiche
Come già accennato vari possono essere i tipi di payload professionale che un drone, ovviamente anch’esso professionale, può trasportare. Alcuni costruttori di droni come DJI, si sono lanciati anche in questo campo, ma la maggior parte dei payload professionali non è prodotta da costruttori di droni. Ne sono un esempio Flir, Workswell ed altri.
Tra i payload più noti ed utilizzati per i droni abbiamo:
- Camere multispettro, per rilievi in ambito agricoltura di precisione e mappatura;
- Lidar laser scanner, per mappature e rilevi;
- Termocamere, per rilevi termografici;
- Videocamere professionali, per cinematografia, foto e rilievi.
Ciascuno dei paylaod professionali elencati ha dunque una serie di parametri (specifiche tecniche) che devono essere valutate attentamente nella scelta.
L’unica caratteristica comune importante per i diversi payload professionali, è Il peso del payload, che ha la sua rilevanza nei confronti del tipo di drone professionale utilizzato. In altri termini il peso del payload deve essere sempre minore del payload accettato dal drone. Il drone, inoltre, deve poter alloggiare il payload, ovvero quest’ultimo deve essere compatibile con il sistema di montaggio del payload professionale esistente o al limite utilizzarne uno compatibile con il drone.
Infine è opportuno ricordare il ruolo strategico, soprattutto in prosepttiva futura, dei payload professionali nell’acquisizione degli aerial data ed il ruolo dei microsensori commerciali come payload del futuro .
Camere multispettro
Le camere multispettro sono dei payload professionali utilizzati prevalentemente in agricoltura per stabilire una serie di informazioni sulle coltivazioni come ad esempio indice di salute, anali sulla vegetazione, rilievi.
MicaSense Altum – Fonte Micasense
Specifiche tecniche delle camere multispettro
Gli elementi su cui focalizzare nella scelta di una camera multispettro comprendono:
- Risoluzione del sensore,
- Filtri.
Risoluzione del sensore
La risoluzione del sensore della camera multispettro è molto importante, in quanto da questo dipendono la qualità dei rilievi. Risoluzioni superiori ai 10MP sono quindi fondamentali. Quindi maggiore è la risoluzione in MP migliore è il risultato ottenuto.
Filtri
La camera multispettro, per la sua natura deve poter vedere ciò che l’occhio umano non percepisce, pertanto oltre al range compreso nel visibile da 380 a 780 nm, è fondamentale la presenza di filtri per lunghezze d’onda relativi a: Blue, Verde, Rosso, Rosso-edge, IR-vicino. La presenza dei filtri è quindi fondamentale per una camera multispettro.
Lidar scanner
I LIDAR (LIght Detection And Ranging ) scanner sono dei payload professionali utilizzati per rilievi di precisione per la realizzazione di immagini 3D, mappe ad alta risoluzione, etc.
Riegl VUX-1UAV – Immagine tratta dal sito web di Riegl
Specifiche tecniche Lidar laser scanner
Gli elementi su cui focalizzare nella scelta di Lidar laser scanner per drone riguardano:
- PPR (Pulse Repetition Rate),
- Range max misura,
- Altezza max di volo,
- Accuratezza,
- Precisione,
- Max rate misura,
- Lunghezza d’onda laser.
Pulse Repetiton Rate
Il Pulse Repetition Rate (PPR) indica la frequenza (misurata in Hz), con cui il laser scanner effettua il rilevamento ed influenza l’accuratezza dei dati rilevati. Tanto è maggiore il parametro, tanto più è accurato il rilievo.
Range massimo di misura
Il range emassimo di misura indica il range (intervallo) di misurazioni effettuate per secondo il relazione ad un determinato PPR e con un FOV stabilito. Maggiore è il range massimo di misura per secondo, migliore è il risultato.
Altezza massima di volo
L’altezza massima di volo indica la quota massima espressa in metri, raggiungibile in relazione a determinate PPR al fine del rilievo con caratteristiche di performance ben definite e riportate nel datasheet del lidar laser.
Accuratezza
L’accuratezza espressa in mm (millimetri) indica il livello di dettaglio raggiungibile dal LIDAR. Può per alcuni modelli dipendere dall’altezza di volo e dal PPR. Minore è il valore fornito per questo paramento, maggiore è l’accuratezza.
Precisione
La precisione indica il livello di precisione raggiunta espresso in mm (millimetri) ad una determinata quota. Anche per questo parametro minore è il valore fornito per questo paramento, maggiore è la precisione.
Max rate di misura
Il max rate di misura indica il numero massimo di misure effettuate per secondo. Maggiore è il valore massimo di misura per secondo, migliore è il risultato.
Lunghezza d’onda laser
La lunghezza d’onda laser indica la lunghezza d’onda del LIDAR laser scanner. Un Lidar deve includere lunghezze d’onda incluse nell’infrarosso vicino NIR.
Termocamere
Le termocamere, consentono di effettuare rilievi termografici con drone in ambito edilizia e solare per l’individuazione di difetti come distacchi, infiltrazioni nelle costruzioni e malfunzionamenti nei pannelli solari.
FLIR Vue Pro R – Immagine tratta dal sito web di Flir
Specifiche tecniche temocamera
Gli elementi da tener presente nella scelta della termocamera per il drone sono:
- Sensibilità termica,
- FOV e IFOV,
- Risoluzione termica.
Sensibilità termica
La sensibilità termica espressa in oC indica la più piccola differenza di temperatura misurabile tra pixel contigui. Per le termocamere manuali è dell’ordine di < 0,04oC. Minore è il valore più è accurata quindi la misura di temperatura.
FOV e IFOV
FOV e IFOV indicano due parametri spaziali della termcamera ed indicano il FOV la massima area coperta (vista) dalla termocamera ad 1 metro di distanza e l’IFOV le dimensioni minimi dell’oggetto inquadrabile dalla termocamera espresse in mm. L’IFOV quindi è un indicatore del livello di misura in termini di dimensioni oggetto a che la termocamera può raggiungere.
Risoluzione termica
La risoluzione termica di una termocamera indica il numero di pixel (orizzontale e verticale) di risoluzione. Per le termocamere manuale, un buon livello è 320 x 240 pixel (ma è possibile raggiungere risoluzioni anche superiori). Più è elevato la risoluzioni più particolari possono essere “letti” nei termogrammi.
Per approfondire l’argomento di termografia con drone si consiglia di leggere l’articolo del Blog “Termografia con drone “.
Videocamere professionali
Le videocamere professionali, sono payload professionali multiuso, nel senso che possono essere utilizzate per riprese cinematografiche, foto, ma anche per rilievi e aerofotogrammetria con drone.
Zenumuse X4S – gimbal 3 assi – Immagine tratta da dal sito web DJI store
Specifiche tecniche videocamere
Gli elementi da analizzare nella scelta della videocamera per il drone sono:
- Risoluzione fotografica,
- Risoluzione video,
- Formato foto-video.
Risoluzione fotografica
La risoluzione fotografica in Mpixel è l’elemento fondamentale da tener presente nella scelta della videocamera per il drone. Maggiore è la risoluzione, migliore sarà la qualità fotografica. Da tener presente inoltre che diverse videocamere professionali, offrono risoluzioni diverse per i diversi formati 3:2, 4:3 e 16:9.
Risoluzione video
Al pari della risoluzione fotografica la risoluzione video è un aspetto rilevante nelle specifiche tecniche della videocamera come payload professionale per il drone. Risoluzione 4K, Ultra HD devono essere quindi presenti. Inoltre il numero dei frame per secondo fps devono essere sufficientemente elevati in relazione alla risoluzione offerta, più alto sarà il numero di Fotogrammi al secondo più il video risulterà fluido.
Formato foto-video
Infine, ma non ultimo come importanza nella scelta della per la videocamera professionale è il formato di output delle foto e dei filmati. La presenza infatti del formato RAW (grezzo) per le foto offre l’opportunità di una post-elaborazione migliore delle stesse foto, rispetto ai formati JPG.
Parimenti, per il comparto video, la possibilità di avere formati in uscita del tipo MP4, MOV, DNG RAW (Digital Negative).
Quest’ultimo formato, non proprietario, si presta in particolare per archiviazione dei filmati a lungo termine, nel senso che è diventato uno standard al pari dell’ISO e quindi tutti i prodotti software futuri, certamente avranno al possibilità di leggere e manipolare questo formato.
L’alimentazione del payload
Altra valutazione importante, ovvero parametro che si deve tenere in debita considerazione nella scelta del payload professionale per il drone è il sistema di alimentazione del payload stesso. Considerato che tutti i payload necessitano di una fonte di energia per funzionare è bene conoscere da dove questi assorbiranno l’energia: se attraverso un sistema di batteria autonomo o attraverso collegamento al sistema di energia del drone. In quest’ultimo caso è bene valutare con attenzione sia le modalità di connessione (che richiedono l’intervento di esperti) che l’impatto dell’assorbimento sull’autonomia del volo del drone. Pertanto sono preferibili per quanto possibili payload professionale del tipo plug-play con fonti di alimentazione autonome.
Conclusioni
La scelta di un payload professionale per il drone deve essere quindi fatta innanzitutto in relazione al tipo di attività che si desidera svolgere con il drone, e non può prescindere dalle caratteristiche tecniche del payload. Quindi è fondamentale conoscere quali sono le caratteristiche importanti dei payload professionali per i droni in modo da poterle valutare in anche autonomia.
Per approfondimenti circa le specifiche tecniche dei droni, consultare gli articoli del Blog:
Nota relativa alle immagini: Le immagini dei payload mostrate nell’articolo sono tratte dai siti web dei singoli produttori che ne sono i legittimi proprietari. I nomi dei produttori ed i relativi link ai siti web sono citati sotto ogni immagine. L’uso delle immagini ha lo scopo esclusivo di una migliore comprensione dei contenuti dell’articolo. L’immagine in primo piano è stata realizzata da 4mydrone.