Correção radiométrica de imagens obtidas através de sensor termal de baixo custo a bordo de um RPA

Abstract

O uso de sensores de baixo custo na região do Infravermelho Termal (TIR’s) a bordo de uma aeronave pilotada remotamente (RPA) possibilita grandes avanços nos processos de coleta de dados de temperatura, que contribuem para a viabilização de estudos em diversas áreas. Entretanto, apesar da maioria das operações de imagens termais serem de natureza qualitativa, algumas operações requerem a análise de dados quantitativos para determinar temperaturas absolutas. Sensores de baixo custo, geralmente, não são corrigidos radiometricamente, desta forma, o objetivo principal deste estudo foi realizar o processo de Correção Radiométrica visando a calibração dos sensores, definição do melhor horário de coleta devido a interferência solar e a estimativa e correção de efeitos atmosféricos. Na etapa de calibração dos sensores foram realizados experimentos, nas mesmas condições, e determinada a relação das temperaturas aparentes e cinéticas e entre os sensores; a Interferência Solar foi avaliada de acordo com coletas realizadas em diferentes horários; e foram comparadas as coletas dos sensores em diferentes alturas para avaliar os efeitos atmosféricos e a eficiência de duas metodologias de correção destes efeitos: Modelo Teórico Modtran e o Modelo Empírico Correlação Ar-Solo. Foram encontradas discrepâncias significativas nos estudos realizados, demonstrando a relevância de realizar a caracterização dos sensores previamente, adotar períodos do dia com maior equilíbrio térmico e estabilidade da atmosfera, além de adotar metodologias eficazes para correção de efeitos atmosféricos. Desta forma, verificou-se neste estudo que a combinação RPA e câmera termal de baixo custo apresentaram resultados satisfatórios após as correções, podendo contribuir positivamente com pesquisas que necessitam de coletas de temperaturas de superfícies e não dispõe de recursos para tecnologias mais robustas, desde que consideradas as incertezas fornecidas pelos fabricantes dos sensores. Palavras Chaves: Imagens Termais. Sensores de Baixo Custo. RPA. Correção Radiométrica.

The use of low-cost sensors in the region of Thermal Infrared (TIR) aboard a remotely piloted aircraft (RPA) enables significant advancements in temperature data collection processes, contributing to the feasibility of studies in various areas. However, despite the majority of thermal imaging operations being qualitative in nature, some operations require the analysis of quantitative data to determine absolute temperatures. Low-cost sensors are generally not radiometrically corrected. Therefore, the main objective of this study was to perform Radiometric Correction processes to calibrate the sensors, determine the optimal data collection time due to solar interference, and estimate and correct atmospheric effects. During the sensor calibration stage, experiments were conducted under the same conditions to determine the relationship between apparent and kinetic temperatures and among the sensors. Solar interference was assessed based on collections carried out at different times, and the sensor collections at different altitudes were compared to evaluate atmospheric effects and the efficiency of two methodologies for correcting these effects: the Theoretical Modtran Model and the Empirical Air-Ground Correlation Model. Significant discrepancies were found in the conducted studies, demonstrating the relevance of prior sensor characterization, selecting periods of the day with greater thermal balance and atmospheric stability, and adopting effective methodologies for correcting atmospheric effects. Thus, this study confirmed that the combination of RPA and low-cost thermal cameras yielded satisfactory results after the corrections, potentially contributing positively to research that requires surface temperature collection but lacks resources for more robust technologies, provided that the uncertainties provided by the sensor manufacturers are taken into account. Keywords: Thermal Imagery. Low Cost Sensors. RPA. Radiometric Correction.