Thermografie sind nicht alleine bunte Bilder...
Verlangen Sie mehr. Mit moderner Bildverarbeitung lassen sich viel mehr Informationen aus einem Thermogramm herausziehen als nur eine simple Temperatur.


Die hier vorgestellten Verfahren und Algorithmen dienen dazu, Ihre individuelle Meßaufgabe optimal zu bewältigen. 

Wenn Sie selbst Ingenieur für Thermografie oder Bauphysiker sind, wo eine IR-Kamera von Jenoptik betrieben wird, können Sie diese Software auch selbst kaufen. Den Vertrieb für den deutschsprachigen Raum hat die Firma InfraTec aus Dresden übernommen.

 

Vom Motiv bis zu den Daten
Die Aufnahme
Zunächst ist eine Thermografiekamera nichts anderes als eine elektronische Kamera wie jede andere auch. Sie gehorcht denselben Gesetzen, die auch im sichtbaren Licht gelten. Zu einer Aufnahme gehört:

Das Objekt muß auf geradem Wege sichtbar sein. Was man nicht mit den Augen sieht, kann auch nicht thermografiert werden.
Die Kamera muß scharfgestellt werden.
Je nachdem wie groß das Objekt ist, muß gezoomt werden.
Je nach Temperatur des Objekts muß die Spreizung und die Mittentemperatur der Kamera eingestellt werden. Hier ist allerdings ein Unterschied zur normalen Fotografie: Da das ganze Signal aufgezeichnet wird, kann das Bild ohne jden Informationsverlust später nach Belieben umskaliert werden.

Mit dem Druck auf den Auslöseknopf wird das elektronische Signal des Sensors auf einer PCMCIA-Karte als Datei abgespeichert. dabei gibt es sogar verschiedene Varianten, je nach Meßaufgabe:

Die Abspeicherung des aktuellen Bildes im Display (der Normalfall)
Die Abspeicherung der letzten bis zu 19 Bildern im FIFO-Speicher der Kamera als Kurzzeitsequenz
Die Abspeicherung von beliebig vielen Bildern als Zeitrafferfilm durch eine Timersteuerung

So eine PCMCIA-Speicherkarte ist sowohl sehr klein als auch sehr robust und zudem faktisch unbegrenzt wiederverwendbar. Dazu ist sie auch enorm zuverlässig. Als elektronischer "Film" ist sie für die Thermografie ideal geeignet: Jedes Fotolabor, jede Entwicklung, jeder Aufwand wird überflüssig und das Ergebnis ist in voller Qualität sofort verfügbar.
 

Das Datenformat Das originale Datenformat der Kamera Varioscan 3011 von DittiéThermografie ist ein spezielles Format, daß Jenoptik für die Thermografie entwickelt hat. Als Nutzer von Thermografie kommen Sie damit nicht direkt in Berührung, so daß Sie sich keine Gedanken über die Rohdaten machen müssen. Dafür haben Sie vollen Nutzen von den Vorteilen:

Automatische Dokumentation von Aufnahmezeit und -datum
Zuteilung einer individuellen Seriennummer, die ein Thermogramm immer indentifizierbar macht
Alle Einstellungen der Kamera wie Entfernung, die Luft- und die Strahlungstemperaturen und die Kalibrierdaten werden mit jedem Bild unverlierbar abgespeichert.
Und ganz wichtig: Es wird das gesamte Kamerasignal gespeichert. Alle Thermogramme lassen sich nachträglich nach Belieben umskalieren, ohne daß Information verloren geht. Die Skalierung der Kamera vor Ort wird dadurch unkritisch.
 

Thermogramme 
als Bilder		 Thermogramme werden erst durch eine angepaßte Darstellung zu Bildern. Im Computer wird der aufgezeichneten Signalstärke des Thermosensors zuerst eine Temperatur zugeordnet und dann diese Temperatur mit einem Grau- oder Farbwert ausgestattet. Damit der Betrachter weiß, welche Temperatur welcher Farbe entspricht, wird jedem Bild eine entsprechende Skala zugefügt. So lassen sich schon durch einfaches Hinschauen Temperaturen ablesen. Erst bei diesem schritt muß man sich auf eine Mittentemperatur und die passende Spreizung der Skala festlegen, damit ein kontrastreicher Eindruck entsteht.
 
Original Schwarzweiß-Bild
eines Thermogramms		 Glühfarben sorgen für
leichtere Interpretierbarkeit		 Starke Einfärbung sorgt für
hohe Kontraste

Dennoch bleibt ja von Bildpunkt zu Bildpunkt die originale Information erhalten, so daß man nur auf einen Punkt im Bild zielen muß, um aus dem Original-Thermogramm eine ganz genaue Temperatur zu ermitteln.

 

Bildverarbeitung und Bildrekonstruktion
Meßbereich
und Skalierung
Zuweilen stellt es sich erst nachträglich heraus, daß die Wahl von unterer und oberer Temperatur bei der Aufnahme vor Ort nicht optimal war. Das Originalthermogramm kann zu hell, zu dunkel, zu kontrastarm oder übersteuert sein. Das ist kein Problem, weil die Kamera von DittiéThermografie das gesamte Sensorsignal abspeichert, so daß sich alle Thermogramme verlustlos nachbearbeiten und einander angleichen lassen.
Zur optimalen Auswahl von Mittentemperatur, Skalenspreizung und den Emissionsparametern kann interaktiv in die Darstellung des Thermogramms eingegriffen werden:

Mitteltemperatur
Skalenspreizung
Emissionskoeffizient
Absorption der Atmosphäre

Farben und Paletten
Die Grauskala ist die einfachste Palette. Hier wird der Temperatur einfach nur ein Helligkeitswert zugeordnet, ganz ähnlich, wie es die Kamera tatsächlich sieht. Diese Palette ist optimal für eine besonders neutrale Auswertung.
Gerade bei einem Temperaturbild liegt es nahe, die Farbenreihe von glühenden Körpern zu verwenden: Kalte sind dunkel und rötlich, heiße gelb oder gar weiß und hell. Der Kontrastumfang ist gemäßigt, aber schon höher als bei der neutralen Grauskala.
Der Kontrastumfang eines Thermogramms kann noch ein wenig gesteigert werden, wenn noch die Farbe Violett zwischen Rot und dem schwarzen ( = kühlen) Ende eingefügt wird.
Alternativ kann der Kontrast in einem Thermogramm auch dadurch gesteigert werden, indem man die Farbskala von immer heißer werdenden Sternen aus der Astronomie entnimmt.
Man kann die Kontraste in einem Thermogramm auf die Spitze treiben, indem man soviele Farben wie möglich in eine Palette packt. Dabei benutzt man die psychologische Empfindung des Menschen für "kalte" und "warme" Farben, die den entsprechenden Temperaturen zugeordnet werden. Weiter wiederholt sich keine Farbe, um Mehrdeutigkeiten zu vermeiden. Zu beachten ist nur, daß hierbei schon kleine Meßfehler sichtbar werden.
Der Kartografie entnommen ist eine alternative Art, ein Thermogramm einzufärben, um auch kleinste Temperaturunterschiede zu betonen. Auch hier werden die psychologisch "kühleren" Farben den kleineren und die "wärmeren" Farben den höheren Temperaturen zugeordnet.
Es gibt Anwendungsfälle, wo die herkömmliche Einfärbung nicht geeignet ist, zum Beispiel wenn eine Wärmebilanz aus einem Thermogramm abgeleitet wird. Hier ist eine symmetrische Einfärbung sinnvoll, wobei der Sprungpunkt auf Null gesetzt wird.

Schärfer rechnen
In einem Thermogramm steckt mehr Information drin, als auf den ersten Blick zu sehen ist. Insbesondere bei Zoomaufnahmen kommt es systembedingt zu Unschärfen, wobei der prozeß, wie es zu diesen Unschärfen kommt, genau bekannt ist. Daher lassen sich solche "unscharfen" Bilder wieder fast verlustfrei rekonstruieren.
Das "Scharfrechnen" von Bildern funktioniert in der herkömmlichen Bildverarbeitung genauso wie in der Thermografie: durch eine inverse Faltung, was einer Hochpaß-Filterung entspricht, werden die verschmierten Bildpunkte wieder in ihre ursprüngliche Form gebracht. dabei kommt es jedoch auf eine genaue Anpassung des Filters auf die Unschärfefunktion im Ursprungs-Thermogramm an.
Das Resultat der Filterung zeigt ein Thermogramm, wie es ohne die systembedingte (und daher eigentlich unvermeidliche) Unschärfe ausgesehen hätte. Wichtig bei dieser Bildrekonstruktion ist, daß die originalen Temperaturwerte erhalten bleiben, so daß es nicht zu Meßfehlern kommt und das "Scharfrechnen" ein echter Gewinn ist.

Entzerren Es gibt Meßobjekte, die sich nicht so ohne weiteres abbilden lassen, weil sie zu groß sind, zu weit weg sind, schräg zur Blickrichtung angeordnet sind oder gar keine Flächen, sondern Rundungen haben. Diese Bilder lassen sich durch eine geometrische Entzerrung so in Form bringen, daß sie vergleichbar und auswertbar werden:

Aufrichten und Drehen in eine rechtwinklige Ansicht
Umformen von der Zentralperspektive in die orthogonale Perspektive
Wenn nötig Abwicklung eines Zylinders zur Halbkarte


 

Panoramen Panoramen werden dann gebraucht, wenn das normale Bildformat der Thermografiekamera nicht zum Meßobjekt paßt:

Die Auflösung muß größer als die der Kamera sein
Der abgebildete Bildwinkel ist größer als der größtmögliche der Kamera

Weitere Informationen zur Panoramatechnik in der Thermografie findet man hier ...
 

Zeitreihen Die Zeit führt eine weitere Dimension in die Thermografie ein, wenn Aufheizungs-, Abkühlungs- und Wärmeaustauschprozesse dokumentiert werden sollen. Die moderne Multimedia-Technik stellt hier eine ganze Palette von Darstellungsformen vor, die Zeilenscans, Kurzzeitsequenzen und Zeitrafferfilme der Thermografiekamera visualisieren:

Als animated GIF
Als AVI und MPEG (in Vorbereitung)
In Diagrammform

Weitere Informationen zur Zeitreihentechnik in der Thermografie findet man hier ...

 

Dokumentation und Archivierung
Grafik
Aus einem Thermogramm wird zunächst eine Grafik. Das Bild kann dabei mit verschiedenen Merkmalen ausgestattet sein:

beliebige Größe von 1:1 bis riesengroß. Dabei wird echte Interpolation benutzt, so daß keine häßlichen Klötzchen entstehen.
Austattung mit einer Temperaturskala (auf Wunsch auch ohne)
Abspeicherung in allen gängigen Grafikformaten: GIF, JPEG, TIF, PCX, BMP
 

Papier, Papier Der Normalfall ist der Ausdruck des Thermogramms auf Papier. Der Ausdruck enthält dabei übersichtlich formatiert alles, was zur Dokumentation dazugehört. Wenn zum Thermogramm ein normales Foto gehört, wird es gleich mit ausgedruckt.

Wenn die Thermografie zu einem Programm zur Gebäudeuntersuchung gehört, dann ist der Ausdruck noch informativer:

Wetter- und Umweltinformationen
Auftraggeber und Adresse
Eine Beschreibung des Meßobjekts
Eine genaue Kommentierung, frei formuliert oder in Form von kleinen Nummern, die in das Thermogramm eingeblendet werden. In einem beigehefteten Katalog kann dann sehr genau nachgeschlagen werden, um was für einen Befund es sich am Ort der Kommentarnummer handelt.

Aber natürlich sind auch Ausdrucke ohne Becshriftung im Großformat bis DIN A3 in hochwertigem Farbdruck möglich.
 

CD-ROM und Video Wenn die Datenmengen größer werden oder ganz besonders sicher dokumentiert werden sollen, so kann die komlette Auswertung auf CD-ROM im ISO 9660 Format gesichert werden. Damit ist sicher, daß die Information für viele Jahre auf allen üblichen Computersystemen verfügbar sind, seis unter Windows, MAC-OS oder UNIX.

Bei Zeitreihenaufnahmen kann die Archivierung auch in Form eines Videos erfolgen, durch die neue Multimediatechnik auch in computergestützter Form. Die darstellung als AVI- oder MPEG-Datei befindet sich in Vorbereitung.

 

Im Thermogramm steckt noch mehr Information
Zahlenreihen
und Diagramme
In einem Thermogramm steckt nicht nur eine visuelle Information, sondern auch Zahlenwerte, um die es eigentlich geht. Durch die genaue Zuordnung der Temperaturwerte zum Bildort sind sehr vielgestaltige Darstellungsformen oder Eingabewerte für Ihre Computerprogramme möglich:

Darstellung von Diagrammen
Darstellung als Meßwertmatrizen
Excel-kompatible Tabellen

Die Auswertung als Zahlenreihen und Diagrammen sind sehr aufgabenspezifisch. Die Software wird daher genau auf Ihre Meßaufgabe angepaßt. Weitere Informationen zur dieser Dienstleistung finden Sie hier.
 

Kondensation Eine ganz besondere Stärke der Thermografie ist es, daß das Bild auch als hochkomplexer Eingangsdatensatz zu einer Computersimulation dienen kann. Solche Simulationen werden insbesondere in der Bauphysik eingesetzt.
 
Aus der Temperaturverteilung in einem Thermogramm und einer Wasserdampfbilanz läßt sich per Simulationsrechnung ermitteln, ob ein beobachteter Wasserschaden von kondensierender Luftfeuchte verursacht wird oder nicht. Es läßt sich sogar rekonstruieren, unter welchen Bedingungen es zu dem zu beurteilenden Schaden gekommen ist.
Die Computersimulation läßt die Thermografie sogar in Wände schauen. Mit Hilfe von material- und Klimadaten kann per Computer nachgerechnet werden, was im Laufe eines jahres im Baumaterial geschieht, ob es zu innerer Wandnässe kommt, ob sie austrocknen kann oder ob sogar Frostverwitterung auftritt.

Nähere Informationen zur computergestützen Simulation finden Sie in der Rubrik Gutachtersupport.
 

Energieströme
Was liegt näher aus den sichtbar gemachten Temperaturen auf die Wärmeströme durch eine Oberfläche zu schließen. Mit Umweltbedingungen aus der DIN 4108 oder richtig gemessenen Umweltverhältnissen zusammen mit den Wärmeaustauschgesetzen aus dem VDI-Wärmeatlas lassen sich die Wärmesträme berechnen und selbst als Bild darstellen.
Hat man erst einmal die Wärmeströme, so kann von Teilfläche zu Teilfläche jeweils der k-Wert  ausgemessen werden. Noch weitergehend kann auch der spezifische Energieverbrauch, die spezifischen Energiekosten und sogar die Kohlendioxidproduktion berechnet werden. Mit den architektonischen Daten und den jeweiligen Flächenanteilen kann dann der wert für das ganze Gebäude errechnet werden.

 

Paßt Thermografie zu Ihrer Anforderung ? Reden wir miteinander: dittie(at)thermografie.de oder direkt 02244 / 9049806  (at) bitte durch @ ersetzen

 
Infoecke
- Was Sie schon immer über Thermografie wissen wollten ...


Die Visitenkarte von DittiéThermografie

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