Theorie

THEORIE

Facts & Figures zu Wärmebildgeräten

Wie arbeitet ein Wärmebildgerät?

Wie kann ein Bild bei absoluter Dunkelheit entstehen? Es entsteht dadurch, dass jedes Objekt eine elektromagnetische Strahlung in Wellenform aussendet. Das menschliche Auge kann nur einen kleinen Wellenbereich sehen. Dieser Bereich ist das sichtbare Licht und er liegt bei 0,4 µm bis 0,78 µm. Alle anderen Wellenlängen können vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden.

Das Wärmebildgerät macht sich die Tatsache zunutze, dass jedes Objekt eine Eigenstrahlung aussendet da die Temperatur über -273° C oder eben 0 Kelvin liegt. Die Ursache dieses Phänomens liegt in der unterschiedlichen Molekülbewegung jedes Gegenstandes. Da durch die Molekülbewegung auch Ladungsbewegung auftritt sendet der Körper Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung aus. Diese Strahlung bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit und gehorcht den optischen Gesetzen und kann daher durch den Sensor des Wärmebildgerätes für unser Auge sichtbar gemacht werden. Das Wärmebildgerät kann daher auch bei kompletter Dunkelheit die Strahlung von Körpern bzw. Objekten sichtbar machen. Je mehr Energie dieses Objekt ausstrahlt desto heller kann es dargestellt werden.

Die optischen Elemente eines Wärmebildgerätes, wie zum Beispiel Linsen können nicht aus Glas gefertigt werden. Glas ist für Wärmestrahlung nicht transparent und leitet diese daher nicht weiter. Für Wärmebildgeräte werden daher Linsen und optische Schutzfenster aus infrarotdurchlässigen Materialien, wie zum Beispiel Silizium oder Germanium gefertigt. Spiegel, welche die Strahlung möglichst vollständig reflektieren sollen, bestehen aus glänzenden Metallen oder werden mit einer Goldbedampfung ausgeführt.

Wir können also zusammenfassen, dass jeder Körper oder Gegenstand Energie abstrahlt, welche durch den Sensor des Wärmebildgerätes sichtbar gemacht werden kann.


Vorteile Wärmebildgerät zu Nachtsichtgerät?

Die Reichweite und Entdeckungsdistanz eines Wärmebildgerätes kann mit einem Nachtsichtgerät (Restlichtverstärker) nicht erreicht werden. Die Qualität eines Wärmebildgerätes wird anhand des Detektors sofort sichtbar und es gibt keinerlei Verschleiß. Meist müssen bei Nachtsichtgeräten noch zusätzliche IR Aufheller verwendet werden, diese können auch von anderen Personen wahrgenommen werden. Das Wärmebildgerät kann auch bei Nebel, Schlechtwetter bzw. bei Bewuchs verwendet werden. Sie können sich mit einem Wärmebildgerät rasch einen Überblick ihrer Umgebung auf mehrere 100 m verschaffen.


Welche Kenngrößen sind wichtig?

Sehr oft herrscht speziell in diesen Bereichen Verwirrung. Ist ein großer Wert bei einer bestimmten Kenngröße besser als ein kleiner? Welche Daten sind wichtig, um eine Entscheidung treffen zu können? 

Detektor Auflösung

Kriterium: Höher = besser

Wird oft auch nur PIXEL genannt und zeigt an wie viele Messpunkte ich bei einer Kamera habe. Die Messpunkte/PIXEL ergeben danach die Auflösung des Bildes. So hat ein Wärmebildgerät mit einer Auflösung von 384 x 288 = 110.592 Messpunkte bei einer Auflösung von 640 x 512 ergeben sich 327.680 Messpunkte. Dies ergibt also ein Bild mit einer Auflösung von 0,327 Mega-Pixel.

Detektorzellengröße

Kriterium: Kleiner = besser

Diese wird auch PITCH genannt und gibt die Größe der Detektorzellen an. Der Messwert wird in Mikrometer µm (10-6) angegeben. Die derzeitigen Detekorgrößen bei Infiray sind 17 µm bzw. 12 µm. Je kleiner die Zelle ist umso kontrastreicher und schärfer wird das Bild.

NETD

Kriterium: Kleiner = besser

Die thermische Auflösung (NETD) wird in Millikelvin (mk) angegeben und benennt den kleinsten Temperaturunterschied, den eine Wärmebildkamera erkennen kann. Bei Objekten mit geringen Temperaturunterschieden ist deshalb die thermische Auflösung sehr wichtig. Je kleiner der Wert der thermischen Auflösung ist, desto besser fällt die Qualität der Messung aus.

Bildfrequenz

Kriterium: Höher = besser

Ähnlich dem Fernseher gilt hier je höher die Frequenz desto ruckfreier wird das Bild. Speziell bei Bewegungen ist es wichtig eine Wiederholfrequenz von 50 Hertz zu haben. 50 Hertz hat sich mittlerweile bereits als Standard etabliert.

Display Auflösung

Kriterium: Höher = besser

Die Auflösung des Displays gibt an welche Auflösung am Bildschirm angezeigt wird und ergibt auch die Größe des verwendeten Bildschirms. Die Bildschirmgröße hilft auch Details besser erkennen zu können.

Objektivgröße

Kriterium: Höher = besser

Eine größere Objektivgröße hilft bei weiten Entfernungen noch Objekte zu entdecken. Dies hilft dabei, dass Objekte früher identifiziert werden können. Bereits bei Objektiven mit einem 35 mm Durchmesser können Entdeckungsdistanzen von über 1800 m erzielt werden.