Wärmebildkamera: Einstige Militärtechnik im zivilen Einsatz

Eine Wärmebildkamera, die auch als Infrarotkamera bezeichnet wird, ähnelt einer normalen Kamera. Sie besitzt jedoch Infrarotdetektoren und misst darüber Temperaturen im Umgebungsbereich.

Wärmebildkamera: So funktioniert die bildgebende Temperaturmessung

Die Wärmebildkamera ist ein bildgebendes Gerät und in der Lage, Infrarotstrahlen zu empfangen. Möglich sind dabei Wellenbereiche zwischen 0,7 bis 1000 µm. Das Gerät ist in der Lage, ein Bild der Umgebung herzustellen und misst dafür die umliegenden Temperaturen. Gemessen werden sowohl mittleres als auch langwelliges Infrarot.

Wichtig: Die Distanz zum Messobjekt darf nur wenige Meter betragen, denn nur in diesem Umfeld stört der seitliche Einfall der Sonneneinstrahlung oder künstlicher Lichtquellen nicht und die Atmosphäre ist nahezu transparent. Liegen größere Entfernungen zugrunde, kann das Ergebnis fehlerhaft ausfallen, weil die Eigenstrahlung der Luft zu stark wirkt.

Zur genaueren Erklärung: Die Thermografie gehört zu den bildgebenden Verfahren und zeigt die Wärmestrahlung, die für das menschliche Auge unsichtbar ist, die aber von jedem Körper und jedem Objekt abgestrahlt wird. Die Verteilung der Temperaturen wird per Wärmebildkamera erfasst und lässt sich entsprechend anzeigen. Dies nennt sich „passive Temperaturmessung“. Das Gegenstück dazu ist die aktive Messung, bei der eine Bestrahlung der Körper oder Objekte durch Infrarotstrahler erfolgt.

Die Kamera wertet die Unterschiede aus, die sich aus verschiedenen Leistungen ergeben. Liegen Objekte mit einem sehr verschiedenen Emissionsfaktor vor, können sich hohe Messfehler ergeben. Es zeigt sich ein Temperaturunterschied, der nur scheinbar vorhanden ist. Der vermutete Emissionsfaktor kann bei jeder Kamera eingestellt werden.

Die Wärmebildkamera ist wie eine normale Kamera aufgebaut, wobei die Infrarotdetektoren den Unterschied ausmachen. Je nach detektierter Wellenlänge unterscheiden sich die integrierten Sensoren der Kameras in Aufbau und Funktion.
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Die Bilder, die von Wärmebildkameras erzeugt werden, sind erst einmal als Intensitätsinformation vorliegend. Die Kameras stellen hier verschiedene Graustufen dar, wobei diese in bis zu 256 Stufen aufgelöst werden können. Das menschliche Auge kann so viele Graustufen freilich nicht erkennen, daher ist es sinnvoll, wenn die Kamera eine sogenannte Falschfarben-Darstellung erzeugt. Dargestellt wird dann der vollständige sichtbare Farbraum, den das menschliche Auge bietet.

Helligkeit steht dann für einen Temperaturunterschied, wobei für die Darstellung verschiedene Farbpaletten zur Verfügung stehen. Der hellste Teil des Bildes ist meist weiß, mittlere Temperaturen werden in Gelb und Rot dargestellt. Dunkle Teile stehen für Kälte. Interessant ist dabei, dass das Auge den betreffenden Gegenstand durch die Falschfarben-Darstellung schlechter erkennen kann, was auch der Grund dafür ist, dass diese Technik im Militär nicht verwendet wird.

Wichtig ist bei Wärmebildkameras auch die geometrische Displayauflösung, die bei handelsüblichen Thermografiekameras deutlich unter dem Spektralbereich normaler Kameras liegt. Die geometrische Auflösung wird in Pixeln angegeben, z. B. als 160 x 120 Pixel. Micro Scanning bessert die Displayauflösung und kann bis zu 1280 x 960 Pixeln führen. Die Auflösung ist gemeinsam mit dem Objektiv für den kleinsten definierten Messfleck der Systeme verantwortlich.

Wärmebildkamera: Hilfe bei aktuellen Notfällen

Nur allzu häufig werden Wärmebildkameras als technische Spielerei gesehen, die zwar in immer mehr Bereichen Einzug hält, die aber keineswegs so sinnvoll ist, wie es allgemein dargestellt wird. Doch weit gefehlt, denn gerade aktuell gibt es diese beiden Beispiele für die Notwendigkeit solcher Systeme, wie sie zum Beispiel von Testo oder weiteren Herstellern offeriert werden. Es geht zum einen um die in der Nähe von Wismar verschwundenen Mädchen, die nur mithilfe einer Wärmebildkamera gefunden worden sind.

Wie Spiegel online berichtet, fand die Polizei die vermissten Kinder dank des bildgebenden Systems, nachdem auch eine groß angelegte Suche lange Zeit erfolglos blieb. Nach rund vier Stunden konnten die Kinder aber von einem Hubschrauber mit Wärmebildkamera in einem Feld entdeckt werden. Die Mädchen hatten sich zusammengekauert und waren vor Angst nicht weitergelaufen.

Ein anderer Fall für den sinnvollen Einsatz der Wärmebildkamera stellt sich ebenfalls aktuell dar. Jetzt Ende Mai/Anfang Juni findet die erste Mahd statt, die wieder viele Rehkitze, die sich dort verstecken und auf ihre Mutter warten, das Leben kosten wird. In einigen Orten tun sich Menschen zusammen, die vor dem Mähdrescher herlaufen und die Kitze aufscheuchen, das ist allerdings nur auf kleinen Flächen und somit in begrenztem Maße möglich.

Nun sollen Drohnen in Verbindung mit der Wärmebildkamera über die Wiesen fliegen. Die Geräte würden ein Signal an den Schlepper melden, der mit einem schrillen Ton vor dem Kitz warnen könnte. Doch leider ist die entsprechende Technik sehr teuer und nicht alle Landwirte sind zur Anschaffung finanziell in der Lage.

Weitere Anwendungsgebiete für die Wärmebildkamera

Einst war die Wärmebildkamera nur für den Einsatz beim Militär entwickelt worden, dies war zu Zeiten des Korea-Krieges. Heute finden sich Wärmebildkameras jeder Größe in vielen verschiedenen Bereichen des täglichen Lebens wieder. Grund für die Verbreitung war der beständige Preisverfall der Geräte.

Mit der Weiterentwicklung der zugrunde liegenden Technologie sanken die Preise, was die jeweiligen Vorgängermodelle deutlich günstiger werden ließ. Ihren Einsatz haben Wärmebildkameras heute unter anderem in folgenden Bereichen:

• Bauthermografie
  Vor allem zur Bestimmung von Wärmedämmungen sowie beim Erkennen von Wärmebrücken werden Wärmebildkameras eingesetzt. Auch beim Erstellen des Energieausweises oder bei der Kontrolle von Mauerwerk, Dach und Wand haben die Geräte ihren Einsatz. Hierfür werden besonders handliche Modelle geringer Größe verwendet. Im Rahmen der Bauthermografie sind Wärmebildkameras zudem beim Erkennen von fehlerhaften Funktionen und Rissen in Fußbodenheizungen hilfreich.
• Industrie
  Die Industrie verwendet eine Wärmebildkamera unter anderem zur Messung und Prüfung elektronischer Systeme sowie zur Messung von Verlustleistungen.
• Photovoltaik
  Die Wärmebildkamera wird vor allem für die Fehlersuche verwendet, denn Solarmodule, welche im Leerlauf befindlich sind, zeigen eine höhere Temperatur an als solche, die voll ausgelastet sind. Nicht in Betrieb befindliche Modulstränge können damit aufgespürt werden.
• Feuerwehr
  Sie sucht mithilfe der Wärmebildkamera nach Glutnestern nach einem Brand oder nach vermissten Personen in brennenden Gebäuden.
• Wissenschaft
  Sie kann verborgene Strukturen der Erde darstellen, des Weiteren lassen sich Oberflächentemperaturen von Meeren, Ozeanen und Landmassen bildlich zeigen.
• Polizei
  Sie überwacht Grenzabschnitte und nutzt dafür stationäre oder mobile Geräte. Diese zeigen auch kürzlich verlassene Lagerstellen, von denen die Menschen zu einem illegalen Grenzübertritt aufgebrochen sein können.
• Medizin
  Besonders empfindliche Geräte spüren Entzündungsherde in Körpern auf, auch die Reihenuntersuchung auf Fieber lässt sich mit der Wärmebildkamera durchführen. Aktuell befasst sich die Forschung mit der Darstellung von Brustkrebs mithilfe der Kamera.

Diese Aufzählung stellt nur einen Bruchteil der Anwendungsgebiete der Wärmebildkameras dar. Weitere Bereiche sind unter anderem die Veterinärmedizin, die Verkehrstechnik oder die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung. Die Einsatzgebiete der Wärmebildkameras erstrecken sich des Weiteren auf die militärische Nutzung.

Zielsuchsysteme setzen auf die Darstellung von Objekten durch verschiedene Temperaturen, so finden unter anderem Wärmesuchraketen ihr Ziel. Außerdem lassen sich Wärmbildkameras im Gegensatz zu Nachtsichtgeräten auch dann einsetzen, wenn kein Restlicht mehr vorhanden ist.

Es braucht keinen Infrarotscheinwerfer, der wiederum leicht zu entdecken wäre. Die Tarnung im militärischen Bereich ist mit Wärmebildkameras somit deutlich besser.

Wärmebildkamera: Vor- und Nachteile moderner Technik

Mithilfe von Thermometern lässt sich die Temperatur ebenso messen, allerdings ist dies immer nur punktuell möglich. Mithilfe der Wärmebildkamera hingegen lässt sich eine ganze Fläche gleichzeitig überwachen, was bedeutet, dass Flächenmessungen möglich sind. Vorteilhaft ist des Weiteren die rechtzeitige Messung erhöhter Temperaturen in technischen Anlagen.

Damit lassen sich weitreichende Schäden verhindern. Die Messung ist zudem berührungslos möglich, was auch über größere Entfernungen durchführbar ist. So können bei Hochspannungsleitungen oder gefährlichen Bauteilen ebenso Wärmemessungen vorgenommen werden, ohne dass eine Gefahr für den Menschen daraus resultiert.

Der große Vorteil der Wärmebildkameras, der vor allem vom Militär genutzt wird, besteht darin, dass sich in dunkler bzw. ähnlicher Umgebung Objekte und Körper mit verschiedenen Temperaturen darstellen lassen.

Dennoch hat das Verfahren auch Grenzen bzw. weist es Nachteile auf. Zum einen ist hier sicherlich der Preis zu nennen, denn gute Geräte mit einer entsprechend hohen Displayauflösung von mindestens 320 x 240 Pixel sind immer noch sehr teuer.

Ist der Emissionsfaktor nicht bekannt, lassen sich die Bilder nur schwer interpretieren und es kommt häufig zu falschen Schlussfolgerungen. Sehr empfindlich reagieren die Geräte auf Reflexionen, wie sie unter anderem von Metalloberflächen möglich sind. Trifft hier das Sonnenlicht auf, stört das die Messung erheblich. Auch Schneefall, Regen oder Nebel können die Messungen erschweren und sehr ungenau werden lassen.

Der Grund: Diese Witterungseinflüsse senkten den Transmissionsfaktor, den die Luft hat und die dargestellten Temperaturergebnisse beziehen sich kaum noch auf die Objekte, die hinter Regen und Schnee gemessen werden sollen.

Ein weiterer Nachteil ist die Messgenauigkeit: Diese ist schlechter als zwei Prozent bzw. weist sie derartige Abweichungen auf. Damit kann die Wärmebildkamera nicht mit dem herkömmlichen Thermometer konkurrieren.

Bewegt sich das zu messende Objekt oder der Körper sehr schnell, kommt es zu hohen Messungenauigkeiten. Aktuell sind zwar bereits neue Modelle auf dem Markt, die in Hochgeschwindigkeit messen können, doch diese sind noch sehr teuer und für die Allgemeinheit kaum erschwinglich.

Produktbeispiel einer Wärmebildkamera

Zwar nicht von Testo, dennoch mit einer ähnlichen Technik ausgestattet, ist die „Flir A6750“. Sie wartet mit kurzen Belichtungszeiten und hohen Bildwiederholungsraten auf, kann überdies sehr schnell verschiedene thermische Ereignisse aufzeichnen. Die Temperatur von Objekten, die sich rasch bewegen, kann schnell gemessen werden, die Bewegungsunschärfe ist dabei auf ein Minimum reduziert.

Die Kamera arbeitet mit Wellenlängen zwischen 3,0 und 5,0 µm oder nutzt die Breitbandoption mit 1,0 bis 5,0 µm. Sie kann die detailreichen Wärmebilder mit hoher Displayauflösung anzeigen (327.680 Pixel) und bietet eine hohe Empfindlichkeit gegenüber thermischen Einflüssen. Auch dynamische Prozesse lassen sich dank kurzer Integrationszeiten abbilden.

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