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Wärmebildkameras im Test

Fette Beute für Leckage-Jäger mit Wärmebildkameras

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Anbieter zum Thema

Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB
FLIR Systems GmbH
ebs Automatisierte Thermographie und Systemtechnik GmbH
NEC Deutschland GmbH
Testo SE & Co. KGaA

Was bringt die Super-Resolution bei Wärmebildkameras?

Drei der Kameras (beide Testo-Geräte und die Nec Avio R300W2) verfügen über die Möglichkeit der sogenannten Super-Resolution. Dies ist ein Verfahren, das die Bildqualität der Kameras verbessern soll. Dabei wird eine Bildsequenz aufgenommen, die entweder in der Kamera oder nachträglich über die Auswertungssoftware in ein einzelnes hochaufgelöstes Bild umgerechnet wird.

Um die Super-Resolution-Funktion zu nutzen, muss die Kamera allerdings handgeführt sein. Die Tester untersuchten die drei Geräte bei diesem Parameter bezüglich der Temperaturgenauigkeit, der Temperatur in Abhängigkeit von der Objektgröße und ihrer Wirkung auf das 4-Balken-Testmuster. Auch für diesen Bereich gilt: Standardisierte Messmethoden zur Bewertung der Super-Resolution liegen bislang nicht vor. Tabelle 9 fasst den Einfluss der Super-Resolution auf die Messergebnisse zusammen.

Ergänzendes zum Thema
Nachgefragt
Nachgefragt: Überschätzt aber nicht übersehen

Bei einem der neueren Features, der Super-Resolution scheiden sich die Geister. Für das junge Verfahren gibt es noch keine einheitlichen Testkriterien. Dennoch liegen die Hersteller mit dieser Funktion wohl auf dem richtigen Weg. Wir wollten von Dr. Martin Stratmann Fachbereichsleiter Messtechnik der Division Thermografie bei Testo wissen, wie er die Ergebnisse interpretiert.

PROCESS: Unsere Tests haben ergeben, dass bei allen Kameras mit der noch jungen Funktion der Super-Resolution das Ergebnis verbessert wird. Bei den Testo-Kameras traten in homogenen Flächen Strukturen auf, die eigentlich dort nicht vorhanden sind. Auch an Kanten gab es Effekte, wie sie sonst von Algorithmen zur Kantenanhebung bekannt sind. Wie kommt das?

Dr. Stratmann: Bei der Entwicklung der Super-Resolution hatten wir Anwender im Fokus die kleine Fehlstellen, nahe der Auflösungsgrenze des Detektors, erkennen und messen möchten. Durch die Methode der Dekonvolution können bei Temperaturspüngen im Bild, z.B. an steilen Kanten, kleine Überschwinger entstehen die rasch abklingen.

PROCESS: Was heißt das konkret für den Anwender? Misst er nun falsch?

Dr. Stratmann: Für den Nutzer kommt es doch vor allem darauf an, dass er ein Problem nicht übersieht. Mit der Technik, so wie wir sie implementiert haben, wird die Messauflösung der Kamera verbessert. Bei Objekten unterhalb der Messauflösung ist der Messwert minimal überhöht, so dass der Nutzer im schlimmsten Fall einen Hot-Spot geringfügig überschätzt, die Wahrscheinlichkeit, dass er ihn übersieht, sinkt jedoch dramatisch. Da dieser Effekt bei kleinen Objekten einem Übersehen von Hot- oder Cold-Spots entgegenwirkt, überwiegt aus unserer Sicht der Nutzen in der praktischen Anwendung.

Fazit: Bei der Nec Avio R300W2 wird durch die Super-Resolution das Gesamtrauschen von 47?mK auf 33?mK, also um etwa 30?% verringert. Ursache dafür sind sowohl ein geringeres Rauschen als auch eine höhere Responsivität. Die mittlere Abweichung der gemessenen Temperatur von der Schwarzkörpertemperatur liegt mit Super-Resolution bei 901?mK. Sie ist damit um etwa den Faktor 1,8 höher als ohne Super-Resolution.

Diese insgesamt schlechtere Temperaturgenauigkeit ist unerwartet und nicht zu erklären, da die Super-Resolution eigentlich keinen Einfluss darauf haben sollte. Bei der Messung der Temperatur in Abhängigkeit von der Objektgröße verbessert die Super-Resolution die geometrische Auflösung basierend auf dem 95?%-Wert der Temperaturgenauigkeit um etwa 22?%.

Bei der Testo 875i ist in guter Näherung ein linearer Zusammenhang zwischen eingestellter und gemessener Temperatur festzustellen, wobei die Steigung mit und ohne Super-Resolution praktisch übereinstimmen. Auch hier weicht die Steigung der Ausgleichsgerade aber von der idealen Steigung ab, d.h. es liegt keine konstante Temperaturabweichung vor. Dennoch bleiben die Abweichungen bei beiden Testo-Geräten im betrachteten Temperaturbereich in der vom Hersteller angegebenen Genauigkeit von ±2?K.

Wie sieht es bei der Temperatur in Abhängigkeit von der Objektgröße aus?

Mit Super-Resolution verringert sich bei den Testo-Kameras die 95?%-Temperaturgenauigkeit um etwa 35?%. Dagegen zeigt die Nec Avio R300W2 etwa 23?% genauer die Temperatur an. Die Tester stellten zudem bei den Testo-Geräten Artefakte fest, d.h. Veränderungen in den Bildern durch den Super-Resolution-Algorithmus. Wie diese mit den Temperatur- und Größenabweichungen zusammenhängen und warum sie durchaus vom Hersteller gewünscht sind, lesen Sie im Kasten-Text auf dieser Seite "Ergänzendes zum Thema".

Über die 4-Balken-Testmuster haben die Wissenschaftler für die Testo-Kameras nachgewiesen, dass sich die Frequenzauflösung verbessert. Oberhalb der Nyquist-Frequenz wird aus dem unterabgetasteten ein gut abgetastetes Gerät, d.h. statt den im unterabgetasteten Fall nur drei bzw. zwei zu erkennenden Balken sind durch die Super-Resolution wieder die eigentlich vorhandenen vier Balken zu erkennen. Bei der Nec Avio R300W2 konnte dies nicht vollständig untersucht werden, muss aber nach den vorliegenden Aufnahmen ebenfalls vermutet werden.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 67 Bildern

Gesamt-Fazit des Wärmebildkamera-Tests

Zuerst einmal: Erfreulich aus Sicht der Redaktion ist, dass keine der getesteten Kameras durchgefallen ist. Die gemessenen Werte liegen innerhalb der von den Herstellern angegebenen Spezifikationen. Festgestellte Abweichungen, wie im Bereich der Super-Resolution werden von den Experten noch heiß diskutiert. Hier heißt es für den Anwender, sich zwischen theoretischer/physikalischer Genauigkeit und Betriebs-/Alltagstauglichkeit zu entscheiden. Den Ausschlag für ein Gerät wird jedoch am Ende wohl nicht nur das Thema Super-Resolution machen. Die geplanten Anwendungen, Zusatzfunktionen und das zur Verfügung stehende Budget spielen sicher eine mindestens ebenso große Rolle. Somit bleibt auch für das Instandhaltungsteam von Schichtleiter Erlatt zum Aufstöbern des Dampflecks die Qual der Wahl, denn für diesen Anwendungsfall würden sich alle untersuchten Geräte gut eignen.

Film zum großen PROCESS-Produkttest Wärmebildkameras

* Die Autoren arbeiten als Leiter Online und Volontär bei PROCESS. Kontakt: frank.jablonski@vogel.de; wolfgang.ernhofer@vogel.de Anmerkung: Durchführung der Tests vom Fraunhofer IOSB, Abteilung Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung. Besonderer Dank an Tester Uwe Adomeit.

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