Sortiment von Wärmebildkameras - aktuelle Marktübersicht aus fachlicher Sicht

Wärmebild-Pixelauflösung, Auflösungsverbesserungsverfahren, Auswahl an Optiken

Thermografische Geräte (Infrarotkameras mit thermometrischen Fähigkeiten), die für berührungslose Temperaturmessungen geeignet sind, haben in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung durchlaufen. Wenn man bedenkt, dass diese Geräte erst vor 50 Jahren auf den Markt kamen, heute aber zu einem der bekanntesten und vielseitigsten Prüfgeräte herangewachsen sind, sollte man sich nicht über die Vielfalt des Angebots (Hersteller, Typen) wundern. Für einen Kunden, der den Kauf einer Wärmebildkamera plant, stellt heute nicht mehr das Fehlen eines passenden Typs ein Problem dar, sondern die Unübersichtlichkeit des riesigen Angebots. Es ist also an der Zeit, die Entwicklung und Typen dieser Geräte fachlich zu überblicken und ihr aktuelles Angebot anhand einiger wichtiger technischer Parameter zu sortieren. Denn: Die in den Kameras implementierte Messtechnologie und das verfügbare Zubehör bestimmen den Anwendungsbereich des Geräts sowie die zu erwartende Messgenauigkeit und Bildqualität.

 

Matrix-Wärmebildkameras Pixelauflösung - Übersicht über das aktuelle Marktangebot

Neben der geometrischen Auflösung (also der Größe eines "Bildpunkts" auf der Objektoberfläche, der einem einzelnen Sensorpixel entspricht) bestimmt die Anzahl der Bildpunkte der Wärmebildkamera die Bildqualität bzw. genauer gesagt die Detailgenauigkeit der Messung. Der Grund dafür ist, dass zur grafischen (visuellen) Erkennbarkeit eine bestimmte minimale Anzahl von Bildpunkten auf bestimmte Teile des zu messenden Objekts fallen muss - genauso wie wir es von der digitalen Fotografie gewohnt sind. Es ist leicht verständlich, dass bei mehr Bildpunkten die Objektoberfläche mit größerer Detailgenauigkeit oder eine größere Objektoberfläche mit derselben Detailgenauigkeit auf einem einzigen Wärmebild dargestellt werden kann. Bei zu wenigen Bildpunkten müssen viele Aufnahmen gemacht und für die Auswertung zusammenhängender Objekte oft die Bilder montiert werden (was eine sehr zeitaufwändige Arbeit ist). Bei Wärmebildkameras ist diese Frage keineswegs unbedeutend. Während wir bei digitalen Kameras von 10, 12 oder sogar über 20 Megapixel-Auflösung sprechen, beträgt die Anzahl der Bildpunkte bei Matrix-Wärmebildkameras typischerweise 320x240 (also 76.800) oder 384x288, bei den professionellsten Wärmebildkameras jedoch 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 Flächen mit akzeptabler Detailgenauigkeit darzustellen, was ihren Anwendungsbereich natürlich stark einschränkt (oder die Wärmebildkamera sogar unbrauchbar macht). Dank der Weiterentwicklung der Sensoren von Wärmebildkameras werden immer mehr Kameras mit einer höheren Anzahl von Bildpunkten hergestellt. Interessanterweise ist der Preis pro Pixel bei den professionellsten Wärmebildkameras - mit einer Sensormatrix von 640x480 oder 1024x768 Pixeln und einer Bildwiederholrate von 50 oder sogar 240 Hz - 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 die Auswirkung der Anzahl der Bildpunkte auf die Effizienz des Arbeitsprozesses: Das Bild auf der rechten Seite (640x480 Pixel) wurde mit einem einzigen Knopfdruck vor Ort aufgenommen und - da es alle Informationen der 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, müssten 16-mal mehr Aufnahmen gemacht werden, aber für die nachträgliche Montage der Wärmebilder benötigen wir sogar Überlappungen, so dass wir viel mehr - möglicherweise 20-25 - vor-Ort-Aufnahmen machen müssen. Natürlich ist die Aufnahmezeit für das 640x480-Pixel-Wärmebild mehrfach höher als für das 160x120-Pixel-Wärmebild.

Die eigentliche Unannehmlichkeit erwartet uns jedoch beim Erstellen des Protokolls, denn hier stoßen wir auf den Zeitaufwand von 20-25 Montagearbeiten für die Wärmebilder, der je nach Geschicklichkeit zwischen 30 Minuten und mehreren Stunden liegen kann. Es ist also zu überlegen, ob wir uns für eine Wärmebildkamera mit geringerer Pixelanzahl entscheiden (und die Einsparung mit mehrfacher Zusatzarbeit bezahlen) oder ob wir durch eine Wärmebildkamera mit höherer Pixelanzahl das Werkzeug für effizientes Arbeiten erhalten.

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

Verfahren zur Erhöhung der Wärmebildpixelauflösung (innerhalb des Sichtfelds der Wärmebildkamera)

Softwareseitige Auflösungserhöhung durch Interpolation Da aufgrund der relativ geringen Pixelanzahl von Wärmebildkameras die Erstellung beeindruckender Wärmebilder (und somit von Protokollen) große Schwierigkeiten bereitet (insbesondere bei Wärmebildkameras mit einer geringeren Anzahl von Pixeln in der Sensormatrix), 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 Wärmebilds ein weiterer - mathematisch interpolierter - Bildpunkt generiert, wodurch die Anzahl der Wärmebildpixel auf das Vierfache des Originalwerts 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 Wärmebilds erfolgt somit auf Kosten der Verfälschung der Daten des Wärmebilds. Die Anwendung dieses Verfahrens wird daher nicht empfohlen. Softwareseitige Auflösungserhöhung durch Ausnutzung von Handzittern Ausgehend von der Tatsache, dass eine Sensorsensorik tatsächlich nicht aus eindeutig nebeneinander angeordneten einzelnen Sensoren besteht, sondern um jeden Sensor herum eine (fast halbpixelige) - nicht messende - Lücke vorhanden ist (um eine thermische Überkreuzung zu vermeiden und aufgrund der elektrischen Verbindung 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 Wärmebildpixelauflösung verbreitet (z. B. unter den Namen Super Resolution oder UltraMax). Diese Verfahren basieren auf den geringfügigen horizontalen und vertikalen Verschiebungen des Sichtfelds, die durch das Zittern oder die Bewegung der Hand des Benutzers verursacht werden. Die Methode ist sehr einfach: Anstelle eines Wärmebilds werden die Daten von 16 Wärmebildern gespeichert, und mit Hilfe der Software werden die vier Aufnahmen ausgewählt, die aufgrund der Handzitterung genau um einen halben Pixel horizontal und vertikal "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 zwei elementaren Sensoren (Pixeln) - die Anzahl der Pixel verdoppelt sich sowohl horizontal als auch vertikal im Vergleich zur ursprünglichen Detektormatrix. Darüber hinaus verbessert sich auch die geometrische Auflösung der Wärmebildkamera (genau um 34%), da die Erfassung des Sichtfelds nun lückenlos ist. So einfach (und kostengünstig) diese Methode ist, so viele Fallstricke birgt sie auch. Bei einer auf einem Stativ montierten Wärmebildkamera ist sie überhaupt nicht anwendbar, und das Zittern der Hand des Benutzers muss nur sehr selten ausreichend "regelmäßig" sein, damit die Software vier passende Wärmebilder aus den gespeicherten 16 auswählen kann, die auf die beschriebene Weise zusammengefügt werden können. (Denken Sie nur daran, dass der gesamte Vorgang fast eine Sekunde dauert: Wenn sich unsere Hand während dieser Zeit verdreht oder kontinuierlich absinkt, werden niemals die 4 passenden Wärmebilder gefunden.) Der Softwareauswahlalgorithmus ist auch in solchen Fällen nicht in der Lage, Wärmebilder auszuwählen, wenn das Wärmebild nicht ausreichend große und scharfe Kontraste aufweist (ausreichend steile Temperaturgradienten) oder wenn in einem Teil des Sichtfelds eine Verschiebung vorliegt. In diesen Fällen wendet die Software - leider ohne jegliche Warnung - anstelle des Zusammenfügens der Wärmebilder zur Erreichung der gewünschten Pixelanzahl die oben beschriebene Auflösungserhöhung durch Interpolation an. Dadurch entstehen nicht vorhandene Bilddatenpunkte, und die "versprochene" Verbesserung der geometrischen Auflösung durch das Verfahren 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. Hardwareseitige Auflösungserhöhung mit dem Micro-Scan-Verfahren Um die vierfache Pixelanzahl der in Matrix-Wärmebildkameras eingebauten Sensorsensorik zuverlässig (und garantiert) zu erreichen, ist dies nur hardwareseitig möglich. Dazu ändern wir durch Mikrobewegungen des Sensors oder durch die optische Ablenkung der einfallenden Strahlung (innerhalb der Wärmebildkamera!) die Position des Strahlenbündels, das auf die Sensorsensorik projiziert wird, nacheinander horizontal und vertikal. Auf diese Weise wird auch die Strahlung, die auf die leeren Stellen zwischen den ursprünglich zwei elementaren Sensoren (Pixeln) projiziert wird, erfasst, und somit können Bilder erzeugt werden, die für die Bildgebung verwendet werden können, während die geometrische Auflösung der Wärmebildkamera in jedem Fall (ohne Ausnahme) um 34% zunimmt. Da dieses Verfahren nicht von Handzittern ausgeht, kann es selbstverständlich auch bei einer auf einem Stativ montierten Wärmebildkamera angewendet werden. Obwohl das Micro-Scan-Verfahren nicht gerade als schnell bezeichnet werden kann (es dauert 0,5 ... 1 Sekunden, um ein hochauflösendes Wärmebild aufzunehmen), ist es bisher 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 Pixeln können im Micro-Scan-Modus 1,23 Millionen Pixelbilder und mit den Wärmebildkameras VarioCAM HD mit einem Detektor von 1024x768 Pixeln 3,15 Millionen Pixelbilder - ausschließlich mit echten Messdaten - erstellt werden.

Dies ermöglicht es, auch sehr große Oberflächen ohne nachträgliche Montage äußerst detaillierte Messungen durchzuführen.

Abbildung: Matrixdetektor und Mikro-Scan*-Pixelauflösung [Quelle: PIM] * 4 aufeinander folgende Wärmebilder zusammengesetzt zu einem 4-fach höher aufgelösten Wärmebild

Verfahren zur Erhöhung der Wärmebildpixelauflösung durch nachträgliche Wärmebildmontage

Panoramabild Die thermografische Darstellung von großflächigen Objekten (z. B. Industrieanlagen, Gebäude, große Maschinenstrukturen, Öfen usw.) geht oft mit dem Bedarf einher, das gesamte Objekt in einem einzigen thermografischen Bild betrachten zu können, um die Zusammenhänge zwischen den Temperaturen des Objekts zu erkennen. Dies ist natürlich nur mit der Erstellung eines einzigen Wärmebildes - selbst bei Verwendung des Mikro-Scan-Verfahrens - selten möglich, da oft selbst bei einer geometrischen Auflösung von 3,15 Megapixel die erforderliche geometrische Auflösung nicht ausreicht und vor allem die örtlichen Bedingungen in den meisten Fällen nicht zulassen, dass ein umfangreiches Objekt von einem einzigen Standort aus vollständig erfasst wird. Wenn das betreffende Objekt ein horizontal ausgedehntes Objekt ist, bietet die Panoramaaufnahmefunktion bei vielen Wärmebildkameratypen eine Lösung. Durch die 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 zugehörige PC-Software) fügt diese Wärmebilder automatisch zu einem zusammenhängenden, langgestreckten Wärmebild zusammen. Natürlich hängt das Ergebnis dieser Zusammenfügung von der Fähigkeit der Software ab, ob es nur eine zusammenhängende grafische Darstellung (die nur ein schönes farbiges Bild ist, also nicht korrigiert oder weiter ausgewertet werden kann) oder sogar eine weitere (größere) Wärmebilddatei (die mit der thermografischen Auswertungssoftware genauso korrigiert, verarbeitet und ausgewertet werden kann wie die originalen individuellen Dateien) ist. Natürlich stellt letzteres die eigentliche Lösung dar. Die Grenze des Verfahrens liegt darin, dass es nur eine horizontale Bildreihe verarbeiten kann. Zweidimensionale (automatische) Wärmebildmontage Die Montage von gespeicherten Wärmebildern (Montage) ist besonders bei umfangreichen Objekten oft erforderlich, aber dafür reicht typischerweise die horizontale (Panorama-)Bildgebung 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 Arbeitsprozess erforderliche Zeit. Es bedarf keiner ausführlichen Erklärung, wie hilfreich eine Software sein kann, die die automatische Montage von Wärmebildern durchführt. Vor allem, wenn das Ergebnis der Montage von gespeicherten Wärmebildern eine größere Pixelgröße, aber eine uneingeschränkt auswertbare Wärmebilddatei (also nicht nur ein grafisches Bild) ist. Natürlich ist eine solche automatische Montage an mehrere Bedingungen geknüpft: Die Wärmebilder müssen über eine angemessene Überlappung verfügen, ihre Aufnahme muss aus dem gleichen Beobachtungswinkel und aus der gleichen Entfernung erfolgen. Darüber hinaus sind einheitliche Messbedingungen und die gleichen Wärmebildkameraeinstellungen "erforderlich". Dies erfordert sehr viel Disziplin und präzise Arbeit vor Ort, aber die Einhaltung davon zahlt sich mehrfach aus: z. B. mit der Infratec-Software IRBIS3 Mosaik können in 5 Minuten anstelle von stundenlanger manueller Korrektur und Montage mehrere Dutzend Wärmebilder perfekt und automatisch in eine einzige, uneingeschränkt auswertbare Datei montiert werden. Zu den besonderen Fähigkeiten dieser 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: 7 x 8 (=56!) aus 1,23 Megapixel individuellen Wärmebildern zusammengesetztes A2 (Wandkalender)-großes Wärmebild [Quelle: PIM] (das Gitter zeigt die Anordnung der Wärmebilder, die hellen Flächen zeigen die Größe der Original-Wärmebilder an / angewendete Überlappung >40%/)

Thermografie-Objektive, Vorsatzlinsen

Das Wichtigste: Thermografische Linsen dürfen nicht aus Glas hergestellt werden, sondern nur aus Materialien, die den Wellenlängenbereichen der Wärmebildkamera entsprechen. Es ist also nicht möglich, eine Wärmebildkamera zu kaufen und dann ein optisches Mikroskopobjektiv 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 montiert werden (und umgekehrt). (In beiden Fällen würden wir feststellen, dass keine Strahlung gemessen werden kann.) Bei Langwellen-Wärmebildkameras besteht das Linsenmaterial typischerweise aus Germanium, das oft mit einer speziellen Antireflexbeschichtung versehen ist, um Transmissionsfaktoren von über 99% zu erreichen. (Daher sollten Verunreinigungen auf den Optiken nicht mit Chemikalien oder abrasiven Reinigungsmitteln entfernt werden!) Wenn wir jedoch über die Objektive von Wärmebildkameras sprechen, können wir nicht umhin, einen grundlegenden Unterschied zwischen LowCost- und professionellen Geräten zu machen. Während bei ersteren die eingebauten Linsen in der Regel klein sind (und daher kostengünstig), oft unveränderlich sind - und trotz ihres langwelligen Bereichs möglicherweise nicht aus Germanium bestehen - sind die Objektive der Profi-Geräte groß und bieten in der Regel die Möglichkeit, das Objektiv je nach Bedarf auszutauschen. (Es gibt bereits seit einigen Jahren LowCost-Geräte mit austauschbaren Objektiven!) Warum sind ein großes Objektiv und die Austauschbarkeit gut? Auswirkungen des Linsendurchmessers auf die Messfähigkeiten Je größer der Durchmesser einer optischen Linse einer Wärmebildkamera (genauer: ihre Apertur), desto mehr Strahlungsenergie gelangt auf die Oberfläche des Wärmesensors. Die Helligkeit des optischen Systems (hier: die übertragene Infrarotstrahlungsintensität) wird durch die Blendenzahl bestimmt, die das Verhältnis der Brennweite zur Aperturöffnung 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 ist, desto mehr weicht dies vom idealen optischen Systemmodell - der Gauss-Optik - ab. Dadurch nehmen die Abbildungsfehler zu (z. B. Bildverzerrungen), die nur durch immer anspruchsvollere Linsenformen ausgeglichen werden können. Wenn wir dies mit einigen Zahlen untermauern wollen, vergleichen wir die verbreitetsten "Kategorien" von Mikrobolometer-Wärmebildkameras. Die kleinen Objektive von LowCost-Wärmebildkameras ermöglichen bei einer Bildwiederholrate von 50 Hz höchstens eine Empfindlichkeit von 100 mK, um eine bessere thermische Auflösung (z. B. 80 oder 60 mK) zu erreichen, muss die Integrationszeit erhöht werden - daher muss die Bildwiederholfrequenz auf 30, 25 oder sogar nur 9 Hz reduziert werden. Die großen Objektive von professionellen Wärmebildkameras ermöglichen je nach den Fähigkeiten des Wärmebildkamera-Herstellers bei einer Bildwiederholrate von 50 Hz oder sogar 240 Hz eine thermische Auflösung von 50 oder sogar 30 mK. Natürlich bedeutet dies nicht, dass das Objektiv einer LowCost-Wärmebildkamera nur einige hunderttausend Forint kostet, während die Preise für thermografische Optiken bei professionellen Geräten über eine Million Forint liegen. Notwendigkeit und Auswahl von Austauschobjektiven Bei thermografischen Messungen ist neben der für die Auswertung erforderlichen Beobachtungsfeldgröße die Bereitstellung einer korrekten geometrischen Auflösung für eine genaue Temperaturerfassung von entscheidender Bedeutung. Zum Beispiel können bei einem "Standard" -Objektiv mit einer geometrischen Auflösung von 2 mrad nur Objekte (oder Objektdetails) mit einer Mindestgröße von 30 mm bei einer Entfernung von 5 m sicher erkannt werden. Für die Messung kleinerer Objekte oder eine kürzere Messdistanz müssen wir eine andere Optik wählen. (Ansonsten könnte die thermografische Aufnahme die Temperatur des kleinen Objekts, das uns interessiert, nicht nachweisen.) Ersetzen wir also das zuvor genannte "Standard" -Objektiv durch ein Teleobjektiv, können wir bei einer geometrischen Auflösung von 1 mrad auch die Temperaturen von 15 mm großen Objekten aus einer Entfernung von 5 m messen. (Hinweis: Der in Wärmebildkameras eingebaute ZOOM ist nur eine digitale Vergrößerung, die dieses Problem nicht löst - im Gegenteil: Wir schließen damit einen Großteil der teuer erworbenen Wärmepixel von unserer Messung aus. 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 an die Wärmebildkamera angeschlossen werden. Diese Linsen verfügen idealerweise auch über eine elektronische Codierung, damit die Wärmebildkamera automatisch erkennt, mit welcher Linse wir arbeiten, und automatisch die Kalibrierungsdatendatei für die Linse lädt. Letzteres ist erforderlich, da bei jeder Wärmebildkamera die Kalibrierung immer zusammen mit der installierten Linse erfolgt, um die gemeinsame Bestimmung und Korrektur der Charakteristika der Linse und der Wärmebildkamera zu ermöglichen. Wenn wir also das Objektiv austauschen, ist eine andere Kalibrierungsdatendatei erforderlich, um die Strahlungserfassung zu korrigieren. (Daraus folgt natürlich, dass der nachträgliche Kauf eines Objektivs eine erneute Herstellerkalibrierung der Wärmebildkamera erfordert. Und auch, dass selbst bei identischen Wärmebildkameras Objektive nicht einfach ausgetauscht werden können.) Zusätzliche Anmerkung: ZOOM-Objektive für temperaturmessende Wärmebildkameras existieren leider nicht.Der Grund dafür liegt einerseits in den unermesslichen Kosten solcher Objektive, aber das eigentliche Ausschlusskriterium ist der 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.

Abbildung: Auflösung des Wärmebildes bei Verwendung eines Teleobjektivs [Quelle: InfraTec]

Die häufigsten Objektive und ihre Rolle (bzw. "Nebenwirkungen") werden in der folgenden Liste dargestellt: Standardobjektiv Abhängig von der Pixelauflösung des Detektors der Wärmebildkamera können mit diesen Objektiven geometrische Auflösungen von etwa 20x15° ... 30x25° Sichtfeldern erreicht werden. Teleobjektiv Im Vergleich zu Standardobjektiven können typischerweise bei Halbierung des Sichtfelds in beiden Dimensionen doppelt so gute (numerisch halbierte) geometrische Auflösungen erzielt werden. Es gibt auch "größere" Teleobjektive, die eine Viertelung oder sogar Zehntelung der Sichtfeldgröße und der geometrischen Auflösung bieten, wodurch die geometrische Auflösung entsprechend verbessert wird. Weitwinkelobjektiv Im Vergleich zu Standardobjektiven kann typischerweise eine Verdopplung des Sichtfelds in beiden Dimensionen erreicht werden, wobei gleichzeitig die geometrische Auflösung halbiert wird (numerisch verdoppelt). Es gibt auch sogenannte Superweitwinkelobjektive, mit denen eine Vervierfachung der Sichtfeldgröße und der geometrischen Auflösung möglich ist (bei gleichzeitiger Viertelung der geometrischen Auflösung). Vorsatzlinsen, Makroobjektive Diese Linsen haben die Hauptfunktion, die minimale Messdistanz von Standardobjektiven oder Teleobjektiven zu verringern, um es zu ermöglichen, sehr kleine Objekte aus geringen Entfernungen gemäß den Anforderungen an die geometrische Auflösung zu messen. Mikroskopobjektive Mikroskopobjektive werden zur Messung speziell kleiner Objekte verwendet. Sie werden in der Regel nur auf Bestellung hergestellt, ihre Darstellungsfähigkeiten ähneln denen von optischen Mikroskopen (natürlich im Bereich der Strahlungswellenlängen). Ihre praktischen Nachteile sind ihre Größe, Gewicht und Kosten sowie ihre minimale Tiefenschärfe gemäß den optischen Gesetzen.

Abbildung: Auflösung des Wärmebildes bei Verwendung einer Makro- oder Mikroskoplinse [Quelle: InfraTec]

Es muss besonders auf den oft völlig falschen Einsatz von Weitwinkelobjektiven hingewiesen werden! Wenn zum Beispiel das Problem bestand, dass unter Einhaltung der geometrischen Auflösungsgrenze aus einer bestimmten maximalen Messdistanz nur ein Teil des zu messenden Objekts (z. B. Schaltschrank) auf einem Wärmebild festgehalten werden konnte, dann führt der Einsatz eines Weitwinkelobjektivs zur Erhöhung des Sichtfelds nicht nur NICHT zur Lösung unseres Problems, sondern verschlechtert unsere Situation sogar. Durch das Weitwinkelobjektiv, das in beide Richtungen eine doppelte Sichtfeldgröße ergibt, wird die geometrische Auflösung halbiert, sodass die Messung nur noch bis maximal die Hälfte der bisherigen Entfernung durchgeführt werden kann. Das Sichtfeld unserer Messung wird dabei tatsächlich nicht vergrößert (da es genau gleich geblieben ist), aber die Verzerrung des Bildes und der Betrachtungswinkel der Objektoberfläche - insbesondere zum Rand hin - können 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, sollte sorgfältig überlegt werden, ob neben dem erzielten größeren Sichtfeld nicht andere, potenziell schwerwiegendere optische oder messtechnische Nachteile entstehen.)

Rahne Eric (PIM Kft.) pim-kft.hu, termokamera.hu  

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