I payload professionali per droni identificano quell’insieme di dispositivi 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 post è fornire un riferimento per individuare e comprendere le caratteristiche tecniche importanti di cui bisogna tener conto, nella scelta di ogni tipo di payload professionale per il drone.

Payload professionali droni per attività specifiche

I payload professionali per droni, possono essere di vari tipi, e di norma sono dispositivi del tipo add-on che si montano con appositi sistemi su droni professionali. 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 i payload professionali droni realizzati da Flir, Workswell e altri.

Tra i payload professionali più noti e utilizzati per i droni ci sono:

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 payload professionali sopra elencato, è caratterizzato da una serie di parametri correlati, meglio noti come specifiche tecniche, che devono essere attentamente valutate nel caso si debba dotare il proprio drone di un payload professionale. Le specifiche tecniche, poichè dipendono dal costruttore del payload, non sempre utilizzano le stesse specifiche tecniche, e questo rende talvolta difficile il confronto.

Tra gli aspetti fondamentali da considerare nella scelta del payload professionale è il peso del payload, che ha la sua rilevanza nei confronti del tipo di drone professionale utilizzato. In termini pratici il peso del payload scelto deve essere sempre minore del payload consentito per il drone. Il drone, inoltre, deve poter alloggiare il payload, ovvero quest’ultimo deve essere compatibile con il sistema di montaggio del payload professionale esistente sul drone.

Payload professionali droni – Camere multispettro

Le camere multispettro sono dei payload professionali utilizzati prevalentemente in agricoltura per stabilire una serie di informazioni sulle coltivazioni, come ad esempio l’indice di salute della vegetazione, l’analisi della vegetazione, etc.

MicaSense Altum Camera Multispettro -Termocamera UAv

MicaSense Altum – Fonte Micasense

Specifiche tecniche delle camere multispettro

Gli elementi su cui focalizzare, nella scelta di una camera multispettro sono essenzialmente due:

risoluzione del sensore,
filtri.

Risoluzione del sensore

La risoluzione del sensore della camera multispettro è molto importante, in quanto da questa dipendono la qualità dei rilievi. Risoluzioni superiori ai 10MP sono quindi fondamentali. Quindi, tanto maggiore è la risoluzione in MP, migliore è il risultato ottenuto con il rilievo.

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, compreso tra 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 dotazione dei filtri è quindi fondamentale per una camera multispettro.

Payload professionali droni – LIDAR scanner

I LIDAR scaner (LIght Detection And Ranging ), sono dei payload professionali per droni utilizzati per rilievi di precisione il cui scopo è la realizzazione di immagini 3D, mappe ad alta risoluzione, etc.

Riegl VUX-1UAV Lidar laser scanner Drone

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 il drone professionale 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 massimo di misura, indica il range (intervallo) di misurazioni effettuate per secondo in 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.

Payload professionali – Termocamere

Le termocamere, consentono di effettuare rilievi termografici con drone in ambito edilizia, per individuare difetti come distacchi, infiltrazioni nelle costruzioni e nell’ambito del solare per individuare malfunzionamenti nei pannelli.

FLIR Vue Pro R – Immagine tratta dal sito web di Flir

Specifiche tecniche termocamera

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 < 0,04^oC. Minore è il valore più è accurata quindi la misura di temperatura.

FOV e IFOV

FOV e IFOV, indicano due parametri spaziali della termocamera. Il FOV indica la massima area coperta (vista) dalla termocamera a 1 metro di distanza, mentre l’IFOV definisce 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 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 manuali, 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 – Pro e contro“.

Payload professionali – 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.

Dji Zenmuse X4s Videocamera gimbal 3 assi droni

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, è importante 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 le batterie 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.

Payload professionale – Scelta

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 chi fosse interessato ad acquisire maggiori informazioni sui payload per droni, sui droni e gli ecosistemi collegati, si consiglia l’eBook realizzato da Drone Edu, disponibile al seguente link – “Guida droni – Drone dalla scelta alla creazione di una startup“.

L’intera offerta formativa di Drone Edu, per i piloti di droni-UAS, sono disponibili ai seguenti link: Formazione pilota UAS e Operatività droni.

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Crediti: 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 con 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 evidenza è tratta dal sito pixabay.com, libera per usi commerciali e senza richiesta di attribuzione. L’autore è Pexels. L’immagine di copertina dell’eBook “Guida droni – Drone dalla scelta alla creazione di una startup”, riportata nell’articolo è stata realizzata da Drone Edu.

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