Produktionstrend 2016/09, Rubrik Technische Diagnose

"Präzise Temperaturmessung oder spektakuläre Darstellung?"

BILDVERBESSERUNG BEI WÄRMEBILDKAMERAS (III.)

Laut einigen Herstellern ermöglichen ihre Methoden präzisere Messungen, schärfere und besser analysierbare Wärmebilder bei gleichzeitiger Reduzierung des Informationsverlusts über die Temperatur. Bei der fachlichen Überprüfung der beworbenen Methoden wird jedoch oft deutlich, dass diese Aussagen oft irreführend sind.

Gemäß den Informationen von FLIR bedeutet das MSX-Verfahren die Einbettung der Kontrastlinien des Fotos in das Wärmebild. Das Ergebnis - laut Hersteller - sind extrem kontrastreiche und scharfe Wärmebilder. Basierend auf den bisher in unserer Artikelreihe veröffentlichten Informationen ist jedoch bereits bekannt, dass dies nicht zutrifft. Es verbessert nur das visuelle Erscheinungsbild, es gibt keine Verbesserung oder Präzisierung der Messdaten, die Schärfe nimmt nicht zu. Im Gegenteil, mögliche Hinweise auf schlechte Fokussierung oder unzureichende geometrische Auflösung (oder zu geringe Pixelauflösung) werden gerade verdeckt. Diese Methode unterstützt uns also in keiner Weise dabei, die Temperatur des Objekts genauer oder korrekter zu bestimmen.

Die genannte Methode ähnelt der Anwendung eines Kantenerkennungsalgorithmus auf einem Foto und der Überlagerung des Ergebnisses auf das Wärmebild. Dadurch erscheinen die Kanten der gemessenen Objekte sichtbarer, das Wärmebild wirkt visuell schärfer. Selbst ein für die Bewertung völlig ungeeignetes Wärmebild kann so spektakulär „verschönert“ werden, jedoch werden die Messdaten nicht korrigiert. Die Temperaturen bleiben also genauso genau (oder falsch), wie ohne Anwendung des MSX-Verfahrens. Manuelle und Autofokus, Tiefenschärfeverbesserung Bei der Wärmebildaufnahme ist es nicht so einfach festzustellen, ob die Fokussierung tatsächlich gut ist. Dies ist bereits aufgrund der strahlungsphysikalischen (optischen) Bedingungen der Thermografie schwierig, da die Strahlungsausbreitung auch an einer Kante eines Objekts erfolgt, es also keine „klare“ Kante (Kontur) wie in der visuellen Welt, die auf reflektierter Strahlung basiert, gibt. Daher sind viele Wärmebildkameras mit einer Autofokusfunktion ausgestattet, die natürlich nur möglich ist, wenn die Optik motorisch verstellbar ist. Die enorme Verbesserung der Bedienbarkeit der Wärmebildkamera erfordert jedoch eine größere Kamera mit mehr Gewicht. Es ist jedoch auch wichtig zu wissen, dass die Autofokusfunktionen von Wärmebildkameras technische Grenzen haben - ähnlich wie bei den in der digitalen Fotografie verwendeten Verfahren. Bei Wärmebildkameras sucht die Software (im markierten Fokusbereich) nach den steilsten Temperaturgradienten, also nach den Pixelgruppen, in denen die Temperatur mit dem kleinsten Pixelabstand am stärksten variiert. Dies könnte eine Kante eines erfassten Objekts sein. In einem nächsten Schritt wird die optische Fokuseinstellung so angepasst, dass der zuvor gefundene Gradient seine maximale Steilheit erreicht. Dies ist wahrscheinlich die beste Fokuseinstellung für diese Kante des Objekts. Damit ist jedoch nicht jedes Problem gelöst, da Wärmebildkameras nur über eine sehr geringe Tiefenschärfe verfügen. Dadurch werden Objekte/Objektdetails - auch nur geringfügig - näher oder weiter entfernt unscharf. Es müsste also entschieden werden, welcher Teil unseres Objekts am wichtigsten ist, und der Fokus sollte gezielt darauf eingestellt werden. Die Bilder der 3. Abbildung veranschaulichen genau dieses Dilemma für unser Messobjekt in der Serie, einen Heizlüfter. Hier sind die Heizdrähte in einem Abstand von 15 mm hintereinander angeordnet. Bei einer Messdistanz von 40 cm können wir trotz bester Bemühungen entweder auf die nähergelegenen oder auf die dahinter liegenden scharf fokussieren. Und wenn wir beide scharf sehen wollen? Die gleichzeitige scharfe Darstellung des näheren und des entfernteren Heizdrahts ist beispielsweise mit dem Jenoptik EverSharp-Verfahren möglich. Die Wärmebildkamera erstellt dazu mehrere Wärmebilder im Bereich der Autofokuseinstellung (nimmt entferntere und nähere „Schichten“ auf) und fügt ein Bild aus den scharfen Details dieser zusammen. Dieses Wärmebild ist jedoch keine grafisch verbesserte Darstellung, sondern eine Datei mit scharf fokussierten Details bis in große Tiefe.

Endgültige Schlussfolgerung Zusammenfassend lässt sich sagen, dass weder die Interpolation noch die Kompositdarstellung von Foto und Wärmebild (Fusion) noch die MSX-Technologie die Pixelauflösung oder geometrische Auflösung der Wärmebildkamera verbessern, die Unschärfe des Fokus beheben oder die Schärfentiefe erhöhen. Stattdessen führen sie zu einem irreführenden "höheren Qualitäts" -Bild, das ungenaue oder sogar vollständig nicht auswertbare Temperaturdaten verbirgt sowie visuelle Phänomene, die darauf hinweisen. Alle drei Methoden können ausschließlich zur visuellen Verbesserung von Wärmebildern verwendet werden, die auf genauen Temperaturdaten basieren. Die Erweiterung der Messfähigkeiten der Wärmebildkamera oder die Korrektur fehlerhafter Messdaten sind mit diesen Methoden unmöglich. Zur Behebung des Schärfentiefe-Problems eignet sich die EverSharp-Methode, die von der Firma Fluke unter dem Namen MultiSharp als "einzigartige" Neuheit für einige ihrer Mittelklasse-Wärmebildkameras beworben wird. Wahrscheinlich handelt es sich jedoch um dasselbe Verfahren wie das seit 2012 in den Jenoptik VarioCAM HD-Kameras implementierte EverSharp-Verfahren. Daher ist es wahrscheinlich nicht so einzigartig, wie die Werbung suggeriert. Zur Behebung des Schärfentiefe-Problems eignet sich die EverSharp-Methode der Jenoptik GmbH, die in den seit 2012 erhältlichen VarioCAM HD-Kameras implementiert ist. Wahrscheinlich ist dieses Verfahren identisch mit dem von der Firma Fluke unter dem Namen MultiSharp beworbenen Verfahren als "einzigartige" Neuheit. (Daher ist es wahrscheinlich nicht so einzigartig, wie die Werbung suggeriert.) Rahne Eric (PIM Kft.) pim-kft.hu, termokamera.hu

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