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Solides Handwerk und sauber ausgeführte Arbeit reichen aus : Ausgabe 17/2016, 20.10.2016

Das Geheimnis eines guten Wärmebildes

Wärmebildkameras haben sich in den letzten Jahren in vielen beruflichen Umfeldern verbreitet. Ihre Handhabung ist einfach, ein Wärmebild ist schnell gemacht. Dieses wird dann ebenso schnell einem Untersuchungsbericht als Nachweis der gemachten Arbeit oder gefundener Fehler und Abweichungen beigefügt. Doch was macht ein wirklich gutes, brauchbares Wärmebild aus?

Autor: Christiane Buchgeister, Leiterin Infrared Training Center ITC bei FLIR Systems, Text und Bilder

Während der praktischen Übungen in unseren Thermografieschulungen stelle ich immer wieder fest, wie schwer sich manche Teilnehmer tun, ihre Kamera optimal für die jeweilige Aufgabe einzustellen. Nicht jeder hat einen Hintergrund als Hobbyfotograf und um ein gutes und aussagekräftiges Wärmebild aufzunehmen, sind sowohl Hintergrundwissen als auch dessen praktische Anwendung wichtig.

Drei Punkte machen ein gutes Bild aus

Somit ist es nicht verwunderlich, dass immer wieder, und vor allem von nicht ausgebildeten Thermografen, Berichte mit Wärmebildern produziert werden, die jeder Aussage entbehren oder gar falsche Rückschlüsse untermauern. Einer befreundeten Profifotografin habe ich die Frage gestellt, was ihrer Ansicht nach ein gutes Bild kennzeichnet. Sie nannte daraufhin drei wichtige Punkte:

  • es muss etwas anrühren, d. h. es muss ungewöhnlich, auffällig oder besonders sein, das Interesse und je nach Genre auch Gefühle wecken
  • die Komposition und das Gleichgewicht müssen stimmen, Bildausschnitt sowie Bildinhalt müssen ästhetisch zusammenpassen
  • die Belichtung muss interessant sein, entweder ein Gegenlicht oder schattenwerfendes Seitenlicht, Abendlicht oder angenehm ausgeleuchtet – einfach passend zur Gesamtaussage

Inwieweit gelten diese Aussagen nun für die Thermografie?

Das Motiv soll auch beim Thermografieren interessant sein, oder etwas umformuliert: Wir haben Interesse an einem Objekt oder dessen Zustand, welcher abgebildet werden soll. Emotionen sind nicht gefragt, es geht um die deutliche Darstellung von Wärmemustern und die Möglichkeit der Temperaturmessung. Auch das Thermogramm muss einen geeigneten Bildausschnitt aufweisen und das Objekt in geeigneter Grösse und Position abbilden.

Ohne Belichtung ist visuelles Sehen und auch das Fotografieren nicht möglich, da hierbei Reflexionen wahrgenommen werden. In der Thermografie nimmt die Kamera sowohl emittierte als auch reflektierte Strahlung auf. Somit ist das Verhältnis und die Intensität sowohl der vom Objekt abgegebenen und als auch der aus der Umgebung stammenden Infrarotrotstrahlung wichtig. Helligkeit und Kontrast im Bild werden durch Anpassen des gezeigten Temperaturintervalls angepasst.

Wie in der Fotografie gibt es auch in der Thermografie zahlreiche Möglichkeiten ein aufgenommenes Bild nachzubearbeiten, sofern es als radiometrisches Bild gespeichert wurde. Doch nicht alle Einstellungen sind veränderbar und somit sind auch nicht alle Aufnahmefehler reparabel.

Die drei Unveränderlichen – Grundlagen für ein gutes Bild

Fokus:

Ein professionelles Wärmebild ist immer fokussiert und scharf. Das Objekt und das Wärmemuster müssen klar und deutlich zu erkennen sein. Ein unscharfes Wärmebild wirkt nicht nur unprofessionell und erschwert die Identifizierung des Objektes und der Fehlerstelle, es verursacht zudem Messfehler, die umso gravierender sind, je kleiner das Messobjekt ist.

Temperaturmessbereich:

Bei ungekühlten Mikrobolometerkameras ist die Belichtungszeit durch die Bildwiederholfrequenz sozusagen voreingestellt. Somit kann nicht frei gewählt werden wie lange, und damit wie viel, Strahlung auf den Kameradetektor fällt. Deshalb muss man einen passenden Temperaturmessbereich wählen, der der einfallenden Strahlungsmenge entspricht. Bei Auswahl eines zu niedrigen Temperaturmessbereichs wird das Bild übersättigt. Wird ein zu hoher Temperaturmessbereich gewählt, ist das Wärmebild sozusagen unterbelichtet.

Bildausschnitt und Abstand zum Objekt:

Der Ausleuchtung in der Fotografie entspricht das Zusammenspiel von Objektstrahlung und reflektierter Umgebungsstrahlung, wobei Letztere stört und zumindest Punktreflexionen vermieden werden sollten. Die Aufnahmeposition sollte auch so gewählt sein, dass auf dem Bild das zu untersuchende Objekt zu sehen ist und nicht verdeckt wird. Dies mag selbstverständlich erscheinen, doch habe ich schon viele Berichte gesehen, in denen die zu untersuchenden Leitungen oder Fenster von Sofas, Zimmerpflanzen oder Gardinen verdeckt waren. Wichtig ist auch, dass das zu untersuchende Objekt im Wärmebild gross genug dargestellt wird. Dies gilt vor allem bei der Temperaturmessung von kleinen Objekten. Der Messfleck muss vom Objekt vollständig ausgefüllt sein, um korrekte Temperaturmessung zu ermöglichen.

Die Veränderlichen – Bildoptimierung und Temperaturmessung

Level und Span:

Nach Wahl des geeigneten Messbereiches erfolgt die Feinjustierung von Kontrast und Helligkeit im Wärmebild durch das Anpassen des angezeigten Temperaturintervalls. Diese Skalierung ist im manuellen Modus möglich. Im automatischen Modus wählt die Kamera dagegen die kälteste und wärmste scheinbare Temperatur im Bild als untere und obere Grenze des momentan angezeigten Temperaturintervalls.

Paletten und Isotherme:

Paletten stellen Intervalle mit jeweils gleichen scheinbaren Temperaturen in unterschiedlichen Farben dar. Sie übersetzen also eine bestimmte Strahlungsintensität in eine spezifische Farbe. Häufig verwendete Paletten sind die Grau-, Eisen- und Regenbogenpalette. Grautöne sind besonders geeignet, um kleine geometrische Details aufzulösen aber weniger gut für die Anzeige kleiner Temperaturunterschiede. Die Eisenpalette ist sehr intuitiv und damit auch für Laien leicht zu verstehen. Sie bietet eine gute Balance zwischen geometrischer und thermischer Auflösung. Die Regenbogenpalette ist bunter und wechselt zwischen dunklen und hellen Farben. Dadurch ergibt sich ein starker Kontrast, welcher bei Objekten mit unterschiedlichen Oberflächen oder vielen unterschiedlichen Temperaturen zu einem sehr unruhigen Bild führen kann. Die Isotherme ist eine Messfunktion, die ebenfalls ein bestimmtes Intervall gleicher scheinbarer Temperatur, bzw. Strahlungsintensität in einer abweichenden Farbe darstellt. Mit ihr können Wärmemuster im Bild noch weiter hervorgehoben werden.

Objektparameter:

Nicht nur das Aussehen eines radiometrisch gespeicherten Wärmebilds kann nachbearbeitet werden. Man kann auch die Einstellungen ändern, die für die Temperaturberechnungen relevant sind. Für die Praxis heisst das, dass z. B. der Emissionsgrad und die reflektierte scheinbare Temperatur im Nachhinein geändert werden können.

Aufnahme – Hinweise für die Praxis

Die folgende Aufzählung gibt einige wertvolle Tipps für die Praxis:

  • vergewissern Sie sich, dass die Kamera radiometrische Bilder aufnimmt
  • wählen Sie eine geeignete Aufnahmeposition: Beachten Sie die Strahlungsverhältnisse, überprüfen Sie, dass das Objekt frei sichtbar ist und in angemessener Grösse und Position abgebildet wird
  • fokussieren Sie
  • überprüfen Sie den Temperaturmessbereich und achten Sie darauf, dass er weiterhin passend gewählt ist, falls Sie den Emissionsgrad ändern
  • verwenden Sie ein Stativ für eine Aufnahme ohne Verwackeln
  • führen Sie eine thermische Bildoptimierung durch
  • notieren Sie Objektname und -grösse, tatsächliche Entfernung, Umgebungsbedingungen und Betriebsbedingungen

Das Bearbeiten des Wärmebildes ist am Einfachsten am gespeicherten oder eingefrorenen Bild. Dies muss nicht vor Ort geschehen, man kann den Gefahrenbereich nach der Aufnahme verlassen.

Fazit

Um ein gutes Wärmebild aufzunehmen, bedarf es keiner Zaubertricks. Solides Handwerk und sauber ausgeführte Arbeit reichen aus. Viele der erwähnten Punkte mögen trivial klingen und schon lange bekannt sein. Selbstverständlich spielt die Ausrüstung eine gewisse Rolle. Mit hochauflösenden Kameras können auch kleine Abweichungen schnell lokalisiert werden. Ohne Fokussierungsmöglichkeit ist es schwieriger, ein scharfes Bild aufzunehmen. Dennoch sind hochwertige Kameras keine Garantie für gute Bilder, wenn schlecht gearbeitet wird. Die Grundlage für gutes und professionelles Arbeiten sind Ausbildung und Training im Bereich Thermografie, Austausch mit anderen Thermografen und natürlich die eigene praktische Erfahrung. 

Infoservice

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Tel. 0049 69 950 090 0, Fax 0049 69 950 090 40
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Fokussiertes Wärmebild (oben) mit Maximaltemperatur Tmax = 89,7 °C und nicht fokussiertes Wärmebild (unten) mit Maximaltemperatur Tmax = 73,7 °C




Aufnahmen mit einer T440 mit den Temperaturmessbereichen –20 bis +120 °C (oben), 0 bis +650 °C (Mitte) und +250 bis +1200 °C (unten), alle anderen Einstellungen sind unverändert



Wärmebild im automatischen Modus (oben) und im manuellen Modus (unten), das angepasste Temperaturintervall erhöht den Kontrast im Bild und lässt die Fehlstelle deutlich werden



Grundmauer: Übergang zwischen dem alten (oben im Bild) und neueren (unten im Bild) Teil des Gebäudes, die Isotherme verdeutlicht den Bereich der Luftleckage