Câmera térmica: o que é e como funciona

Muita gente certamente já ouviu esse nome — câmera termográfica. Também é provável que alguns já a tenham visto em filmes e em vários programas sobre tecnologia, mas pouca gente sabe o que ela é e como funciona.
Nesta análise, vou tentar explicar em linguagem simples que aparelho é esse.
Como sempre, vai ter de tudo: descrição, um pequeno teste e desmontagem.

Para começar, digo que queria ter um aparelho desses há muito tempo e, pouco antes do Ano-Novo, resolvi encomendar um.
O problema é que esses «brinquedos» custam muito caro. Como era para mim, escolhi a opção mais barata e, claro, mais simples. Sim, cerca de 300 dólares por uma câmera termográfica é muito barato; os modelos profissionais custam a partir de alguns milhares de dólares.
O vendedor está sempre com desconto e o estoque está sempre acabando :) Mas há um cupom de 6 dólares de desconto para compras acima de 100, e foi esse que usei. Pedi um desconto um pouco maior, mas não rolou :(

Para começar, um pouco de teoria.
Qualquer objeto ao nosso redor, desde que sua temperatura esteja um pouco acima do zero absoluto (-273 graus), emite calor. Sim, até um objeto a -100 graus também emite calor, por mais estranho que pareça.
E, como há emissão, podemos observá-la, se quisermos. É claro que o olho humano não consegue enxergar radiação nessa faixa; para isso, são necessários aparelhos.

Muita gente certamente já viu e usou termômetros sem contato. Fiz uma análise de um deles.

O princípio de funcionamento desse tipo de aparelho é relativamente simples. A radiação térmica do objeto observado é captada pelo sensor do termômetro e depois convertida em um valor de temperatura mais fácil de entender.

Claro que surge a pergunta: como o aparelho determina a temperatura? Vou tentar explicar.
Os corpos não apenas emitem calor: eles o emitem com intensidades diferentes e, o mais importante, com comprimentos de onda diferentes.
Por exemplo, a faixa de comprimentos de onda da luz visível para nós vai de 380 a 740 nm (nanômetros). Abaixo de 380 temos o ultravioleta; acima de 740, a radiação infravermelha.


Na faixa de temperaturas de -50 a +50 graus Celsius, os corpos emitem radiação com comprimento de onda de 7 a 14 µm (micrômetros); a cerca de 100 graus, esse comprimento já é de 3 a 7 µm.
O aparelho «enxerga» essa radiação e, ao determinar em qual comprimento de onda ocorre o pico de emissão, nos fornece o valor da temperatura.

Mas, com um termômetro, só conseguimos determinar a temperatura de um ponto específico, e o que queremos é ver o objeto inteiro.
Por exemplo, assim:


Ou assim:


É possível chegar ao resultado desejado de várias maneiras.
1. Fazer a varredura da imagem com um único sensor infravermelho ou uma linha de sensores
2. Usar uma matriz com um grande número de sensores.

A primeira opção é muito inconveniente, pois a medição demora bastante, mas a resolução da imagem é praticamente ilimitada; a única questão é o tempo de medição. Além disso, essa opção tem componentes mecânicos.
A segunda opção é mais simples, mas obter uma resolução alta também traz suas dificuldades.

É sobre essa segunda opção que vamos falar hoje.
A matriz sensível é composta por um grande número de elementos sensores, que captam a radiação infravermelha focalizada pela lente da objetiva.
Na prática, é um monte de termômetros infravermelhos individuais, sem circuito de processamento, montados em um único chip.

A resolução dessas matrizes não é muito alta. As matrizes topo de linha disponíveis para o público em geral chegam a 1280*720, mas nem quero falar do preço.
Para uso doméstico, usam-se matrizes mais simples, de 60x60 a 384x288.

As características de uso impõem limites à resolução das matrizes.
O problema é que estamos observando a radiação térmica. Além de o comprimento de onda da radiação infravermelha não permitir que a matriz seja muito compacta, também surgem problemas com o aquecimento ou resfriamento parasita das células vizinhas da matriz — afinal, estamos observando radiação térmica.
Ou seja, pode acontecer de o calor que incide sobre um dos elementos sensores da matriz aquecer o elemento vizinho, causando um erro de medição.

A matriz que capta a radiação térmica é chamada de câmera bolométrica.
Na maioria das câmeras termográficas comuns, essa matriz é formada por um grande número de termistores microscópicos de filme fino.
O próprio princípio de medição impõe uma segunda limitação: essas matrizes são lentas; normalmente, as câmeras termográficas gravam a 5-10 quadros por segundo.
É claro que existem câmeras termográficas com taxas de quadros mais altas, mas elas são mais caras e são mais usadas, por exemplo, em sistemas de controle de automóveis.

Comparação entre uma câmera termográfica de 9 quadros/s e outra de 30 quadros/s.


Acho que a parte teórica ficou um pouco mais clara (pelo menos espero que sim). Agora é hora de partir para a prática.
Existem vários tipos de câmeras térmicas.
Algumas são usadas apenas para observação, por exemplo, por militares ou caçadores e, em alguns casos, por equipes de resgate.
Essas câmeras térmicas têm um grande alcance, mas não contam com os recursos característicos do segundo tipo.


O segundo tipo pertence à categoria dos instrumentos de medição. Para eles, são importantes a precisão da medição de temperatura, a exibição em vários pontos, a possibilidade de gravar fotos ou vídeos e outros recursos.
Essas câmeras térmicas têm um visual um pouco diferente e lembram mais uma versão ampliada de um termômetro infravermelho.


Além disso, muitas vezes as pessoas confundem câmeras térmicas com dispositivos de visão noturna (DVN).
São aparelhos completamente diferentes.
Um DVN geralmente é um aparelho ativo, que contém uma potente iluminação infravermelha e uma câmera capaz de captar a radiação infravermelha refletida pelos objetos nessa faixa.
Já a câmera térmica é um aparelho totalmente passivo: não emite nada por conta própria (exceto a radiação gerada pelo funcionamento da eletrônica) e capta a radiação térmica do objeto.

Cada aparelho tem suas vantagens e desvantagens. Por exemplo, uma câmera térmica não detecta objetos que estejam à mesma temperatura do ar ao redor, ou os detecta muito pior. Além disso, não consegue enxergar objetos atrás de um vidro, já que o vidro comum bloqueia quase totalmente a radiação térmica.
Por outro lado, o DVN não funciona na neblina e, além disso, objetos quentes e frios quase não se diferenciam na tela.

Para comparar, vou incluir um vídeo curto que mostra a diferença.


Com isso, termina a introdução. Agora vou descrever o que comprei e recebi.
Vou apresentar as demais explicações e descrições ao longo da análise.

Como escrevi na introdução, encomendei a câmera térmica pouco antes do Ano-Novo. O vendedor a enviou nos primeiros dias de janeiro, mas o rastreamento só começou depois do dia 9 de janeiro.
No dia 25 de janeiro, fui buscá-la nos Correios. Ela veio pelo serviço postal comum da China, sem EMS, DHL nem nada do tipo.

Para ser sincero, esperava que ela fosse bem menor, umas 1,5 a 2 vezes menor. Quando me entregaram uma caixa grande nos Correios, fiquei até um pouco surpreso.
Claro que eu poderia ter conferido as dimensões na página do produto e calculado o tamanho da caixa, mas nem me passou pela cabeça fazer isso.

O aparelho de marca mais parecido em termos de especificações é o FLIR TG165.

Chegou em perfeito estado, até a embalagem original ficou intacta.


A embalagem é de papelão resistente, ponto para o fabricante. Ela não sofreu danos, mesmo tendo sido enviada em um envelope comum com plástico-bolha.
Na parte de cima há algumas informações promocionais e uma foto do aparelho.


Na parte de baixo da caixa há uma descrição quase completa das especificações técnicas.
Tamanho da tela — 2.4 polegadas
Resolução do sensor térmico — 60x60 (3600) pixels.
Resolução da câmera de imagem visível — 0.3 MP. (na realidade, menos)
Ângulo de visão das câmeras — 20 x 20 graus, distância mínima até o objeto: 0.5 m (também mostra a distâncias menores, mas a câmera é focada para funcionar normalmente a partir de 50 cm)
Sensibilidade térmica (menor diferença de temperatura detectável) — 0.15 grau Celsius.
Faixa de temperaturas medidas — -20-300 graus C.
Precisão da medição de temperatura ±2% ou ±2 graus.
Ajuste do coeficiente de emissividade — 0,1-1
Frequência de medição — 6 vezes por segundo.
Faixa de comprimentos de onda detectados — 8-14 µm
Foco — fixo
Paleta de cores — ferro incandescente, arco-íris, arco-íris de alto contraste, preto e branco, preto e branco invertido.
Modos de exibição — cinco modos. Só a câmera, só o termovisor + três modos mistos.
Cartão de memória — microSD
Formato para salvar fotos — BMP
Alimentação — 4 pilhas AA de 1.5 V
Autonomia com um conjunto de pilhas — até 6 horas
Desligamento automático — 12 minutos
Certificado — CE (EN61326-1:2006). Na verdade, esse certificado trata apenas da compatibilidade EMC.
Dimensões — 212x95x62 mm
Peso — 320 g
Garantia — 2 anos


Quando abri a caixa, me senti um papua. É que ela não abre do jeito a que estou acostumado: tem uma tampa presa por dois ímãs pequenos.
Não sei de onde o fabricante tirou essa caixa, mas, quando a abri, tive a impressão de que tinham me enviado um termovisor para meninas :)
A cor da caixa e as belas imagens holográficas (quando se muda o ângulo de visão, parece que elas giram; bonito) criam uma certa dissonância com a finalidade do aparelho.


O conteúdo da embalagem é bem enxuto.
1. Aparelho
2. Estojo
3. Alça para o estojo
4. Manual
5. Cartão de memória de 4 GB.


Tirei algumas fotos das páginas principais do manual; talvez seja interessante.
Além disso, fiz uma pequena tradução dos principais tópicos do manual.
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Como escrevi acima, veio junto um estojo que, por fora, parece um coldre.
O estojo é rígido, e a parte de cima fecha com velcro.


O estojo é mesmo resistente e bem costurado.
Tem uma faixa de zíper decorativa em volta do perímetro, ou seja, um zíper comum, mas sem cursor. Provavelmente foi feito para dar mais rigidez.
Em um dos lados há uma presilha para prender no cinto, mas, na minha opinião, é bem frágil.
Por dentro, há um bolsinho pequeno e bem raso.


Alça para carregar no ombro. É uma alça normal: mosquetões de metal, resistente, preta :)


E aqui está o aparelho em si; realmente parece grandinho.


Nas laterais, há adesivos com os principais parâmetros do aparelho e o nome.


Na frente fica o conjunto com as câmeras, o LED e o botão de foto.


A câmera infravermelha fica em cima; abaixo está a câmera do espectro visível e, sob elas, o LED de iluminação.
O LED é realmente minúsculo e fraco. Sinceramente, não vejo para que serve, já que só ilumina a uma distância de 20-30 cm, e olhe lá.
Na foto da direita, ele está ligado.
O LED é ligado mantendo o botão de foto pressionado; para desligá-lo, é só fazer o mesmo.


Na parte de trás ficam a tela e o teclado.


As dimensões da tela são quase iguais às de uma caixa de fósforos, tanto no comprimento quanto na largura.
O teclado é simples, com 6 botões.
Já falei um pouco sobre os botões de menu e seleção na parte com as fotos do manual. Agora vou falar dos outros.
Os botões para a esquerda/direita selecionam o modo de exibição: câmera normal, infravermelho ou sobreposição das imagens.
Os botões para cima/baixo são outra história. Eles servem para selecionar e ajustar parâmetros no menu do aparelho; no modo normal de operação, não são usados.

Tudo bem, mas o botão para cima diminui o valor do parâmetro, e o para baixo aumenta.
Como alguém consegue fazer uma coisa dessas? Só pode ter sido de propósito, porque é simplesmente inconveniente.
A navegação pelo menu funciona normalmente, mas, para aumentar um parâmetro, é preciso apertar o botão para baixo. Qual é a lógica?


Quando encomendei o aparelho, sabia que deveria vir com um cartão de memória, mas não conseguia encontrá-lo.
No começo, até fiquei um pouco confuso, porque o slot do cartão de memória fica bem escondido sob uma tampa de borracha da cor do corpo do aparelho. Por fora, só dá para notar a lingueta de abertura.
O corpo é de plástico cinza. A parte amarela que aparece nas fotos é de borracha, bem grossa, como dá para ver na foto com o compartimento do cartão de memória aberto.
Aliás, o cartão de memória que vem junto não é genérico: é um SanDisc, embora seja classe 4.


Na parte de baixo há um furo roscado para montar o aparelho em um tripé, do mesmo tamanho usado em equipamentos fotográficos.
Também há uma alça de pulso presa ali.


Na mão, o aparelho fica mais ou menos assim.
É confortável de segurar, mas, sem as pilhas, parece muito leve.


O aparelho pesa apenas 227 gramas sem as pilhas (o manual informa 320 gramas).


A tampa do compartimento das pilhas fica bem presa e abre deslizando para baixo.


Nas laterais da tampa há saliências extras que a mantêm fechada.
Para testar o aparelho, comprei quatro pilhas alcalinas das mais baratas. Mas já adianto: ele consome pilhas com bastante vontade. É melhor usar baterias Ni-MH ou fazer uma adaptação para lítio.


As pilhas ficam muito apertadas. Não, melhor dizendo: MUITO apertadas. O ideal é colocar primeiro o par que vai para dentro do corpo do aparelho e, depois, as duas de baixo.


Primeira inicialização.
Ao ligar, aparece uma tela de abertura com uma barra de carregamento do software. Depois, o aparelho inicia no último modo selecionado. Ou seja, se você tinha configurado a sobreposição das imagens, ele vai ligar nesse modo. Muito prático.


Durante o uso, dá para notar claramente um pequeno atraso da imagem da câmera infravermelha em relação à câmera de luz visível.
Para mostrar isso, fiz um vídeo curtinho em que esse defeito fica evidente. Também mostro o processo de inicialização, o funcionamento, como tirar fotos e como desligar o aparelho.


Para ser sincero, fiquei surpreso com a qualidade da tela, ou melhor, com os ângulos de visão.
Esperava uma imagem como a dos antigos monitores LCD, em que só dá para enxergar direito olhando diretamente para a tela.
Mas, na prática, a imagem fica ótima quando vista de qualquer lado, exceto de cima. Pela esquerda, pela direita, por baixo e de frente, tudo ótimo.
Além disso, a tela é muito brilhante. Por padrão, o brilho estava no mínimo, em 10%, e já dava para trabalhar numa boa. Ajustei para 30%, achei melhor assim; em 100% fica brilhante demais.

Percebi que, depois de colocar as pilhas, o peso do aparelho ficou mais bem distribuído: a parte de baixo ficou mais pesada e ficou bem mais confortável segurá-lo.


Como já descrevi os itens do menu antes, vou direto aos exemplos de uso.
Para começar, a câmera integrada. Entendo que ela serve apenas para associar a imagem real ao termograma, mas o resultado é meio decepcionante.
Isso acontece porque a tela do aparelho tem apenas 320kh240 pixels e, consequentemente, a imagem da câmera tem a mesma resolução.
Ela serve apenas mais ou menos para tirar fotos, mas, para o trabalho, é mais do que suficiente.
Pelo visto, o balanço de branco da câmera está ajustado para luz natural, porque, em ambientes fechados, a imagem fica esverdeada.


Durante o uso, descobri que as imagens das câmeras não coincidem.
Isso era previsível, já que as câmeras não estão no mesmo eixo óptico: uma fica acima da outra.
Na prática, a distância ideal é de cerca de 1-1.5m, mas, conforme a distância aumenta, o desalinhamento não cresce muito.
Nas fotos, passei pelos cinco modos de exibição e também dei uma olhada no freezer (já que eu estava na cozinha mesmo).
Uma breve explicação do que aparece na tela.
Na parte de cima aparece a temperatura no centro da imagem (marcador central); à direita, a carga da bateria.
Na parte de baixo aparecem as temperaturas mínima e máxima no quadro. Dois marcadores adicionais (que podem ser desativados, se necessário) indicam esses pontos. Mas os marcadores são iguais na tela, então, quando a diferença de temperatura é muito pequena, é difícil saber qual é qual.
No centro da parte inferior aparece a hora atual; à direita, uma barra com o modo da paleta de cores (vou mostrar como funciona mais adiante).

Aliás, o aparelho mediu a temperatura do freezer com bastante precisão, e até usei a micro lanterna integrada à câmera termográfica (sem ela, não dava para ver absolutamente nada).


Para o próximo experimento, preparei uma xícara de café com leite e resolvi testar diferentes esquemas de cores. Infelizmente, enquanto fazia os testes e tirava fotos, o café esfriou :(
Não sei exatamente o nome desses esquemas, mas vou mostrar primeiro o de que mais gostei.
Depois vêm o preto e branco e o negativo em preto e branco.


E mais dois esquemas coloridos. Não tirei fotos de todas as 5 opções; reduzi a seleção à mistura máxima e ao modo totalmente infravermelho.


Depois, passei a fazer testes com aquilo para que ele foi comprado.
Como trabalho com vários tipos de fontes de alimentação e também com eletrônica em geral, e como tudo isso costuma gerar bastante calor, achei que um termômetro sem contato não seria suficiente. Seria mais prático conseguir «ver» tudo isso com mais detalhes.
Para o teste, peguei uma fonte de alimentação bastante conhecida, de 24 V e 4 A, e tirei fotos dela de vários ângulos e em diferentes modos.
Antes, aqueci a fonte com uma corrente de 3.5 A.
Nestas fotos, dá para ver claramente o desalinhamento no plano vertical, na área em que uma imagem é sobreposta à outra.


Desculpem o excesso de fotos, me empolguei :)


Por enquanto, vou encerrar as fotos por aqui. Haverá outras no fim da análise, mas agora vou fazer algo de que gosto muito: desmontar o aparelho.

Como o aparelho é curioso, eu simplesmente não podia deixar de desmontá-lo. Vou dizer mais: assim que o recebi, já queria ver o que tinha dentro, só por curiosidade.
É claro que eu imaginava perfeitamente como ele era montado e o que provavelmente encontraria lá dentro, mas imaginar e pôr a mão na massa são coisas diferentes :))))
É que estou acostumado a avaliar a qualidade de instrumentos e aparelhos não só pelo funcionamento, mas também pela qualidade da montagem.


Só depois de todo o processo me lembrei de que não medi a corrente consumida. Para um dispositivo portátil, isso é muito importante.
Algumas medições me surpreenderam um pouco.
1. Com o aparelho desligado, o medidor não registra nada na faixa de 200 mA, ou seja, a corrente é inferior a 100 µA.
2. A corrente consumida durante a inicialização do aparelho é de cerca de 144 mA.
3. No modo de operação, com 30% de brilho, o consumo varia entre 120 e 130 mA.
4. Entrei no menu e tentei ajustar o brilho para 100%, mas acima de 80% o consumo passou de 200 mA e o aparelho saturou a leitura, então deixei em 80%.
5. A princípio, pensei que o consumo fosse menor enquanto o aparelho estivesse exibindo o menu de configurações, já que não há processamento do sinal das câmeras. Mas descobri que, justamente no menu, o consumo é maior do que no modo de operação.
No menu, com 80% de brilho, a corrente era de 193 mA; ao voltar ao modo de operação, caiu para 166 mA.
6. O modo mais econômico acabou sendo o modo de câmera térmica, com a câmera convencional desligada.
Durante o uso, também notei que, ao sair do modo de câmera térmica e passar para qualquer outro, a imagem anterior aparece por uma fração de segundo. Acontece que, nesse modo, a câmera convencional fica desligada e o consumo diminui bastante.
Com 30% de brilho, o consumo cai para 81 mA. Portanto, 6 horas de funcionamento com um conjunto novo de boas baterias são perfeitamente possíveis.


E, para terminar, algumas fotos de objetos variados que fiz enquanto preparava a análise.
Mas primeiro, uma comparação de antes e depois de levantar a câmera.
À esquerda, antes; à direita, depois.


1, 2. Funcionamento da carga eletrônica. Dá para ver o calor dos dissipadores instalados dentro, embora recebam bastante fluxo de ar. A carcaça está fechada.
3. Aquecimento de um cabo de 2,5 mm² sob uma corrente de 20 A.
Aliás, notei que dá para ver muito bem a distribuição do calor ao longo do cabo.
4. Aquecimento dos contatos do conector da minha análise anterior, com uma corrente de cerca de 20 A.


1, 2. A temperatura máxima de medição especificada é de 300 graus. Na verdade, o aparelho mede até cerca de 320 graus. Na foto, a ponta acesa de um cigarro no cinzeiro.
O aparelho tentava indicar sobrecarga o tempo todo, então tive que ajustar a posição até conseguir mostrar o valor máximo.
3, 4. Câmera fotográfica depois de uma breve sessão de fotos.
5. Esta é a imagem que aparece ao levar o aparelho aquecido para a varanda, quando lá fora está fazendo -20 graus.
6. E esta é a imagem do chão, sem fontes de calor intensas.


E é isso. Agora dá para fazer um pequeno balanço.
Pontos positivos
O aparelho funciona perfeitamente
Funcionou de forma estável, sem falhas nem travamentos
Tem o conjunto mínimo necessário de ajustes.
Construção boa e robusta
Possibilidade de salvar fotos no cartão de memória
Cartão de memória incluído
Estojo resistente incluído.
Boa embalagem.
Preço: não encontrei uma opção mais barata.

Pontos negativos
60x60 é realmente a resolução mínima. Seria melhor ter pelo menos 80x80; para um uso realmente confortável, o ideal seria a partir de 128x128.
O botão do obturador é um pouco mole demais.
As imagens das câmeras não coincidem
A lanterna mais parece estar ali do que funcionar; sem dúvida, precisa ser modificada.
Alimentação por pilhas; seria muito mais prático se fosse recarregável.

Minha opinião. Na verdade, este aparelho fica entre um termômetro infravermelho avançado e os termovisores mais simples. A taxa de atualização da imagem de 6 quadros/s é mais do que suficiente; dá e sobra para a maioria dos trabalhos de medição.
Se tiver que escolher entre um termovisor com resolução maior e outro com mais quadros por segundo, é melhor escolher a resolução maior. Pelo menos, é o que eu escolheria agora.
Confesso que fiquei um pouco decepcionado. Claro que eu imaginava como seria uma imagem de 60x60 pixels, mas queria mesmo que fosse maior.
E o que realmente irrita é o desalinhamento das imagens das câmeras.
Acabei me acostumando, mas penso em modificar a construção para incluir um ajuste.
Entre os pontos positivos do termovisor, vale destacar que até uma opção tão simples ajuda bastante no trabalho, especialmente ao observar mudanças ao longo do tempo. Basta examinar a mesma fonte de alimentação por vários lados para ver a distribuição do calor e identificar as áreas frias e quentes.

Não sei se esta análise vai ajudar alguém, já que o aparelho é bem específico e, mesmo nesta versão simples, não é nada barato.

Imagino que alguém vá perguntar: por que não comprar o Seek Thermal, que tem resolução maior?
Os preços dos aparelhos são mais ou menos iguais. Eu queria uma solução completa e, se comprasse o Seek Thermal, também teria que comprar um smartphone. Além disso, pelo que entendi, ele não funciona com qualquer smartphone. E, se acrescentarmos a isso as dificuldades para comprar…
Enfim, meus critérios eram estes: uma solução completa, capaz de mostrar a imagem térmica de um objeto. E o termovisor analisado atende a esses critérios.

Como sempre, fico à espera de perguntas, complementos e também de comentários.
As fotos infravermelhas são um pouco repetitivas, mas pretendo usar este aparelho em futuras análises, então ainda teremos mais fotos :)