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Thermografie

Alles super bei der Super Resolution?

| Autor/ Redakteur: Robert Weber / Dipl.-Betriebswirt (FH) Bernd Maienschein

Betriebsleiter, Messtechniker und Instandhalter setzen auf Wärmebildtechnik. Die Auswahl ist groß und die Anwender sind manchmal überfordert bei der Entscheidung. MM Maschinenmarkt hat den Test gemacht und sechs Kameras untersucht. Im letzten Teil geht es um Temperaturgenauigkeit und darum, wer gewinnt.

Im sichtbaren Bereich des Spektrums erkennt man nichts. Die Wärmebildkamera, in diesem Fall eine Flir GF 320, visualisiert das Gasleck an einer Kabeldurchführung als schwarzen Rauch im (bewegten) Videobild.
Im sichtbaren Bereich des Spektrums erkennt man nichts. Die Wärmebildkamera, in diesem Fall eine Flir GF 320, visualisiert das Gasleck an einer Kabeldurchführung als schwarzen Rauch im (bewegten) Videobild.
(Bild: Flir Systems)

In unserem ersten Teil stand die Produktion kurz vor dem Stillstand – ein defekter Kabelanschluss. Die Instandhalter rückten an. Mit dabei: eine neue Wärmebildkamera. Auf Pläne und Konstruktionszeichnungen konnten sie verzichten. Doch was sollte die Kamera können, fragten sich die Verantwortlichen im Vorfeld. Brauchen wir auch Super Resolution und was bedeutet LSF und MTF bei Wärmebildkameras? Das Fraunhofer-IOSB in der Nähe von Karlsruhe hat den Test gemacht.

Linienbildfunktion beschreibt die Qualität der Kameras

Linienbildfunktion (Line Spread Function, LSF) und Modulationsübertragungsfunktion (Modulation Transfer Function, MTF) beschreiben die elektro-optische Qualität von Kameras. Allerdings ist nur die LSF als vergleichende Größe geeignet. Dies aber auch nur, wenn sie auf das IFOV bezogen wird. Die MTF ermöglicht Aussagen über das Abtasten der Kamera und ist bei der Bewertung der Super Resolution von Interesse. Zur Messung von LSF und MTF sind verschiedene Verfahren bekannt, die jeweils Vor- und Nachteile aufweisen.

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Die vom Fraunhofer-Institut empfohlene und verwendete Methode der schrägen Kante ist eines dieser Verfahren. Als Kenngröße für die LSF wird dabei die 95 %-Breite, gemittelt über beide Ortsrichtungen, verwendet. Bezogen auf das IFOV ist dieser Wert in Tabelle 4 zusammengefasst. Durch die IFOV-bezogene Angabe können die Kameras verglichen werden. Die relative LSF-Breite variiert zwischen dem Zwei- und Dreifachen des IFOV. Dabei ist eine deutliche Abhängigkeit vom Hersteller festzustellen.

Im Ergebnis liegt Testo bei etwa 2,1, Nec Avio bei 2,4 und Flir Systems bei etwa 3. Die MTF zeigt für alle Kameras ein deutlich unterabgetastetes Verhalten, wie es für Detektormosaike mit Optiken kleiner Öffnung zu erwarten ist. Bei den Kameras Nec Avio R300W2 sowie Flir Systems E30 und T440 sind dabei keine Unterschiede zwischen horizontaler und vertikaler Ortsrichtung festzustellen.

Die anderen Kameras zeigen solche Unterschiede, wobei die horizontale Ortsrichtung besser übertragen wird als die vertikale. Dies zeigt sich dann auch an den 4-Balken-Testmustern, die in den Berichten abgebildet sind.

Kein standardisiertes Messverfahren zur Bestimmung der Genauigkeit der Temperaturmessung

Zur Bestimmung der Genauigkeit der Temperaturmessung ist kein standardisiertes Messverfahren bekannt. Grundsätzlich ist aber ein Vergleich mit einem vorgegebenen Wert durchzuführen. Die Richtigkeit dieses Werts wird dabei vorausgesetzt und ist über eine Kalibrierung gegeben. Als Temperaturbereich wurden bei der Messung 5 und 55 °C gewählt. 5 °C ist die niedrigste absolute Szenentemperatur, die mit dem verwendeten Schwarzkörperstrahler eingestellt werden konnte. Die obere Grenze ergab sich durch den Messbereich der Nec-Avio-Kameras. Tabelle 5 (siehe Bildergalerie) zeigt die ermittelten mittleren Abweichungen und gibt zusätzliche Angaben, sortiert nach absteigenden Kalibrierfehlern. Fazit: Mit Ausnahme der Flir Systems E30 bleiben alle Kameras innerhalb der von den Herstellern angegebenen Genauigkeiten mit Abweichungen im Millikelvinbereich. Für die E30 ist dabei ein Kalibrierfehler anzunehmen, der so nicht typisch ist. Die geringste Abweichung der gemessenen Temperatur von der eingestellten Schwarzkörpertemperatur zeigt die Nec Avio G120EX. Nur bei Testo T885 und Nec Avio R300W2 ist der Messfehler als Offsetfehler zu betrachten. Ein Offsetfehler bedeutet, dass die gemessene Temperatur um einen konstanten Betrag von der vorgegebenen Temperatur abweicht. Differenzen zwischen zwei Temperaturen bleiben dabei korrekt. Dagegen führt ein Fehler in der Steigung dazu, dass die Fehler, ausgehend von einem Schnittpunkt, mit zunehmender und abnehmender Temperatur immer größer werden. Dies betrifft dann auch Temperaturdifferenzen.

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