Thermografie
#Einleitung
Jeder Körper sendet Wärmestrahlung aus, sobald er wärmer als der absolute Nullpunkt ist. Da meine Wärmebildkamera einen Temperaturbereich von -20°C bis +250°C hat, könnte ich die abgegebene Wärmestrahlung eines Eisblocks aus 30 Metern Entfernung messen.
Eine normale Kamera, deckt üblicherweise den Bereich des Sichtbahren lichtes bis etwas im IR ab (ungefär 350 nm - 900 nm). Eine Wärmebildkamera liegt bei ihrem empfang tief im Infrarotbereich (8000 nm - 14000 nm).
#Emmissionsgrad
Gibt an, wie gut ein Objekt Wärmestrahlung abgeben kann. Es ist gewissermaßen ein Faktor... 0 ist ein perfekter Spiegel (reflexion) und 1 ein perfekter Sender. Blankes Aluminium hat einen Emissionsgrad von circa 0,05 und Menschliche Haut ungefähr 0,95. Man sollte beim Betrachten von Wärmebildern immer daran denken, dass blanke metallische Oberflächen in der Thermografie eine gewisse Spiegelwirkung haben.
#Detektor: Bolometer
Bei einer normalen Kamera mit CCD-Chip, trifft das einfallende Licht durch Filter auf Fotozellen und wird dort direkt in Strom umwandelt (hier etwas genauer beschrieben: Kamerasensor).
Bei einer Wärmebildkamera, ist es nicht mehr so einfach mit einem Fotosensor getan. Heutige Wärmebildkameras haben einen FPA (Focal Plane Array) zum Empfang der Infrarotstrahlen. Es handelt sich um kleine Widerstandsbrücken im Mikrometerbereich, die sich bei eintreffendem Infrarotlicht erwärmen und ihren Widerstand ändern (Mikrobolometer).
Deshalb heißen die Empfänger bei Wärmebildkameras auch nicht Fotosensor sondern Detektor. FPA's sind "ungekühlte Detektoren". Die sogenannten "gekühlten Detektoren", sind meistens auf ein Kühlmedium wie flüssige Edelgase oder einen Stirlingmotor angewiesen, dafür sind sie aber auch Empfindlicher und genauer.
Einige Kameras werden Scanner genannt und genau das tun sie auch. Dabei werden ein oder mehrere Sensorelemente in einer Art Raster über einen Bereich bewegt. Die so Stück für Stück aufgenommenen Temperaturen werden dann zu einem Wärmebild zusammengesetzt. Diese Kameras sind empfindlich gegen Erschütterung und die Aufnahme dauert je nach Aufbau ein bisschen. Sie sind also eher was für stationäre Messungen und für bewegte Objekte eher ungeeignet. Dafür brauchen sie aber auch nur sehr viel weniger Sensoren und können so auch günstig selbst gebaut werden (2 Servos, 1 Thermosensor und 1 Mikrocontroller... kostet nicht viel, leistet aber auch nicht viel). Wer eine Scanner Wärmebildkamera selbst bauen will, braucht nur bei google zu schauen. Wichtig ist für einen solchen Aufbau, in welcher Geschwindigkeit der Sensor an sich auf neue Temperaturen einstellen kann, aber auch, wie schnell er auf den nächsten Messpunkt gerichtet werden kann. Je größer das Bild, desto länger dauert der Scan. Bei diesem Projekt: Wärmebildkamera für Arme schreibt der Erbauer: "Ein 40x40 pixel Bild ist in unter 2,5 minuten machbar." was für die Leistungsfähgigkeit des Selbstbaus spricht. Es kommt letztendlich nicht nur darauf an, wie viel man ausgeben will, sondern eben auch, was man mit der Kamera messen will. Meine Wärmebildkamera erfasst laut Datenblatt die 160x120 mit 50fps und liefert Temperaturwerte in 0.1 °C Schritten.
#Radiometrisch vs. Farbbild
#Farbbild (Screenshot)
Farbbilder sind ja von normalen Kameras bekannt. Jeder Pixel entsteht durch eine Farbe. Es gibt verschiedene Farbräume und Möglichkeiten, diese zu erzeugen. Letztendlich entsteht aber ein Bild allein aus Farbinformationen. Weitere Infos: Kamerasensor
Wärmebildkameras die Farbbilder liefern, sind nur bedingt für die Analyse nützlich. Denn das Bild lässt sich nur farblich Nachbearbeiten.
#Radiometrisch
Radiometrische Bilder sind meistens Farbbilder, die Temperaturinformationen enthalten. Da wird ein Pixel zusätzlich als Temperatur oder als Strahlungswert gespeichert. Radiometrische Bilder haben den entscheidenden Vorteil, dass die Temperaturen wieder in ein Farbbild skaliert werden können, allerdings mit anderem Level (Helligkeit) oder Span (Kontrast) oder mit einer anderen Farbpalette.
Außerdem können Messungen hinzugefügt werden, die vorher nicht im Bild zu sehen waren.