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¿Qué es una cámara térmica y cómo funciona?

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Una cámara térmica es un dispositivo de imagen que detecta la radiación infrarroja de una escena y la convierte en una imagen térmica visible, o termograma. A diferencia de una cámara convencional, no necesita luz visible reflejada para formar la imagen.

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Una cámara térmica es un dispositivo de imagen que detecta la radiación infrarroja de una escena y la convierte en una imagen térmica visible, o termograma. A diferencia de una cámara convencional, no necesita luz visible reflejada para formar la imagen.

La óptica infrarroja enfoca la radiación hacia una matriz de detectores. El detector convierte la energía recibida en señales eléctricas, y la electrónica de la cámara procesa esas señales para generar una imagen en escala de grises o en color. Una cámara térmica radiométrica también puede estimar las temperaturas superficiales aparentes utilizando datos de calibración y valores de medición introducidos.

En resumen, una cámara térmica hace visibles las diferencias en la radiación infrarroja.

Cámaras termográficas portátiles o fijas: una guía para entornos industriales
Términos de termografía que deben conocer los principiantes
Existen varios términos que describen conceptos relacionados, pero no idénticos:

Una cámara termográfica o termógrafo es el dispositivo que forma una imagen a partir de la radiación infrarroja.
La termografía es el proceso de crear e interpretar dicha imagen.
Un termograma es la imagen térmica mostrada o registrada.
La termografía es el uso estructurado de la termografía para la observación o la medición, a menudo con procedimientos e interpretaciones definidos.
Una cámara de infrarrojos puede referirse a una cámara térmica, pero la expresión también puede describir una cámara de infrarrojo cercano que sigue dependiendo de la iluminación infrarroja reflejada.
La distinción es importante porque tanto una cámara nocturna de infrarrojo cercano como una cámara térmica pueden producir imágenes en escala de grises, aunque detectan partes diferentes del espectro. Las cámaras térmicas responden principalmente a la radiación emitida y reflejada por las superficies en su banda de funcionamiento; los sistemas de infrarrojo cercano suelen necesitar una fuente de iluminación externa o ambiental.

Cámara térmica frente a cámara convencional
Característica Cámara térmica Cámara convencional de luz visible
Entrada principal Radiación infrarroja en su banda de funcionamiento Luz visible reflejada
Luz visible No se requiere Se requiere del entorno o de una fuente de luz
Imagen Patrón térmico o termograma Colores, texturas y formas visibles
Óptica típica: Materiales de lentes que transmiten infrarrojos. Vidrio óptico o polímeros transparentes
Datos de temperatura: Disponibles solo en sistemas radiométricos. Normalmente no están disponibles
Ambos sistemas utilizan óptica, un detector, componentes electrónicos y procesamiento de imágenes, pero están diseñados para rangos de longitudes de onda diferentes. El cristal ordinario, que es transparente a la luz visible, bloquea gran parte de la radiación infrarroja de onda larga que utilizan las cámaras térmicas comunes. Por lo tanto, los sistemas térmicos requieren lentes y ventanas protectoras seleccionadas en función de su banda espectral.

Una cámara térmica puede formar una imagen en completa oscuridad, basándose en las diferencias de temperatura de la escena. Una cámara de luz visible proporciona el color de la superficie y los detalles visuales habituales que una imagen térmica no ofrece.

Dónde encaja el infrarrojo térmico en el espectro
La luz visible es una pequeña parte del espectro electromagnético. La radiación infrarroja tiene longitudes de onda más largas que la luz visible y se divide habitualmente en regiones de onda cercana, corta, media y larga. Los límites exactos varían según el campo de aplicación, por lo que la banda espectral documentada de una cámara resulta más útil que una etiqueta genérica como «infrarrojo».

La obtención de imágenes en el infrarrojo cercano es similar a la fotografía convencional: un sensor registra la luz infrarroja reflejada por la escena, a menudo con la ayuda de un iluminador. La imagen térmica utiliza bandas en las que los objetos a temperaturas normales o elevadas emiten radiación detectable. Muchas cámaras térmicas no refrigeradas funcionan en la región del infrarrojo de onda larga, mientras que otros sistemas de detección utilizan bandas diferentes para requisitos específicos de imagen o medición.

No es necesario que los objetos estén calientes para emitir radiación infrarroja. Cualquier objeto por encima del cero absoluto emite energía electromagnética. Su temperatura, emisividad superficial, entorno y propiedades espectrales influyen en la radiación que llega a la cámara.

¿Cómo funciona una cámara térmica?
Principio de funcionamiento de una cámara térmica
1. La radiación infrarroja llega a la lente
Los objetos por encima del cero absoluto emiten radiación electromagnética. A temperaturas terrestres normales, parte de esa energía se encuentra dentro de las bandas infrarrojas que utilizan las cámaras térmicas. La cantidad que llega a la cámara también depende de la emisividad de la superficie, los reflejos, la transmisión y la atmósfera entre el objetivo y la lente.

2. El sistema óptico forma una imagen en el detector
La lente recoge la radiación de la escena y la proyecta sobre una matriz de detectores. La distancia focal determina el campo de visión: una lente más amplia cubre una mayor parte de la escena, mientras que una lente más estrecha concentra más píxeles del detector en un objetivo lejano. El enfoque y la transmisión de la lente afectan a la calidad de la señal que llega al detector.

3. El detector genera respuestas eléctricas
Muchas cámaras térmicas no refrigeradas utilizan una matriz de microbolómetros en el plano focal. Cada elemento detector absorbe la radiación infrarroja, cambia ligeramente de temperatura y produce una respuesta eléctrica medible. La matriz crea un mapa espacial de la radiación recibida de la escena.

Otros detectores térmicos utilizan mecanismos físicos diferentes y pueden requerir refrigeración. La tecnología del detector influye en la sensibilidad, la velocidad, la respuesta espectral, el tamaño, el consumo energético y el coste, pero la cadena básica de generación de imágenes sigue siendo la misma: la óptica forma una escena en una matriz, y la matriz convierte la radiación en señales.

4. La electrónica transforma las señales del detector en un termograma
La cámara lee la matriz de detectores, corrige y procesa las señales, y les asigna valores visibles en escala de grises o en color. La paleta mostrada es una elección de visualización. Las paletas «blanco-caliente», «negro-caliente» o multicolor pueden facilitar la interpretación de distintos patrones, pero cambiar la paleta no modifica la temperatura del objetivo.

El escalado automático de la imagen puede ajustar el contraste mostrado a medida que cambia la escena. Por lo tanto, una superficie puede parecer más clara o más oscura en dos imágenes sin que se produzca un cambio de temperatura correspondiente. Para realizar comparaciones temporales, fije los ajustes de rango y nivel de temperatura; de lo contrario, la visualización podría cambiar independientemente de la temperatura real del objetivo.

5. Los sistemas radiométricos estiman la temperatura
No todas las cámaras térmicas proporcionan valores de temperatura calibrados. Una cámara dedicada exclusivamente a la obtención de imágenes muestra el contraste infrarrojo relativo. Una cámara radiométrica utiliza datos de calibración y un modelo de medición para estimar la temperatura aparente de la superficie para píxeles o áreas cualificados.

Dicho modelo puede tener en cuenta la emisividad, la temperatura aparente reflejada, la distancia, la transmisión atmosférica y la transmisión a través de la óptica externa. El resultado es más fiable cuando el objetivo ocupa todo el área de medición, el enfoque es nítido, se conocen las propiedades de la superficie y se controlan los efectos ambientales.

Por lo tanto, la cámara no mide la temperatura por contacto. Estima la temperatura a partir de la radiación que llega al detector. El termograma y el cálculo de la temperatura son resultados relacionados, pero no son lo mismo.

Detectores térmicos refrigerados y no refrigerados
Módulo infrarrojo refrigerado de onda media Photon M615L
Módulo infrarrojo no refrigerado Turing A640 (imagen), módulo térmico no refrigerado
Un detector no refrigerado funciona a una temperatura cercana a la del entorno y no requiere un sistema de refrigeración criogénica. Las matrices de microbolómetros en el plano focal son habituales en esta categoría. Responden cuando la radiación infrarroja absorbida modifica la temperatura y la resistencia eléctrica de cada elemento detector.

Un detector refrigerado se mantiene a una temperatura de funcionamiento mucho más baja para reducir el ruido generado por el propio detector. Dependiendo de su diseño, puede ofrecer mayor sensibilidad, una respuesta más rápida o funcionar en una banda de infrarrojos diferente. El sistema de refrigeración también aumenta el tamaño, el consumo energético, la complejidad mecánica, el tiempo de arranque y los requisitos de mantenimiento.

Esta distinción no establece una simple clasificación por calidad. El detector adecuado depende de la tarea de obtención de imágenes y del diseño del sistema. Para un principiante, lo esencial es que ambos enfoques cumplen la misma función de alto nivel: convierten una escena infrarroja formada por la óptica en señales eléctricas que pueden procesarse para obtener una imagen.

Cámaras térmicas de solo imagen y radiométricas
Una cámara térmica de solo imagen está diseñada para mostrar el contraste infrarrojo relativo. Puede revelar que una zona difiere de otra sin asignar valores de temperatura calibrados a los píxeles. Esto es suficiente para tareas en las que la detección, la observación o el cambio de patrones son más importantes que la medición de la temperatura.

Una cámara radiométrica añade datos de calibración y un modelo de medición. Estima la temperatura aparente de la superficie utilizando la radiación recibida y datos de corrección como la emisividad, la temperatura aparente reflejada, la distancia, la atmósfera y la transmisión a través de una óptica externa homologada. Los datos disponibles y las funciones de medición dependen del sistema.

Que sea radiométrica no significa que todos los valores mostrados sean igualmente fiables. El enfoque, el tamaño del objetivo, las propiedades de la superficie, los reflejos, las condiciones ambientales, el rango de calibración y la configuración de la medición siguen afectando al resultado. Por lo tanto, la distinción se refiere a la capacidad y al método, no a una afirmación automática de la precisión de la medición.

¿Qué muestra una imagen térmica?
Un termograma representa las diferencias en la radiación infrarroja que llega al detector. En el caso de muchas superficies opacas, la señal incluye tanto la radiación emitida por la superficie como la radiación del entorno reflejada por ella. La atmósfera y la óptica también pueden afectar a la señal recibida.

Por eso, una zona brillante no es automáticamente un objeto caliente. Una superficie pulida y de baja emisividad puede reflejar una fuente más caliente situada fuera de la imagen. Una superficie de alta emisividad suele ofrecer una relación más directa entre la radiación emitida y la temperatura de la superficie.

Las cámaras térmicas revelan patrones superficiales más que estructuras internas. Una tubería oculta puede calentar la superficie visible de la pared y crear un patrón indirecto, pero la cámara no ve a través de la pared. El vidrio común suele aparecer como una superficie reflectante o como un reflejo infrarrojo en los sistemas habituales de onda larga, en lugar de como una ventana transparente.

La interpretación debe combinar el termograma con las propiedades de los materiales, las condiciones de funcionamiento, los componentes comparables y un método de verificación independiente cuando la decisión sea importante.

Del mismo modo, la paleta de colores no se utiliza para medir la temperatura. Las paletas «blanco al rojo vivo», «negro al rojo vivo» y multicolor asignan tonos visibles a la señal procesada para que una persona pueda interpretar los patrones. El nivel y el rango automáticos pueden reasignar esos tonos a medida que cambia la escena. Por lo tanto, dos imágenes pueden utilizar colores diferentes para la misma temperatura aparente, o colores similares para temperaturas diferentes, a menos que la escala y los ajustes sean fijos en todas las imágenes.

El detalle de la imagen proviene de toda la cadena de imagen. El objetivo debe enfocar el objetivo sobre suficientes elementos detectores, el detector debe conservar una señal adecuada y el procesamiento debe mostrar el contraste detectado sin crear expectativas engañosas. Una pantalla grande o una imagen ampliada no recuperan los detalles de la escena que la óptica y el detector no captaron.

¿Para qué se utilizan las cámaras térmicas?
Las cámaras térmicas se utilizan en cualquier lugar donde los patrones de temperatura o el contraste infrarrojo proporcionen información que las imágenes visibles no pueden mostrar directamente.

Entre las aplicaciones más comunes se incluyen:

Inspeccionar conexiones eléctricas y equipos en busca de calentamiento anómalo
Observar patrones de temperatura mecánicos y superficies de proceso
Detectar pérdidas de calor en la envolvente del edificio, falta de aislamiento o patrones relacionados con la humedad
Registro del comportamiento térmico con fines de investigación y desarrollo de productos
Supervisión de áreas definidas en la oscuridad o con escasa iluminación visible
No todos estos usos requieren el mismo tipo de cámara. Algunos necesitan mediciones de temperatura calibradas, mientras que otros solo requieren imágenes fiables. El tamaño del objetivo, la distancia, el rango de temperatura, el nivel de detalle requerido y el flujo de trabajo de los datos determinan la configuración adecuada.

Medición de temperatura sin contacto para inspecciones rápidas de interruptores automáticos
Medición de temperatura sin contacto para inspecciones rápidas de interruptores automáticos
La descripción general de Raythink sobre las aplicaciones de la termografía ofrece ejemplos adicionales en entornos industriales y de monitorización. Para cualquier aplicación, la imagen térmica debe tratarse como una prueba que hay que interpretar, no como un diagnóstico automático de la causa raíz.

Limitaciones básicas y conceptos erróneos comunes
Las cámaras térmicas muestran principalmente la radiación asociada a las superficies visibles. No revelan directamente las estructuras internas. Un componente oculto puede crear un patrón de temperatura en una superficie expuesta, pero la cámara detecta ese patrón superficial en lugar de ver a través del material.

El vidrio común es otra fuente habitual de confusión. El vidrio, que es transparente a la luz visible, bloquea gran parte de la radiación infrarroja de onda larga que utilizan muchas cámaras térmicas. La cámara puede mostrar la temperatura de la superficie del vidrio o la radiación infrarroja reflejada, en lugar del objeto que se encuentra detrás de él.

Los materiales reflectantes y de baja emisividad pueden actuar como espejos infrarrojos. Una zona brillante o que parezca fría puede ser un reflejo del entorno, en lugar de la temperatura superficial que espera el observador. El enfoque y el tamaño del objetivo también son importantes: si el objetivo no ocupa suficientes elementos del detector, su patrón y su estimación de temperatura pueden confundirse con el fondo.

Por último, un termograma no es un diagnóstico. Muestra un patrón infrarrojo que debe interpretarse teniendo en cuenta el material, la carga, las condiciones del proceso, el punto de comparación y el método de inspección. Las decisiones importantes deben estar respaldadas por información corroborativa.

Conclusión
Una cámara térmica utiliza óptica infrarroja para formar una imagen en una matriz de detectores. El detector convierte la radiación en señales eléctricas, y los componentes electrónicos procesan esas señales para generar un termograma. Los sistemas radiométricos incorporan un modelo calibrado para estimar la temperatura superficial.

La imagen representa la radiación que llega al detector, por lo que el enfoque, las propiedades de la superficie, los reflejos, la atmósfera y el tamaño del objetivo influyen en la interpretación. Comprender esta cadena de procesos es la base para utilizar correctamente las imágenes térmicas.

Si está evaluando las cámaras térmicas industriales de Raythink, compruebe primero si la tarea requiere la obtención de imágenes, la medición radiométrica o ambas cosas, lo que determinará el detector, la óptica, la calibración y el flujo de trabajo de software adecuados.

Preguntas frecuentes
¿Todas las cámaras térmicas miden la temperatura?
No. Las cámaras que solo captan imágenes muestran un contraste infrarrojo relativo. Las cámaras radiométricas utilizan datos de calibración y valores de medición para estimar la temperatura aparente de la superficie.

¿Puede una cámara térmica funcionar en completa oscuridad?
Sí. No requiere luz visible. La escena debe presentar un contraste infrarrojo para que el objetivo destaque sobre el fondo.

¿Los colores de las imágenes térmicas muestran el color real de un objeto?
No. La cámara asigna valores en escala de grises o pseudocolores a la señal infrarroja procesada. La paleta ayuda al observador a interpretar los patrones, pero no representa el color visible del objeto.

¿Puede una cámara térmica ver a través de las paredes?
No. Tal y como se explica con más detalle en «¿Pueden las cámaras térmicas ver a través de las paredes?», una cámara térmica normalmente detecta la radiación procedente de la superficie de la pared. La transferencia de calor desde un objeto oculto puede crear un patrón superficial indirecto, pero la cámara no está captando la imagen del objeto a través de la pared.

¿Es la termografía lo mismo que la visión nocturna?
No necesariamente. Los sistemas de visión nocturna en el infrarrojo cercano registran la luz reflejada en el infrarrojo cercano. La termografía detecta la radiación en las bandas del infrarrojo térmico y puede formar una imagen sin iluminación visible ni en el infrarrojo cercano.