Wärmebild-Pixelaufösung, Auflösungssteigerungsverfahren, Auswahl an Optiken

In den letzten Jahren haben sich berührungslose Temperaturmessgeräte (Infrarotkameras mit thermografischen Fähigkeiten) rasant weiterentwickelt. Wenn man bedenkt, dass diese Geräte erst vor 50 Jahren auf den Markt kamen, sind sie heute eines der bekanntesten und vielseitigsten Prüfgeräte geworden. Daher sollte es nicht überraschen, dass das Angebot auf dem Markt (Hersteller, Typen) sehr vielfältig ist. Für Kunden, die den Kauf einer Wärmebildkamera planen, ist es daher nicht mehr der Mangel an Typen, die ihren Anforderungen entsprechen, sondern die Unübersichtlichkeit des riesigen Angebots, die ein Problem darstellt. Es ist also an der Zeit, die Entwicklung und Typen dieser Geräte fachmännisch zu überprüfen und ihr aktuelles Angebot anhand einiger wichtiger technischer Parameter zu ordnen. Denn: Die in den Kameras verwendete Messtechnologie und das Zubehör bestimmen den Anwendungsbereich des Geräts sowie die erwartete Messgenauigkeit und die verfügbare Bildqualität.

Matrix-Wärmebildkameras Pixelauflösung - Überblick über das aktuelle Marktangebot

Neben der geometrischen Auflösung (also der Größe eines "Bildpunkts" auf der Objektoberfläche, die zu einem einzelnen Sensor gehört) bestimmt die Anzahl der Pixel in der Wärmebildkamera die Bildqualität bzw. genauer gesagt die Messgenauigkeit. Der Grund dafür ist, dass zur grafischen (visuellen) Erkennbarkeit eine bestimmte minimale Anzahl von Pixeln auf bestimmte Teile des zu messenden Objekts fallen muss - genauso wie wir es von digitalen Fotos gewohnt sind. Es ist leicht verständlich, dass bei mehr Pixeln die Objektoberfläche mit größerer Detailgenauigkeit oder eine größere Objektoberfläche mit derselben Detailgenauigkeit auf einem einzigen Wärmebild dargestellt werden kann. Wenn die Anzahl der Pixel gering ist, müssen viele Aufnahmen gemacht werden, und für die Auswertung zusammenhängender Objekte und die Erstellung von Berichten ist oft eine Montage der Bilder erforderlich (was eine sehr zeitaufwändige Arbeit ist). Bei Wärmebildkameras ist diese Frage nicht unbedeutend. Während wir bei digitalen Kameras von Auflösungen von 10, 12 oder sogar über 20 Megapixeln sprechen, haben Matrix-Wärmebildkameras typischerweise 320x240 (also 76.800) oder 384x288 Pixel, bei den professionellsten Wärmebildkameras sogar 640x480 (also 307.200) oder sogar 1024x768 (also 786.432) Pixel. Es gibt auch Kameras mit geringerer Leistung - ein häufiger Typ mit 160x120 (also nur 19.200) Pixeln oder sogar nur 80x80 oder 96x96 Pixeln, die daher nur in der Lage sind, kleinere Oberflächen mit akzeptabler Detailgenauigkeit darzustellen, was ihren Anwendungsbereich natürlich stark einschränkt (oder die Wärmebildkamera sogar unbrauchbar macht). Aufgrund der Entwicklung der Sensoren von Wärmebildkameras werden immer mehr Kameras mit mehr Pixeln hergestellt. Interessanterweise ist der Preis pro Pixel bei den besten - mit 640x480 oder 1024x768 Pixeln und einer Bildwiederholrate von 50 oder sogar 240 Hz - ausgestatteten Wärmebildkameras am günstigsten (sogar um eine Größenordnung günstiger als bei Kameras mit geringer Pixelanzahl - den sogenannten Low-Cost-Wärmebildkameras).

 Abbildung: Low-Cost-Wärmebildkamera mit 120x160 Pixeln / professionelle Wärmebildkamera mit 2048x1536 Pixeln [Quelle: PIM]

Die Abbildung auf der nächsten Seite zeigt sehr anschaulich, wie sich die Anzahl der Pixel auf die Effizienz des Arbeitsprozesses auswirkt: Das Bild auf der rechten Seite (640x480 Pixel) wurde mit einem einzigen Knopfdruck vor Ort erstellt und - da es alle Informationen zur untersuchten Gebäudeseite enthält - kann auch mit einem einzigen Mausklick in das Protokoll eingefügt werden. Im Gegensatz dazu kann das Bild auf der linken Seite (160x120 Pixel) nur einen kleinen Teil der Gebäudeseite erfassen, und seine Detailgenauigkeit lässt zu wünschen übrig. Um die Qualität des Bildes auf der rechten Seite zu erreichen, wären 16-mal so viele Aufnahmen erforderlich, aber für die nachträgliche Montage der Wärmebilder benötigen wir sogar Überlappungen, so dass wir viel mehr - möglicherweise 20-25 - Aufnahmen vor Ort machen müssen. Natürlich dauert die Aufnahme eines 640x480-Pixel-Wärmebildes mehrere Male länger. Die eigentliche Unannehmlichkeit erwartet uns jedoch beim Erstellen des Protokolls, da wir hier mit dem zeitlichen Aufwand von 20-25 Montagearbeiten für die Wärmebilder konfrontiert werden, die je nach Geschicklichkeit zwischen 30 Minuten und mehreren Stunden dauern können. Es ist also zu überlegen, ob man sich für eine Wärmebildkamera mit geringerer Pixelanzahl entscheidet (und die Einsparung mit mehrfacher zusätzlicher Arbeit bezahlt), oder ob man durch eine Wärmebildkamera mit höherer Pixelanzahl das Werkzeug für effizientes Arbeiten erhält.

Abbildung: 120 x 160 oder 640 x 480 Pixel-Wärmebild [Quelle: InfraTec]

Wärmebild-Pixelaufösung-Steigerungsverfahren (innerhalb des Sichtfelds der Wärmebildkamera)

Erhöhung der Softwareauflösung durch Interpolation Da aufgrund der relativ geringen Anzahl von Bildpunkten bei Wärmebildkameras die Erstellung beeindruckender Wärmebilder (und somit von Berichten) große Schwierigkeiten bereitet, wenden einige Hersteller von Wärmebildkameras zur Linderung dieses Problems die in grafischen Bildverarbeitungsprogrammen übliche Interpolation an. Bei diesem Verfahren wird zwischen jedem Pixelpaar des aufgenommenen Wärmebildes ein weiterer - mathematisch interpolierter - Bildpunkt erzeugt, wodurch die Anzahl der Bildpunkte im Wärmebild um das Vierfache erhöht wird (durch Verdoppelung in horizontaler und vertikaler Richtung). Allerdings liefert dieses Verfahren ein Wärmebild, das 75% berechnete - also nicht reale, nicht gemessene - Bildpunkte enthält. Die Verbesserung der visuellen Darstellung des Wärmebildes erfolgt daher auf Kosten der Verfälschung des Dateninhalts des Wärmebildes. Die Anwendung dieses Verfahrens wird daher nicht empfohlen. Erhöhung der Softwareauflösung durch Ausnutzung von Handzittern Ausgehend davon, dass eine Sensormatrix tatsächlich nicht aus nahtlos nebeneinander angeordneten einzelnen Sensoren besteht, sondern um jeden Sensor herum eine (fast halbpixelige) - nicht messende - Lücke vorhanden ist (um thermische Durchdringung zu vermeiden und aufgrund der elektrischen Verdrahtung der einzelnen Sensoren), erfolgt auch die Erfassung des zu messenden Objekts nur "lückenhaft". Um dieses Problem zu lösen, hat sich in den letzten Jahren anstelle der Interpolation ein anderes softwarebasiertes Verfahren zur Erhöhung der Pixelauflösung von Wärmebildern verbreitet (z. B. unter den Namen Super Resolution oder UltraMax). Diese Verfahren basieren auf den geringfügigen horizontalen und vertikalen Verschiebungen im Sichtfeld, die durch das Zittern oder die Bewegung der Hand des Benutzers beim Halten der Wärmebildkamera entstehen. Die Methode ist sehr einfach: Anstatt eines Wärmebildes werden die Daten von 16 Wärmebildern gespeichert, und mithilfe der Software werden die vier Aufnahmen ausgewählt, die aufgrund des Handzitterns genau um einen halben Pixel horizontal und vertikal zueinander passen, und die Wärmebilder werden pixelweise nebeneinander oder untereinander angeordnet und zusammengefügt. Auf diese Weise entstehen auch Daten für die leeren Stellen zwischen den ursprünglich jeweils zwei elementaren Sensoren (Bildpunkten), und die Anzahl der Bildpunkte verdoppelt sich sowohl horizontal als auch vertikal im Vergleich zur ursprünglichen Detektormatrix - unser Wärmebild wird viermal so hoch aufgelöst sein wie die ursprüngliche Pixelanzahl. Darüber hinaus verbessert sich auch die geometrische Auflösung der Wärmebildkamera (genau um 34%), da die Erfassung des Sichtfelds nun nahtlos erfolgt. So einfach (und kostengünstig) diese Methode auch ist, sie birgt auch einige Fallstricke. Bei einer auf einem Stativ montierten Wärmebildkamera ist sie überhaupt nicht anwendbar, und auch das Zittern der Hand des Benutzers muss nur sehr selten ausreichend "regelmäßig" sein, damit die Software aus den gespeicherten 16 Wärmebildern 4 auswählen kann, die auf die beschriebene Weise zusammengefügt werden können. (Denken Sie daran, dass der gesamte Vorgang fast eine Sekunde dauert: Wenn sich unsere Hand während dieser Zeit neigt oder kontinuierlich absinkt, werden niemals 4 passende Wärmebilder gefunden.) Darüber hinaus ist der softwarebasierte Bildauswahlalgorithmus auch in solchen Fällen nicht in der Lage, Wärmebilder auszuwählen, wenn das Wärmebild nicht ausreichend große und klare Kontraste (steile Temperaturgradienten) aufweist oder wenn in einem Teil des Sichtfelds eine Verschiebung stattfindet. In den oben genannten Fällen wendet die Software - leider ohne jegliche Warnung - anstelle des Zusammenfügens der Wärmebilder zur Erreichung der gewünschten Pixelanzahl die in der Interpolationsmethode beschriebene Auflösungserhöhung an. Dadurch entstehen nicht vorhandene Bilddatenpunkte, und die "versprochene" Verbesserung der geometrischen Auflösung durch die Methode wird nicht erreicht! Aus messtechnischer Sicht wissen wir also nie, welches unserer auf diese Weise erstellten Wärmebilder tatsächlich nur echte Pixel enthält und wann wir tatsächlich eine bessere geometrische Auflösung erwarten können. Die Anwendung dieses Verfahrens wird daher nicht empfohlen. Erhöhung der Hardwareauflösung mit dem Micro-Scan-Verfahren Die vierfache Pixelanzahl der in Matrix-Wärmebildkameras eingebauten Sensormatrix kann nur zuverlässig (und garantiert) durch Hardwareänderungen erreicht werden, wie oben beschrieben. Hierzu ändern wir (innerhalb der Wärmebildkamera!) durch Mikrobewegungen des Sensors oder durch die optische Ablenkung der einfallenden Strahlung die Position des Strahlenbündels, das auf die Sensormatrix projiziert wird, nacheinander horizontal und vertikal. Auf diese Weise wird auch die Strahlung, die auf die ursprünglich leeren Stellen zwischen jeweils zwei elementaren Sensoren (Bildpunkten) projiziert wurde, erfasst, und somit können für die Bildgebung verwendbare Daten generiert werden, während die geometrische Auflösung der Wärmebildkamera in jedem Fall (ohne Ausnahme) um 34% zunimmt. Da dieses Verfahren nicht auf dem Zittern unserer Hand basiert, kann es natürlich auch bei einer auf einem Stativ montierten Wärmebildkamera angewendet werden. Obwohl das Micro-Scan-Verfahren auch nicht gerade als schnell bezeichnet werden kann (es dauert 0,5 ... 1 Sekunde, um ein hochauflösendes Wärmebild aufzunehmen), ist es derzeit die einzige Methode, um echte Pixelbilder mit maximaler geometrischer Auflösung zu erstellen. Beispiele für Wärmebildkameras mit dieser Fähigkeit sind die Gerätefamilien Jenoptik VarioCAM, die über eine optionale Funktion namens Resolution Enhancement verfügen. Mit den Wärmebildkameras VarioCAM hr mit einem Detektor von 640x480 Bildpunkten können im Micro-Scan-Modus 1,23 Millionen Bildpunkte und mit den Wärmebildkameras VarioCAM HD mit einem Detektor von 1024x768 Bildpunkten 3,15 Millionen Bildpunkte - ausschließlich echte Messdaten enthaltende - Wärmebilder erstellt werden. Dies ermöglicht es, äußerst detaillierte Messungen von sehr großen Oberflächen ohne jegliche nachträgliche Montage durchzuführen.

Abbildung: Matrixdetektor und Micro-Scan*-Pixelauflösung [Quelle: PIM] * Erstellung eines vierfach höher aufgelösten Wärmebildes durch Zusammenfügen von 4 aufeinanderfolgenden Wärmebildern

Verfahren zur Erhöhung der Pixelauflösung von Wärmebildern durch nachträgliches Montieren von Wärmebildern

Panoramabild Die thermografische Darstellung großer Objekte (z. B. Industrieanlagen, Gebäude, große Maschinenstrukturen, Öfen usw.) geht oft mit dem Anspruch einher, das gesamte Objekt in einer einzigen thermografischen Aufnahme betrachten zu können, um die Zusammenhänge zwischen den Temperaturen des Objekts zu erkennen. Dies ist natürlich selbst bei Anwendung des Micro-Scan-Verfahrens nur selten mit nur einer Wärmebildaufnahme realisierbar, da selbst bei Einhaltung der obligatorischen geometrischen Auflösung oft nicht einmal 3,15 Megapixel ausreichen und die örtlichen Bedingungen in den meisten Fällen nicht zulassen, dass ein umfangreiches Objekt von einem einzigen Standort aus in seiner gesamten Ausdehnung erfasst wird. Wenn es sich bei dem betreffenden Objekt um ein horizontal ausgedehntes Objekt handelt, bietet die Panoramaaufnahmefunktion bei vielen Wärmebildkameratypen eine Lösung. Durch Verwendung dieser Funktion können mehrere (überlappende) Wärmebilder hintereinander aufgenommen werden, während die Wärmebildkamera horizontal gedreht oder "weiterbewegt" wird, und die Software der Wärmebildkamera (oder die entsprechende PC-Software) fügt diese Wärmebilder automatisch zu einem zusammenhängenden, langgestreckten Wärmebild zusammen. Natürlich hängt das Ergebnis dieser Zusammenfügung von der Software ab, ob es nur eine zusammenhängende grafische Darstellung (die nur noch ein schönes farbiges Bild ist und daher nicht korrigiert oder weiter ausgewertet werden kann) oder sogar eine weitere (größere) Wärmebild-Datendatei (die mit der thermografischen Auswertungssoftware genauso korrigiert, verarbeitet und ausgewertet werden kann wie die ursprünglichen individuellen Datendateien) ist. Natürlich stellt letzteres die wahre Lösung dar. Die Grenze des Verfahrens liegt darin, dass es nur eine horizontale Bildreihe verarbeiten kann. Zweidimensionales (automatisches) Wärmebild-Montieren Das Zusammenfügen (Montieren) gespeicherter Wärmebilder ist insbesondere bei umfangreichen Objekten oft erforderlich, aber dazu reicht typischerweise die Erstellung eines horizontalen (Panorama-)Bildes nicht aus. Wenn jedoch nicht nur horizontal, sondern auch vertikal mehrere Wärmebilder montiert werden müssen, steigt die Anzahl der insgesamt zu verarbeitenden Wärmebilder explosionsartig an - und damit natürlich auch die für den Arbeitsablauf erforderliche Zeit. Es bedarf keiner ausführlichen Erklärung, wie viel Hilfe eine Software bieten kann, die das automatische Montieren von Wärmebildern durchführt. Vor allem, wenn das Ergebnis des Zusammenfügens gespeicherter Wärmebilder eine größere Pixelgröße aufweist und in eine Datendatei ohne Einschränkungen zur weiteren Auswertung überführt wird (also nicht nur ein grafisches Bild). Natürlich ist ein solches automatisches Zusammenfügen an mehrere Bedingungen gebunden: Die Wärmebilder müssen über eine ausreichend große Abdeckung verfügen, ihre Aufnahme muss aus demselben Beobachtungswinkel und aus derselben Entfernung erfolgen. Darüber hinaus sind einheitliche Messbedingungen und dieselben Wärmebildkameraeinstellungen "erforderlich". Dies erfordert sehr viel Disziplin und präzise Arbeit vor Ort, aber die Einhaltung davon zahlt sich mehrfach aus: Mit der Software IRBIS3 Mosaik der Firma Infratec können beispielsweise in nur 5 Minuten bis zu mehreren Dutzend Wärmebilder perfekt und automatisch in eine einzige, uneingeschränkt auswertbare Datendatei montiert werden, anstatt stundenlange manuelle Korrekturen und Zusammenfügungen von Wärmebildern durchzuführen. Zu den besonderen Fähigkeiten der genannten Software gehören die Anpassung der Temperaturskalierung der Wärmebilder aneinander, die Korrektur der optischen (perspektivischen) Verzerrung der Wärmebilder und verschiedene (wählbare) mathematische Methoden zur Anpassung der Wärmebilddaten aneinander.

Abbildung: Aus 7 x 8 (=56!) individuellen 1,23-Megapixel-Wärmebildern zusammengesetztes A2 (Wandkalender)-großes Wärmebild [Quelle: PIM]
(Das Gitter zeigt die Anordnung der Wärmebilder, die hellen Flächen zeigen die Größen der Original-Wärmebilder / angewendete Überlappung >40%/)

Thermografie-Objektive, Vorsatzlinsen

Das Wichtigste: Thermografie-Objektive dürfen nicht aus Glas, sondern nur aus Materialien hergestellt werden, die den Wellenlängenbereichen der Wärmebildkamera entsprechen. Es ist also nicht möglich, eine Wärmebildkamera zu kaufen und dann ein optisches Mikroskop-Objektiv davor zu setzen, nur weil wir gerade sehr kleine Objekte messen möchten. Aber auch das Objektiv einer Langwellen-Wärmebildkamera kann nicht vor eine Mittelwellen-Wärmebildkamera (und umgekehrt) montiert werden. (In beiden Fällen würden wir feststellen, dass keine Strahlung gemessen werden kann.) Bei Langwellen-Wärmebildkameras besteht das Linsenmaterial typischerweise aus Germanium, das mit einer speziellen Antireflexbeschichtung versehen ist und so Transmissionsfaktoren von bis zu über 99% erreicht. (Daher sollten Verschmutzungen auf den Optiken nicht mit Chemikalien oder abrasiven Reinigungsmitteln entfernt werden!) Wenn es jedoch um die Objektive von Wärmebildkameras geht, können wir nicht umhin, einen grundlegenden Unterschied zwischen Low-Cost- und professionellen Geräten zu machen.

Während bei den vorherigen Geräten die möglichst kleine Größe (und damit der niedrigste Preis) charakteristisch war, in der Regel mit einer unzerbrechlichen - und trotz ihres langwelligen Bereichs vielleicht nicht germaniumbasierten - eingebauten Linse, sind die professionellen Geräte eher groß und haben oft die Möglichkeit, das Objektiv je nach Bedarf auszutauschen. (Schon seit einigen Jahren gibt es auch LowCost-Geräte mit austauschbaren Objektiven!) Warum sind eine große Linse und der Austausch wichtig? Der Einfluss des Linsendurchmessers auf die Messfähigkeiten Je größer der Durchmesser einer optischen Linse einer Wärmebildkamera (genauer gesagt: ihre Öffnung), desto mehr Strahlungsenergie gelangt auf die Oberfläche des Wärmebildsensors. Die Helligkeit des optischen Systems (hier: die übertragene Infrarotstrahlungsintensität) wird durch die Blendenzahl bestimmt, die das Verhältnis von Brennweite und Öffnungsdurchmesser der Linse ist. Logischerweise führt eine kleinere Blendenzahl zu einem größeren Linsendurchmesser und einer höheren Energiezufuhr zum Sensor, was natürlich zu einer höheren Empfindlichkeit und Genauigkeit führt. Aber Vorsicht: Je größer der Linsendurchmesser, desto mehr weicht das Modell des idealen optischen Systems - der Gauss'schen Optik - ab. Dadurch nehmen die Abbildungsfehler (z. B. Bildverzerrungen) zu, die nur mit immer anspruchsvolleren Linsenformen ausgeglichen werden können. Wenn wir dies mit einigen Zahlen belegen möchten, vergleichen wir die verbreitetsten Mikrobolometer-Wärmebildkameras der "LowCost"-Kategorie. Die kleinen Objektive von LowCost-Wärmebildkameras ermöglichen eine Empfindlichkeit von höchstens 100 mK bei einer Bildwiederholrate von 50 Hz, um eine bessere thermische Auflösung (z. B. 80 oder 60 mK) zu erreichen, muss die Integrationszeit erhöht werden - dh die Bildwiederholfrequenz muss auf 30, 25 oder sogar nur 9 Hz reduziert werden. Große Objektive von professionellen Wärmebildkameras ermöglichen je nach den Fähigkeiten des Wärmebildkamera-Herstellers eine thermische Auflösung von 50 oder sogar 30 mK bei einer Bildwiederholrate von 50 Hz oder sogar 240 Hz. Natürlich ist es auch nicht so, dass das Objektiv einer LowCost-Wärmebildkamera höchstens einige hunderttausend Forint kostet, während die Preise für thermografische Optiken bei professionellen Geräten über einer Million Forint liegen. Notwendigkeit und Auswahl von Austauschobjektiven Bei thermografischen Messungen ist neben der für die Bewertung erforderlichen Beobachtungsfeldgröße die Bereitstellung einer korrekten geometrischen Auflösung unerlässlich für die präzise Temperaturmessung. Zum Beispiel kann bei einem "Standard" -Objektiv mit einer geometrischen Auflösung von 2 mrad die Temperatur von Objekten (oder Objektdetails) mit einer Größe von mindestens 30 mm bei einer Entfernung von 5 m sicher erfasst werden. Für die Messung kleinerer Objekte müssen wir entweder eine kleinere Messdistanz oder eine andere Optik wählen. (Übrigens könnte eine thermografische Aufnahme die Temperatur des kleinen Objekts, das uns interessiert, nicht nachweisen.) Wenn wir also das oben genannte "Standard" -Objektiv durch ein Teleobjektiv ersetzen, können wir bei einer geometrischen Auflösung von 1 mrad auch die Temperaturen von 15 mm großen Objekten aus einer Entfernung von 5 m messen. (Anmerkung: Der in Wärmebildkameras eingebaute ZOOM ist nur eine digitale Vergrößerung, die dieses Problem nicht löst - im Gegenteil: Die teuer gekauften Wärmepixel werden in diesem Fall sogar aus unserer Messung ausgeschlossen. Verwenden Sie es also niemals!) Insbesondere bei professionellen Wärmebildkameras gibt es eine große Auswahl an Austauschobjektiven, die oft nicht mit einem Gewinde, sondern mit einem Bajonettanschluss für einen einfachen Austausch am Wärmebildkamera verbunden sind. Diese Linsen verfügen idealerweise auch über eine elektronische Kodierung, damit die Wärmebildkamera automatisch erkennt, mit welcher Linse wir arbeiten, und automatisch die Kalibrierungsdatendatei für die Linse lädt. Letzteres ist erforderlich, da die Kalibrierung jeder Wärmebildkamera immer zusammen mit der montierten Linse erfolgt, um die gemeinsame Bestimmung und Korrektur der Charakteristika der Linse und der Wärmebildkamera zu gewährleisten. Daher ist beim Austausch des Objektivs eine andere Kalibrierungsdatendatei zur Korrektur der Strahlungserkennung erforderlich. (Daraus folgt natürlich auch, dass der nachträglich erworbene Objektivwechsel eine erneute werkseitige Kalibrierung der Wärmebildkamera erfordert. Ebenso können selbst bei identischen Wärmebildkameras "gleiche" Objektive nicht einfach ausgetauscht werden.) Zusätzliche Anmerkung: Leider gibt es keine ZOOM-Objektive für Wärmebildkameras für temperaturmessende Zwecke. Einerseits liegt dies an den unerschwinglichen Kosten solcher Objektive, andererseits an dem echten Ausschlussgrund, nämlich dem Kalibrierungsbedarf der Wärmebildkamera: Da bei einem ZOOM-Objektiv die Größe der virtuellen Blende bei jeder Vergrößerungseinstellung unterschiedlich ist, wäre für jede mögliche (kontinuierliche ZOOM = unendlich viele) Einstellung eine separate Kalibrierung erforderlich.

 

Ábra: Hőkép-felbontás elérése teleobjektív használatával [forrás: InfraTec]

Die am weitesten verbreiteten Objektive und ihre Rolle (bzw. "Nebenwirkungen") werden in der folgenden Liste dargestellt: Standardobjektiv Abhängig von der Pixelauflösung des Wärmebildkameradetektors können mit diesen Objektiven ungefähr 20x15° ... 30x25° Sichtfelder bei geometrischen Auflösungen von 2,4 ... 0,6 mrad erreicht werden. Teleobjektiv Im Vergleich zu Standardobjektiven können typischerweise bei Halbierung beider Dimensionen des Sichtfelds doppelt so gute (numerisch halbierte) geometrische Auflösungen erzielt werden. Es gibt auch "größere" Teleobjektive, die eine Viertelung oder sogar eine Zehntelung der Sichtfeldgrößen und der geometrischen Auflösung bieten, wodurch die geometrische Auflösung entsprechend verbessert wird. Weitwinkelobjektiv Im Vergleich zu Standardobjektiven kann typischerweise eine Verdopplung beider Dimensionen des Sichtfelds erreicht werden, wobei die geometrische Auflösung gleichzeitig halbiert wird (numerisch verdoppelt). Es gibt auch sogenannte Superweitwinkelobjektive, mit denen eine Vervierfachung der Sichtfeldgrößen und der geometrischen Auflösung möglich ist (bei gleichzeitiger Viertelung der geometrischen Auflösung). Vorsatzlinsen, Makroobjektive Die primäre Funktion dieser Linsen besteht darin, die minimale Messdistanz der Standardobjektive bzw. Teleobjektive zu verringern, um es zu ermöglichen, sehr kleine Objekte auch aus Entfernungen zu messen, die den Anforderungen an die geometrische Auflösung entsprechen. Mikroskopobjektive Mikroskopobjektive werden zur Messung speziell kleiner Objekte verwendet. Sie werden in der Regel nur auf Bestellung hergestellt, und ihre Darstellungsfähigkeiten ähneln denen optischer Mikroskope (natürlich im Bereich der Strahlungswellenlängen). Ihre praktischen Nachteile sind ihre Größe, Gewicht und Kosten sowie ihre minimalen Tiefenschärfen gemäß den optischen Gesetzen.

Abbildung: Wärmebildauflösung mit Makroobjektiv bzw. Mikroskopobjektiv [Quelle: InfraTec]

Es muss besonders auf die oft völlig falsche Anwendung von Weitwinkelobjektiven hingewiesen werden! Wenn beispielsweise das Problem bestand, dass unter Einhaltung der Grenzen der geometrischen Auflösung aus einer bestimmten maximalen Messdistanz nur ein Teil des zu messenden Objekts (z. B. Schaltschrank) auf einem Wärmebild festgehalten werden konnte, führt der Einsatz eines Weitwinkelobjektivs zur Erhöhung des Sichtfelds nicht nur NICHT zur Lösung unseres Problems, sondern verschlechtert unsere Situation sogar. Durch die Verwendung eines Weitwinkelobjektivs, das das Sichtfeld in beiden Richtungen verdoppelt, wird aufgrund der halbierten geometrischen Auflösung die Messung nur noch bis maximal die Hälfte der bisherigen Entfernung durchgeführt. Das Sichtfeld unserer Messung vergrößert sich also tatsächlich nicht (da es genau gleich geblieben ist), aber aufgrund der Bildverzerrung kann der Betrachtungswinkel der Objektoberfläche - insbesondere zum Rand hin - ziemlich schräg sein. Dies hat weitere negative Auswirkungen auf die Genauigkeit und Auswertbarkeit unserer Messung. (Anmerkung: Weitwinkelobjektive haben hauptsächlich bei der Infrarotthermografie von Gebäuden eine echte Berechtigung. Bevor sie in anderen Bereichen eingesetzt werden, muss sorgfältig überlegt werden, ob neben dem erweiterten Sichtfeld nicht andere, möglicherweise wesentlich schwerwiegendere optische oder messtechnische Nachteile entstehen.) Thermografische Eigenschaften von Wärmebildkameras