Hochleistungs-Wärmebildkamera Temperaturen schnell und exakt erfassen

Die Wärmebildkameras U6855A von Keysight Technologies.
Die Wärmebildkameras U6855A von Keysight Technologies.

Kontaktlose Temperaturmessungen in Industrie, Medizin und Elektronik werden überwiegend mit Wärmebildkameras durchgeführt. Allerdings sind sie durch die beschränkte Auflösung der Bildsensoren nicht sonderlich genau. Dies soll sich mit neuen digitalen Wärmebildkameras ändern.

Die Thermografie ist ein bildgebendes Verfahren zur Anzeige der Oberflächentemperatur von Objekten. Dabei wird die Intensität der Infrarotstrahlung, die von einem Punkt ausgeht, als Maß für dessen Temperatur gedeutet. Eine Wärmebildkamera wandelt die für das menschliche Auge unsichtbare Infrarotstrahlung in elektrische Signale um. Daraus erzeugt die Kamera ein Bild in Falschfarben bzw. (für thermografische Zwecke eher seltener) ein Graustufenbild. Im Gegensatz zur Nahinfrarot-Spektroskopie ist für die Thermografie keine externe Lichtquelle erforderlich.

Auflösung versus Kosten

Das momentane Sehfeld (instantaneous Field of View = iFOV), auch als räumliche Auflösung bezeichnet, definiert das kleinste Detail innerhalb des Sehfelds, das ein thermischer Bildsensor erkennen
kann. Um die Temperatur korrekt messen zu können, muss das Zielobjekt größer sein als der physikalische iFOV des thermischen Bildsensors. Abhängig vom Abstand zum Messobjekt misst jeder Bildpunkt des thermischen Bildsensors die mittlere Temperatur innerhalb des physikalischen iFOV. Eine hohe Auflösung ist besonders nützlich, wenn man große Objekte (wie Gebäudewände oder Dächer), Objekte in großer Entfernung (wie Umspannwerke oder große Maschinen) und sehr kleine Objekte (wie elektronische Flachbaugruppen) inspiziert.

Ein thermischer Bildsensor mit höherer Auflösung bietet die Möglichkeit, mehr Details des zu messenden Objekts zu sehen, erzielt ein schärferes Infrarot-Bild (IR) und macht folglich die Messungen genauer. Da sich die Kosten für thermische Sensoren mit steigender Auflösung ebenfalls erhöhen, diktiert das vorhandene Budget häufig die
Auswahl des thermischen Bildsensors. Der Preis eines thermischen Bildsensors mit 320 × 240 Bildpunkten kann z.B. leicht mindestens doppelt so hoch sein wie der für einen Bildsensor mit nur 160 × 120 Pixel.

Verbesserung mit feiner Auflösung

Es gibt grundsätzliche Limitierungen für digitale Bildverarbeitungssysteme, die auch für thermische Bildverarbeitungssysteme gelten. Der diskrete Charakter der Sensor-Arrays und die begrenzte Anzahl an Bildpunkten schränken den erfassbaren Bereich ein. Das optische System (Linse) trägt ebenfalls zur Unschärfe der digitalen Bilder bei. Dies trifft wegen der relativ geringen Auflösung besonders für thermische Bildverarbeitungssysteme zu.

Die am häufigsten verwendete Technik zur Erhöhung der Auflösung eines digitalen Bildes ist als Super-Auflösung bekannt. Im Verlauf der Weiterentwicklung von digitalen Bildverarbeitungssystemen wurden viele unterschiedliche Techniken der Super-Auflösung entwickelt, jede davon mit den ihr eigenen Vor- und Nachteilen. Die Fine-Resolution-Technik, die im thermischen Bildsensor TrueIR von Keysight Technologies eingesetzt wird, bietet die Möglichkeit, die effektive thermische Auflösung um das bis zu Vierfache zu erhöhen, und liefert einen um das 1,5-Fache verbesserten iFOV. Mit einem leistungsstarken digitalen Bildprozessor können komplexe Algorithmen ohne jegliche Systemverzögerung abgearbeitet werden. Insgesamt verbessert Fine Resolution die effektive Bildqualität und Messgenauigkeit ohne zusätzliche Kosten.