Erhö­hung der geome­tri­schen Auflö­sung mit Micro­Scan

Eine der zentralen Innovationen der High-End-Kameraserien ImageIR® und VarioCAM® High Definition ist MicroScan. Mithilfe dieser Funktion lässt sich die genutzte Pixelanzahl gegenüber der nativen Pixelanzahl des jeweils verwendeten FPA-Detektors vervierfachen. Das ermöglicht Thermografie in deutlich besserer Bildqualität. Anwender können mit einer Wärmebildkamera Thermogramme mit geometrischen Auflösungen bis zu (2.560 × 2.048) IR-Pixeln erstellen. Solche Aufnahmen mit mehr als 5,2 Megapixeln zeigen Messobjekte ausgesprochen fein aufgelöst.

InfraTec Glossar MicroScan - Thermogramm mit Hand und Lupe
InfraTec Glossary MicroScan - Bildnachweis: © iStock.com / mattjeacock and coprid
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Das bewirkt Micro­Scan

Je nach Betrachtungsrichtung hat MicroScan folgende Wirkung.

Es …

  • vervierfacht die Pixelanzahl

  • verdoppelt die räumliche Abtastrate und damit die (räumliche) Nyquist-Frequenz des Messsystems

  • halbiert das Pixelraster

  • reduziert Aliasingartefakte

  • verbessert die Bildqualität deutlich

Was der Unterschied zwischen der Verwendung des nativen Detektorformates einer Wärmebildkamera und des unter Einsatz von MicroScan zustande gekommenen Bildformates praktisch bedeutet, lässt sich am besten bildlich darstellen. Der folgende Vergleich zeigt die Aufnahmen eines Siemenssterns – jeweils ohne und mit aktivierter MicroScan-Funktion. In beiden Abbildungen sind je zwei rote, kreisförmige Markierungen erkennbar. Innerhalb des großen Kreises übersteigt die Frequenz der Strahlen des Siemenssterns die Nyquist-Frequenz des Detektors. Der kleinere Kreis umschließt den Teil des Siemenssternes, in dem die Frequenz der Strahlen die Nyquist-Frequenz mit MicroScan übersteigt. Aus Gründen der mechanischen Stabilität trägt der Siemensstern hier aber keine Strahlenstruktur mehr sondern ist kompakt.

InfraTec Glossar MicroScan - Aliasing
Darstellung des Siemenssterns ohne aktivierte MicroScan-Funktion
InfraTec Glossar MicroScan - Aliasing
Darstellung des Siemenssterns mit aktivierter MicroScan-Funktion - Vervierfachung der Pixelanzahl und Halbierung des Pixelrasters

Alia­sing und Nyquist-Frequenz

Das Beispiel des Siemenssterns offenbart die deutliche Verbesserung der Abbildungsqualität mit MicroScan. Die nichtlinearen Verzerrungen, welche im Bild ohne MicroScan deutlich hervortreten, entstehen durch die Abbildung auf das Pixelraster des Detektors und werden als Aliasing bezeichnet. Es handelt sich um Effekte, die sich nicht durch die Anwendung softwarebasierter Filter beseitigen lassen.

Aliasing tritt auf, wenn die Abtastfrequenz eines Messinstrumentes niedriger ist als die Hälfte der Frequenz des gemessenen Signals. Diese Frequenz nennt man auch Nyquist-Frequenz:

ƒnyquist = ½ · ƒabtast

In unserer Anwendung handelt es sich allerdings nicht um eine zeitliche Frequenz, die in Hz angegeben wird, sondern um räumliche Frequenzen mit der Einheit m-1 (1 / Meter). Die Abtastfrequenz einer Wärmebildkamera ergibt sich aus dem Kehrwert des sogenannten Pixel-Pitch, des Abstandes zwischen der Mitte zweier benachbarter Pixel. Angenommen, dieser Pixel-Pitch eines Thermogramms entspräche einer Distanz von 2 mm auf dem Messobjekt, so wäre die Nyquist-Frequenz 1/2 * 1/ (2 mm) = 0,25 mm-1. Strukturen im Objekt, die eine Periodizität < 4 mm haben, erzeugen damit Aliasingartefakte.

Dementsprechend muss die Abtastfrequenz, mit der das Originalsignal gemessen wird, mehr als doppelt so hoch sein, wie die höchste im Originalsignal enthaltene Frequenz ƒsignal:

ƒabtast > 2 · ƒsignal

So funk­tio­niert Micro­Scan bei der Kame­ra­serie ImageIR®

In den Modellen der Kameraserie ImageIR® sorgt ein schnell rotierendes MicroScan-Rad, das in die Wärmebildkamera integriert ist, für die praktische Umsetzung von MicroScan. Im Rad befinden sich vier infrarotdurchlässige Planscheiben, die jeweils um einen exakt definierten Winkel gekippt sind. Die Verkippung sorgt dafür, dass die Abbildung auf dem Detektor für jede Planscheibe um je ein halbes Pixel-Pitch lateral versetzt wird. Diese Einzelaufnahmen werden in Echtzeit zu einem Thermogramm mit der vierfachen Anzahl an Pixeln zusammengeführt. Jedes Pixel im Bild stellt damit einen echten Temperaturmesswert dar und keinen interpolierten Bildpunkt.

InfraTec Glossar MicroScan - Vergleich

Das alles geschieht nicht nur sehr präzise, sondern auch sehr schnell. Wie schnell, verdeutlicht das Beispiel der ImageIR® 8300 hp. Befindet sich die Wärmebildkamera mit (640 × 512) IR-Pixeln im Vollbildmodus bei ihrer maximalen Bildfrequenz, so dreht sich das MicroScan-Rad mit weit über 5.000 Umdrehungen pro Minute. Dank solch hoher Geschwindigkeiten können Anwender mit MicroScan auch Prozesse mit sich schnell bewegenden Messobjekten oder sich rasch ändernden Temperaturen thermografisch analysieren. Damit ist diese Technologie nicht nur für den Einsatz bis hin zur Mikrothermografie prädestiniert, sondern ebenso für verschiedenste Sicherheitsanwendungen.

So funk­tio­niert Micro­Scan bei der Kame­ra­serie VarioCAM® High Defi­ni­tion

Bei der Kameraserie VarioCAM® High Definition ist die MicroScan-Funktion über eine zwischen IR-Detektor und Optik positionierte, gekippte Germanium-Scheibe umgesetzt.

Die Scheibe rotiert und lenkt den Strahlengang für alle Pixel der Sensormatrix ab. Vier Einzelbilder, aufgenommen nach je einer Vierteldrehung der Scheibe, werden anschließend zu einem hochauflösenden Thermobild zusammengefasst. Die Abbildung der einzelnen Bildpunkte erfolgt jeweils definiert versetzt, so dass die Abstände zwischen den Pixeln voll ausgefüllt werden. Der Füllfaktor, der das Verhältnis zwischen empfindlicher Zelle und Isolierung beschreibt, steigt auf 100 %. Somit entsteht eine lückenlose Abbildung des Messobjektes.

InfraTec Glossar MicroScan - VarioCAM HD head
InfraTec Glossar MicroScan - VarioCAM HD head

Infrared Cameras from InfraTec with Micro­Scan Func­tion

Wärmebildkameras
Wärmebildkameras

Von diesen Vorteilen profi­tieren Nutzer der Micro­Scan-Funk­tion

Im alltäglichen Einsatz der Wärmebildkameras bewährt sich MicroScan vor allem durch einen augenscheinlichen Qualitätsgewinn hinsichtlich der Erkennbarkeit von Details. Die Aufnahmen zeigen die Messobjekte ausgesprochen fein aufgelöst. Das verdeutlicht ein Blick auf Kanten und Strukturen der Objekte: Auch schräge Objektkanten oder Rundungen werden selbst beim starken Vergrößern eines Bildausschnittes per Digitalzoom exakt abgebildet. Mit der Nutzung von MicroScan vereinfacht sich für Anwender das Auswerten und Analysieren im Bereich der Thermografie, weil auf den Aufnahmen einfach deutlich mehr Details zu erkennen sind. Die MicroScan-Funktion ist für den Dauerbetrieb geeignet und lässt sich zeitlich uneingeschränkt nutzen.

Einsatz der Micro­Scan-Funk­tion

InfraTec Newsletter - MicroScan-Funktion der Kameraserie ImageIR
InfraTec Newsletter - MicroScan-Funktion der Kameraserie ImageIR
InfraTec Newsletter - MicroScan-Funktion der Kameraserie ImageIR
InfraTec Newsletter - MicroScan-Funktion der Kameraserie ImageIR

Rele­vante Bran­chen und Anwen­dungs­ge­biete

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Messen Sie die Temperaturverteilung kleinster elektronischer Komponenten mit einer Wärmebildkamera.

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Bio- und Geostu­dien

Finden Sie kleinste Temperaturabweichungen in Landschaften, Biotopen und im Labor mit einer Wärmebildkamera höchster Messpräzision.

Microthermografie

Mikro­ther­mo­grafie

Die Mikrothermografie ermöglicht die thermische Analyse kleinster Strukturen im µm-Bereich und somit eine detaillierte Darstellung der Temperaturverteilung auf komplexen elektronischen Baugruppen.

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InfraTec Thermografie - Funktion EverSharp

EverS­harp-Funk­tion

Mit der innovativen EverSharp-Funktion werden alle Objekte in der Bildszene scharf abgebildet, unabhängig davon, wie weit diese von der Kamera entfernt sind und welches Objektiv zum Einsatz kommt. Die Qualität der Aufnahmen ist vollkommen unabhängig von der Tiefenschärfe der verwendeten Optik oder dem Abstand der Messobjekte zur Kamera. Für Anwender wird auf diese Weise die Bedienung der Wärmebildkamera noch komfortabler.

InfraTec Thermografie - HighSpeed-Modus

High-Speed-Modus – Bild­fre­quenz und Empfind­lich­keit erhöhen

Dank der Binning-Technologie verfügen Wärmebildkameras über zwei Geschwindigkeitsmodi – den Standardmodus und den High-Speed-Modus, in dem die Bildfrequenz auf mehr als das Dreifache ansteigt. Das Bildfeld bleibt in beiden Modi konstant, so dass sich der mit der Kamera aufgenommene Szenenausschnitt nicht ändert. Im High-Speed-Modus erhöht sich zudem die thermische Auflösung um den Faktor zwei. Somit können sehr schnelle Temperaturänderungen elektronischer Bauteile und Komponenten lückenlos aufgezeichnet und analysiert werden.

HighSense für Thermografiekameraserie ImageIR®

High­Sense – Immer die opti­male Kame­ra­ein­stel­lung

Dank HighSense haben ImageIR®-Anwender die Möglichkeit, auf Basis der Werkskalibrierung individuelle Messbereiche einzustellen, die optimal zur jeweiligen Aufgabenstellung passen. Je nach Messaufgabe kann der gewünschte Temperaturbereich gewählt werden und die dafür optimale Integrationszeit wird automatisch ausgegeben – oder man entscheidet sich für ein Vorgehen in umgekehrter Reihenfolge. Die Kalibrierung kann somit auch bei geänderten Integrationszeiten beibehalten werden.

Thermografie mit ImageIR Series von InfraTec - HDR - Bildnachweis: © iStock.com / Vershinin M

HDR – Große Temperaturbereiche gleichzeitig abbilden

Die Funktion High Dynamic Range (HDR) der Wärmebildkamera-Serie ImageIR® ermöglicht das kontinuierliche Aufnehmen von Messszenarien, die extrem voneinander abweichende Temperaturen aufweisen. Im HDR-Modus werden mehrere Thermogramme mit verschiedenen Integrationszeiten und verschiedenen Filtern schnell aufeinanderfolgend erstellt und zu einem Gesamtbild mit hohem Dynamikumfang zusammengesetzt. Der Messbereich kann dabei eine Spanne von bis zu 1.500 K umfassen. Nutzer erhalten kontrastreiche Bilder und Sequenzen in einem breiten Temperaturbereich, die eine hohe Messgenauigkeit auszeichnet.

Mehrere Integrationszeiten kombinieren mit Hilfe von MIT

Multi Integration Time (MIT)

Temperaturmessungen, welche sich über mehr als einen Kalibrierbereich erstrecken, erfordern die Erfassung mehrerer Thermogramme mit unterschiedlichen Kalibrierungen. Dies wird durch die Verwendung der Funktion Multi Integration Time möglich. Diese erhöht den Dynamikbereich einiger Modelle der Wärmebildkamera-Serie ImageIR® auf bis zu 16 bit und erweitert die Temperaturmessbereiche deutlich.

Thermografie-Aufnahme während der Zündung eines Airbags

Fens­ter­modus (Subwin­do­wing) – Erfas­sung schneller Sequenzen

Die Wärmebildkamera kann im Voll-, Halb-, Viertelbild- und Linien-Modus betrieben werden. Über die Kamera- Steuersoftware besteht die Möglichkeit, die erweiterte Subwindowing-Funktion zu nutzen. Mittels Click-and- Drag können so frei definierbare Teilbildformate schnell und komfortabel eingerichtet werden. Zur Erreichung dieser sehr hohen Bildwiederholraten wird jeweils ein definierter Teilbereich des Detektors ausgelesen.

Thermografie-Kameraserie ImageIR® mit neuer 10 GigE-Schnittstelle

10 GigE-Schnitt­stelle für ein kräf­tiges Plus an Leis­tung

Die 10 Gigabit Ethernet-Schnittstelle der High-End-Kameraserie ImageIR® erschließt diesen extrem schnellen Übertragungsstandard mit einer eigens dafür bei InfraTec entwickelten Netzwerkkarte. Diese arbeitet mit einsteckbaren, modularen, optischen oder elektrischen Transceiver-Modulen, die leicht wechselbar sind und als SFP+ bezeichnet werden.

Wärmebildkameras, die Micro­Scan* nutzen

Wärmebildkamera von InfraTec
High-End-Thermografiesysteme

ImageIR® 8300 hp

Bildformat(1.280 x 1.024) IR-Pixel
DetektortypMCT oder InSb

Wärmebildkamera von InfraTec
High-End-Thermografiesysteme

ImageIR® 8800

Bildformat(1.280 x 1.024) IR-Pixel
DetektortypMCT

Wärmebildkamera von InfraTec
High-End-Thermografiesysteme

ImageIR® 9400

Bildformat(2.560 x 2.048) IR-Pixel
DetektortypInSb

Wärmebildkamera von InfraTec
High-End-Thermografiesysteme

ImageIR® 9400 hp

Bildformat(2.560 x 2.048) IR-Pixel
DetektortypInSb

Wärmebildkamera von InfraTec
High-End-Thermografiesysteme

ImageIR® 9500

Bildformat(2.560 x 1.440) IR-Pixel
DetektortypMCT

Wärmebildkamera von InfraTec
Systemkameras

VarioCAM® HD head 900 security

Bildformat(2.048 x 1.536) IR-Pixel
DetektortypUngekühltes Mikrobolometer Focal Plane Array

Wärmebildkamera von InfraTec
Systemkameras

VarioCAM® HD head 900

Bildformat(2.048 x 1.536) IR-Pixel
DetektortypUngekühltes Mikrobolometer Focal Plane Array