Pixelweise automatische Emissionsgradkorrektur
Der Emissionsgrad ist ein zentraler Parameter für die exakte Bestimmung von Temperaturen mittels Thermografie. Reale Oberflächen verhalten sich in der Regel nicht wie ein idealer schwarzer Strahler. Insbesondere bei komplexen Messobjekten, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen oder verschiedene Oberflächenbeschaffenheiten aufweisen, sind Korrekturverfahren notwendig, um präzise und reproduzierbare Temperaturwerte zu erhalten.
Was ist der Emissionsgrad?
Der Emissionsgrad (ε) eines Objektes gibt an, wie viel Strahlung es im Vergleich zu einem idealen Wärmestrahler abgibt. Dieser, auch als „Schwarzer Strahler“ (Black Body) bezeichnete, strahlungs-physikalische Modellkörper besitzt den größtmöglichen Emissionsgrad ε = 1 (entspricht 100 %), der zudem unabhängig von der Wellenlänge ist.
Der Emissionsgrad realer Messobjekte (0 < ε < 1) ist von folgenden Parametern abhängig:
Materialzusammensetzung
Oberflächenbeschaffenheit (z. B. Rautiefe, Oxidation, Verschmutzung)
Messwinkel [ε = f(a)]
Temperatur [ε = f(T)]
Messwellenlänge [ε = f(l)]
Neben einem fehlerhaft eingestellten Emissionsgrad kann die bei der Messung vorherrschende „reflektierte Temperatur“ – das ist der aus der Umgebung reflektierte Strahlungsanteil – Messfehler verursachen.
Wann ist die Emissionsgradkorrektur notwendig bzw. sinnvoll?
Um die Temperatur einer Oberfläche korrekt bestimmen zu können, muss die mittels Thermografie gemessene Wärmestrahlung immer mit dem zugehörigen Emissionsgrad korrigiert werden. Anspruchsvoll wird diese Aufgabe, wenn Objektoberflächen, deren Temperatur ermittelt werden soll, lateral unterschiedliche Emissionsgrade aufweisen.
Findet bei diesen komplexen Objekten keine Emissionsgradkorrektur statt, wird vom Anwender typischerweise ein mittlerer Wert eingestellt. In diesem Fall führen die lokalen Abweichungen vom eingestellten Emissionsgrad zu zusätzlichen lokalen Messfehlern bzw. Temperaturdifferenzen mit positivem bzw. negativem Vorzeichen.
Lateral unterschiedliche Emissionsgrade treten immer dann auf, wenn ein Messobjekt mehrere Komponenten bzw. Teilflächen mit unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit oder aus verschiedenen Materialien aufweist. Um hier präzise Messwerte zu erhalten, können in die Thermografie-Software implementierte Korrekturmodelle verwendet werden.
Dafür werden auf dem Messobjekt verschiedene Bereiche beliebiger Form definiert und diesen die entsprechenden Emissionsgrade sowie Umgebungsstrahlungstemperaturen zugewiesen. Sind die derart definierten Bereiche sehr klein, z. B. bei Messungen auf Leiterplatten, ist der Aufwand für die manuelle Definition der Korrekturgebiete im Thermogramm jedoch sehr hoch.
Die Lösung dieses Problems bietet das Werkzeug zur automatischen pixelweisen Emissionsgradkorrektur. Die Thermografie-Software IRBIS® professional von InfraTec berechnet dabei einen individuellen Emissionsgrad für jedes einzelne Bildpixel.
Welche Methoden zur pixelweisen Emissionsgradkorrektur gibt es?
Die Thermografie-Software IRBIS® bietet dem Anwender verschiedene Methoden zur pixelweisen Emissionsgradkorrektur, deren praktische Anwendung ausführlich im Software-Handbuch beschrieben sind. Alle Methoden erfordern die Erstellung von mindestens einer Referenzaufnahme, anhand derer die Korrekturparameter berechnet werden können.
Direkte Pixelkorrektur
Die direkte Pixelkorrektur findet Anwendung, wenn das Objekt zur Erstellung des Referenzbildes homogen temperiert (T
Voraussetzung: Die Umgebungstemperatur unterscheidet sich (deutlich) von der Objekttemperatur: T
Indirekte Pixelkorrektur
Die indirekte Pixelkorrektur wird eingesetzt, wenn die Temperatur des Objektes für die Referenzaufnahme nicht verändert werden kann. Stattdessen wird die Umgebungstemperatur (T
Voraussetzung: Die Umgebungstemperatur unterscheidet sich (deutlich) von der Objekttemperatur: T
Direkte Pixelkorrektur über zwei Referenzbilder
Diese Methode ist geeignet, wenn das Objekt homogen temperiert (T
Voraussetzung: Beide Objekttemperaturen müssen sich von der Umgebungstemperatur unterscheiden: T1
Indirekte Pixelkorrektur über zwei Referenzbilder
Diese Variante der Pixelkorrektur wird verwendet, wenn das Objekt nicht temperiert werden kann bzw. dessen Temperatur unbekannt ist. Es werden zwei Referenzaufnahmen bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen (T1
Voraussetzung: Beide Umgebungstemperaturen müssen sich von der Objekttemperatur unterscheiden: T1
Weiterführende Informationen in unseren Software-Handbüchern
Hinweis zur Objektpositionierung
Für alle aufgeführten Modelle der automatischen pixelweisen Emissionsgradkorrektur ist es wichtig, dass die relativen Anordnungen zwischen Kamera und Messobjekt beim Erstellen der Referenzaufnahmen und bei den Messungen nicht verändert werden. D. h. das Objekt muss immer pixelgenau und reproduzierbar zur Kamera positioniert werden.
