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Wärmebildaufnahme: Besser mit kühlem Kopf

Wärmebildkameras werden in professionellen Bereichen immer häufiger eingesetzt. Ihre Handhabung ist einfach, eine Wärmebildaufnahme schnell gemacht. Oft dient ein Wärmebild vom Haus oder Bau nur der Ursachenfindung, wenn es um Schäden geht. Wärmebildaufnahmen lassen sich aber auch zum Nachweis der durchgeführten Arbeit oder der gefundenen Fehler und Abweichungen verwenden. Gerne wird dabei vergessen, dass ein Bild, das als Nachweis oder gar Beweis etwa vor Gericht dienen soll, bestimmte Anforderungen erfüllen muss. Mit einem schnellen Schnappschuss ist es also nicht getan. Was aber macht ein wirklich gutes und verwertbares Wärmebild aus?

Nachbearbeitung kann nicht jede Wärmebildaufnahme retten

Eine Anmerkung vorweg: Wie in der digitalen Fotografie gibt es auch in der Thermografie zahlreiche Möglichkeiten, ein aufgenommenes Bild nachzubearbeiten, sofern es als radiometrisches Bild gespeichert wurde. Aber nicht alle Einstellungen sind veränderbar, somit sind auch nicht alle Aufnahmefehler reparabel.

Diese drei Grundlagen müssen stimmen:

1. Der Fokus

Ein professionelles Wärmebild vom Haus ist immer fokussiert und scharf. Das Objekt und das Wärmemuster müssen klar und deutlich zu erkennen sein.

Das Bild ist nicht fokussiert. Es ist nur eine diffuse „Wärmewolke” erkennbar. (Bild: Flir Systems)

Das Bild ist nicht fokussiert. Es ist nur eine diffuse „Wärmewolke” erkennbar. (Bild: Flir Systems)

Das fokussierte Bild zeigt deutlich, welches Objekt betrachtet wird und wo es warm ist. (Bild: Flir Systems)

Das fokussierte Bild zeigt deutlich, welches Objekt betrachtet wird und wo es warm ist. (Bild: Flir Systems)

Eine unscharfe Wärmebildaufnahme wirkt nicht nur unprofessionell und erschwert die Identifizierung des Objektes und der Fehlerstelle, es verursacht zudem Messfehler. Sie sind umso gravierender, je kleiner das Messobjekt ist. Auch wenn alle anderen Parameter richtig eingestellt sind, werden die Messwerte eines nicht fokussierten Wärmebildes mit hoher Wahrscheinlichkeit falsch sein.

Fokussierte Wärmebildaufnahme mit Maximaltemperatur Tmax = 89,7 °C (Bild: Flir Systems)

Fokussierte Wärmebildaufnahme mit Maximaltemperatur Tmax = 89,7 °C (Bild: Flir Systems)

Nicht fokussiertes Wärmebild mit Maximaltemperatur Tmax = 73,7 °C (Bild: Flir Systems)

Nicht fokussiertes Wärmebild mit Maximaltemperatur Tmax = 73,7 °C (Bild: Flir Systems)

Selbstverständlich spielt auch die Größe der Detektormatrix bei der Bildqualität eine Rolle. Bilder von Kameras mit kleineren Detektoren (das heißt mit weniger Pixeln) sind unschärfer oder „gröber“. Es entsteht leicht der Eindruck, sie seien nicht fokussiert. Dabei ist auch zu beachten, dass nicht jede Kamera fokussiert werden kann. In diesem Falle stellt der Abstand vom Objekt die einzige Fokussiermöglichkeit dar.

Derselbe Heizkörper aus derselben Entfernung … (Bild: Flir Systems)

Derselbe Heizkörper aus derselben Entfernung … (Bild: Flir Systems)

… mit denselben Einstellungen aufgenommen mit… (Bild: Flir Systems)

… mit denselben Einstellungen aufgenommen mit… (Bild: Flir Systems)

… drei verschiedenen Wärmebildkameras: FLIR C2 (links), FLIR T440 (Mitte) und FLIR T640 (rechts). (Bild: Flir Systems)

… drei verschiedenen Wärmebildkameras: FLIR C2 (links), FLIR T440 (Mitte) und FLIR T640 (rechts). (Bild: Flir Systems)

2. Der Temperaturmessbereich einer Wärmebildaufnahme

Bei handgehaltenen ungekühlten Mikrobolometer-Kameras 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 ein passender Temperaturmessbereich gewählt werden, der der einfallenden Strahlungsmenge entspricht. Bei Auswahl eines zu niedrigen Temperaturmessbereichs wird das Bild übersättigt, da Objekte höherer Temperatur mehr Infrarotstrahlung abstrahlen als kältere Objekte. Wird ein zu hoher Temperaturmessbereich gewählt, ist die Wärmebildaufnahme sozusagen „unterbelichtet“ und wird undeutlich.

Die Wärmebildkamera „T440“ mit den Temperaturmessbereichen -20 bis +120 °C … (Bild: Flir Systems)

Die Wärmebildkamera „T440“ mit den Temperaturmessbereichen -20 bis +120 °C … (Bild: Flir Systems)

von 0 bis +650 °C … (Bild: Flir Systems)

von 0 bis +650 °C … (Bild: Flir Systems)


… und von +250 bis +1200 °C. Alle anderen Einstellungen sind unverändert. (Bild:Flir)

… und von +250 bis +1200 °C. Alle anderen Einstellungen sind unverändert. (Bild:Flir)

Für eine Aufnahme beziehungsweise Temperaturmessung sollte daher der niedrigstmögliche in der Kamera verfügbare Temperaturmessbereich gewählt werden. Gleichzeitig muss dieser die höchsten Temperaturen im Bild abdecken.

Aufnahme desselben Objektes mit verschiedenen Temperaturbereichen: -20 bis +120 °C (im Bild). Hier wird ein Warnhinweis (roter Kreis mit weißem Kreuz) angezeigt, da dieser Messwert außerhalb des kalibrierten Bereichs liegt. (Bild: Flir Systems)

Aufnahme desselben Objektes mit verschiedenen Temperaturbereichen: -20 bis +120 °C (im Bild). Hier wird ein Warnhinweis (roter Kreis mit weißem Kreuz) angezeigt, da dieser Messwert außerhalb des kalibrierten Bereichs liegt. (Bild: Flir Systems)

In diesem Bild liegt der Temperaturbereich zwischen 0 und 650 °C. (Bild: Flir Systems)

In diesem Bild liegt der Temperaturbereich zwischen 0 und 650 °C. (Bild: Flir Systems)


Je nach Kameramodell und Einstellungsmöglichkeiten können über- beziehungsweise untersteuerte Bereiche auch mit einer Kontrastfarbe angezeigt werden.

3. Der Bildausschnitt und der 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. Dies geschieht durch Aufsuchen einer geeigneten Aufnahmeposition. Diese sollte auch so gewählt sein, dass auf dem Bild das Objekt von Interesse zu sehen ist und nicht verdeckt wird. Dies mag selbstverständlich erscheinen, doch gerade, wenn ein Wärmebild im Haus angefertigt werden soll, habe ich schon viele Berichte gesehen, in denen die zu untersuchenden Leitungen oder Fenster von Sofas, Zimmerpflanzen oder Gardinen verdeckt waren. Die folgende Abbildung illustriert diesen doch viel zu oft vorkommenden Fall.

Wärmebildaufnahme im Haus: Das hier untersuchte Objekt (Heizkörper mit Leitungen) befindet sich hinter einem Tisch und einigen Kabeln. (Bild: Flir Systems)

Wärmebildaufnahme im Haus: Das hier untersuchte Objekt (Heizkörper mit Leitungen) befindet sich hinter einem Tisch und einigen Kabeln. (Bild: Flir Systems)

Bevor man Wärmebilder macht, sollte man dafür sorgen, dass Objekte, die Teile des Bildes verdecken, entfernt werden. (Bild: Flir Systems)

Bevor man Wärmebilder macht, sollte man dafür sorgen, dass Objekte, die Teile des Bildes verdecken, entfernt werden. (Bild: Flir Systems)

Wichtig ist auch, dass das zu untersuchende Objekt beziehungsweise dessen interessante Bereiche die Wärmebildaufnahme ausfüllen. Dies gilt vor allem bei der Temperaturmessung von kleinen Objekten. Der Messfleck eines einzelnen Detektors muss vom Objekt vollständig ausgefüllt sein, um eine korrekte Temperaturmessung zu ermöglichen. Da das Bildfeld und damit die Messfleckgröße durch die Entfernung zum Objekt und die Optik definiert sind, muss in diesen Fällen der Abstand zum Objekt verringert („Näher ran!“) oder ein Teleobjektiv gewählt werden.

Wärmebilder im Haus: Zu- und Rücklaufleitungen von Heizkörpern in einem Großraumbüro. Das linke Bild wurde aus 1 Meter Entfernung aufgenommen, der Messfleck ist ausgefüllt und die Temperaturmessung korrekt. Das rechte Bild wurde aus 3 Metern Entfernung aufgenommen, der Messfleck ist nicht vollständig ausgefüllt und die gemessenen Temperaturwerte sind falsch: 31,4 und 24, 4 °C statt 33,2 und 25,9 °C. (Bild: Flir Systems)

Wärmebilder im Haus: Zu- und Rücklaufleitungen von Heizkörpern in einem Großraumbüro. Das linke Bild wurde aus 1 Meter Entfernung aufgenommen, der Messfleck ist ausgefüllt und die Temperaturmessung korrekt. Das rechte Bild wurde aus 3 Metern Entfernung aufgenommen, der Messfleck ist nicht vollständig ausgefüllt und die gemessenen Temperaturwerte sind falsch: 31,4 und 24, 4 °C statt 33,2 und 25,9 °C. (Bild: Flir Systems)

Bildoptimierung und Temperaturmessung: Diese drei Einstellungen können verändert werden

1. Level und Span

Nach Wahl des geeigneten Messbereiches (siehe Abschnitt 2 oben) erfolgt die Feinjustierung von Kontrast und Helligkeit im Wärmebild durch das Anpassen des angezeigten Temperaturintervalls. Mit der Wärmebildkamera-Funktion im manuellen Modus können die in der Palette verfügbaren Falschfarben gezielt auf die Temperaturen des Objektes von Interesse verteilt werden. Im automatischen Modus wählt die Kamera dagegen die kälteste und wärmste scheinbare Temperatur im Bild als untere und obere Grenze des momentan angezeigten Temperaturintervalls.

Eine gute, das heißt problemspezifische Skalierung der Wärmebildaufnahme ist ein wesentlicher Schritt bei der Interpretation des Bildes – und wird leider häufig unterschätzt!

Dieses Wärmebild wurde im automatischen Modus aufgenommen. (Bild: Flir Systems)

Dieses Wärmebild wurde im automatischen Modus aufgenommen. (Bild: Flir Systems)

Dieses Wärmebild wurde im manuellen Modus aufgenommen. Das angepasste Temperaturintervall erhöht den Kontrast im Bild und lässt die Fehlstelle deutlich werden. (Bild: Flir Systems)

Dieses Wärmebild wurde im manuellen Modus aufgenommen. Das angepasste Temperaturintervall erhöht den Kontrast im Bild und lässt die Fehlstelle deutlich werden. (Bild: Flir Systems)

2. Paletten und Isotherme

Paletten stellen Intervalle mit jeweils gleichen scheinbaren Temperaturen in unterschiedlichen Farben dar. Sie übersetzen bei einer Wärmebildaufnahme 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 geringer 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 unterschiedlicher Temperaturen zu einem sehr unruhigen Bild führen kann.

Die Isotherme ist eine Messfunktion, die ebenfalls ein bestimmtes Intervall gleicher scheinbarer Temperatur beziehungsweise Strahlungsintensität in einer – von den Palettenfarben abweichenden – Farbe darstellt. Mit ihr können Wärmemuster im Bild noch deutlicher hervorgehoben werden.

Das Wärmebild einer Grundmauer: Die Isotherme verdeutlicht den Bereich der Luftleckage. (Bild: Flir Systems)

Das Wärmebild einer Grundmauer: Die Isotherme verdeutlicht den Bereich der Luftleckage. (Bild: Flir Systems)

Der gleiche Bereich im Foto. (Bild: Flir Systems)

Der gleiche Bereich im Foto. (Bild: Flir Systems)

3. Objektparameter

Nicht nur die Wärmebildaufnahme und ihre visuelle Darstellung können bei radiometrisch gespeicherten Bildern nachbearbeitet werden. Es ist auch möglich, die Einstellungen zu ändern, die relevant für die Berechnung der Temperaturen sind. Für die Praxis heißt das, dass zum Beispiel der Emissionsgrad und die reflektierte scheinbare Temperatur im Nachhinein geändert werden können. Sollte man feststellen, dass diese Parameter falsch eingestellt waren, oder möchte man später weitere Messpunkte auf anderen Oberflächen hinzufügen, so werden die Temperturmesswerte im Bild den Änderungen entsprechend neu und richtig berechnet.

Ändern des Emissionsgrads am gespeicherten Bild. Die Maximaltemperatur beträgt im Bild 65,0 °C bei Epsilon = 0,95, während … (Bild: Flir Systems)

Ändern des Emissionsgrads am gespeicherten Bild. Die Maximaltemperatur beträgt im Bild 65,0 °C bei Epsilon = 0,95, während … (Bild: Flir Systems)

… sie in diesem Bild 77,3 °C bei Epsilon = 0,7 beträgt. (Bild: Flir Systems)

… sie in diesem Bild 77,3 °C bei Epsilon = 0,7 beträgt. (Bild: Flir Systems)


Die Wärmebildaufnahme: Hinweise für die Praxis

Die folgende Liste sammelt einige Tipps für die Praxis. Bitte beachten Sie, dass sie jedoch keine vollständige Verfahrensbeschreibung für die Wärmebildkamera-Anwendung darstellt.

  • Machen Sie sich vor den Aufnahmen mit den Wärmebildkamera-Funktionen vertraut. 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.
  • Überprüfen Sie den Temperaturmessbereich und achten Sie darauf, dass er weiterhin passend gewählt ist, falls Sie den Emissionsgrad ändern.
  • Fokussieren Sie.
  • Verwenden Sie ein Stativ für eine Wärmebildaufnahme ohne Verwackeln.
  • Führen Sie eine thermische Bildoptimierung durch
  • Notieren Sie Objektbezeichnung, Objektgröße, tatsächliche Entfernung, Umgebungsbedingungen und Betriebsbedingungen.

Das Bearbeiten des Wärmebildes ist am gespeicherten oder „eingefrorenen“ Bild am einfachsten. Da Sie also nicht alles direkt vor Ort machen müssen, können Sie Gefahrenbereiche direkt nach der Aufnahme schnell verlassen. Nehmen Sie, wenn möglich, lieber einige Bilder mehr auf als eines zu wenig – auch aus unterschiedlichen Richtungen. So können Sie später bei der Auswertung in Ruhe das Beste aussuchen.

Gute Wärmebildaufnahmen: 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 vor allem Hobbyfotografen schon lange bekannt sein. Selbstverständlich spielt die Ausrüstung eine gewisse Rolle. Mit besseren, sprich hochauflösenden Kameras können auch kleine Abweichungen schnell lokalisiert werden. Und ohne Fokussierungsmöglichkeit ist es schwieriger, ein scharfes Bild aufzunehmen. Dennoch sind hochwertige Kameras keine Garantie für gute Bilder, wenn schlecht gearbeitet wird. Daher ist es wichtig, sich vor den Aufnahmen zu vergegenwärtigen, wie eine Wärmebildkamera funktioniert. Die Grundlage für gutes und professionelles Arbeiten sind Ausbildung und Training im Bereich Thermografie, der Austausch mit anderen Thermografen und natürlich die eigene praktische Erfahrung.

Autorin

Christiane Buchgeister
Business Development Manager
Central and Northern Europe
Infrared Training Center
Flir Systems AB

Teaserbild und Keyvisual: Flir Systems