Wärmebildkamera - vielfältig einsetzbare Infrarottechnologie

Wärmebildkameras kommen heutzutage in den verschiedensten Bereichen des Lebens zum Einsatz. Oftmals mag es anfangs noch etwas futuristisch und suspekt wirken, jedoch sind die sogenannten Infrarotkameras aus dem medizinischen, dem Lebens- und dem Arbeitsalltag nicht mehr wegzudenken. Was hinter der komplexen Technologie steckt, wie sie funktioniert und in welchen Bereichen man sie sinnvoll einsetzen kann wird im Folgenden erläutert.

I. Was ist eine Wärmebildkamera?

II. Wie funktioniert eine Wärmebildkamera?

III. Was erkennt man mit einer Wärmebildkamera? 

IV. Wo werden Wärmebildkameras eingesetzt?

V. Hier hat eine Wärmebildkamera Probleme

Wärmebildkamera von MOBOTIX
Eine Wärmebild-, Thermografie- oder auch Infrarotkamera ist vom Aufbau her vergleichbar mit einer herkömmlichen Fotokamera. Sie macht jedoch keine Bilder, sondern dient zur kontaktlosen Temperaturmessung und der Darstellung verschiedener Temperaturbereiche. Diese werden als Wärmesignaturen bezeichnet. 

Eine Wärmebildkamera dient also in erster Linie dazu, Temperaturen und vor allem Temperaturunterschiede bildlich darzustellen. Je stärker diese Unterschiede sind, desto besser werden sie sichtbar und desto einfacher gestaltet sich die Auswertung der angezeigten Bilder.  

Mit Hilfe der für das menschliche Auge unsichtbaren Infrarotstrahlung können diese Temperaturmessungen auch auf größere Entfernungen erfolgen und klare Ergebnisse liefern. Für diese Messungen wird, anders als bei herkömmlichen Fotokameras, kein Licht bzw. keine Helligkeit benötigt. Selbst bei kompletter Dunkelheit gibt das Thermografiesystem ein Bild in verschiedenen Farben wieder, welche den unterschiedlichen Temperaturstufen zugeordnet sind.

Infrarotstrahlungstabelle nur Wärmestrahlung und sichtbarem Licht
Neben dem Begriff Wärmebildkamera sind auch die Begriffe Infrarotkamera und Thermalkamera weit verbreitet. Trotz des unterschiedlichen Namens, beschreiben alle drei Bezeichnungen ein und dasselbe Produkt: eine Kamera, die Temperaturunterschiede und -Zonen farblich darstellen kann

 

Grundsätzlich besteht eine solche Wärmebildkamera grob gesagt aus 4 Elementen. Linse, Detektor, Elektronik und Bildschirm. Natürlich besitzt eine Kamera weitaus mehr Bestandteile, diese sind jedoch die Entscheidenden.

Aufbau einer Wärmebildkamera
Die Wärmestrahlung in Form von Infrarotstrahlen wird von einem Objekt abgegeben und von der Linse eingefangen. durch die Linse hindurch treffen die Strahlen nun auf den im Inneren der Infrarotkamera liegenden Infrarot Detektor. Dieser Detektor oder auch Sensor wandelt die Strahlen nun in elektrische Signale um. Aus diesen umgewandelten Daten kann die Elektronikeinheit nun die Temperaturangaben errechnen und an den Bildschirm weitergeben. Auf diesem werden nun final die verschiedenen Temperaturbereiche als Farben dargestellt.  

Diese Vorgänge innerhalb einer Wärmebildkamera geschehen natürlich in einer unglaublichen Geschwindigkeit in winzig kleinen Bruchteilen einer Sekunde, um das Bild stets aktuell zu halten. 

Prinzipiell zeichnen Wärmebildkameras also nach dem Funktionsprinzip einer Fotokamera Bilder auf. Auf diesen Bildern sind jedoch nur die Konturen des aufgenommenen Bildes korrekt. Die Farben sind verschiedenen Temperaturbereichen zugeordnet und werden nicht originalgetreu dargestellt.  

Die angezeigten Oberflächentemperaturen der einzelnen Objekte stellen lediglich die Temperaturunterschiede und die verschiedenen warmen und kalten Zonen farblich dar. Angefangen bei den auf dem aktuellen Bild als kälteste Zonen dargestellte Fläche, wird diese in dunkelblau angezeigt. Wird ein Bereich wärmer, verändert sich die Farbe auf dem Bildschirm zuerst in Richtung eines helleren Blautons, weiter zu grün, geht dann ins gelbliche über und findet sich final bei den wärmsten Punkten im roten Bereich wieder.  

Wärmebildaufnahme mit entsprechender Temperaturanzeige
Eine Wärmebildkamera ähnelt, wie bereits erwähnt, einer herkömmlichen Kamera sehr. Der Mythos, den man auch in vielen Hollywood-Filmen wiederfindet, das man mit einer Infrarotkamera durch Wände hindurchsehen kann, ist schlichtweg nicht richtig. Mit der Kamera kann man lediglich Dinge erfassen und messen, die im direkten Sichtfeld liegen.  
Militär Infrarot Aufklärungsdrohne
Ursprünglich wurden Wärmebildkameras für das Militär entwickelt. Hier kamen sie auch erstmals zum Einsatz. Sie dienten dazu, feindliche Positionen in unübersichtlichem und unbekanntem Terrain ausfindig zu machen. Ohne dabei die eigene Stellung zu verraten oder aufzugeben, konnte so eine größere Sicherheit für die eigenen Truppen gewährleistet werden. 
 
Auch heutzutage kommen Infrarotkameras vermehrt in Verbindung mit Aufklärungsdrohnen zum Einsatz. Diese sollen ohne den Einsatz von Bodentruppen feindliche Positionen aufdecken. Da sich Körperwärme deutlich von der Umgebungstemperatur abhebt, sind Feinde im freien Terrain leicht ausfindig zu machen. Vor allem die hochentwickelte Technik des Militärs ist dazu in der Lage, auf sehr große Distanzen präzise zu arbeiten. Das macht die Thermaltechnik zu einem mittlerweile unverzichtbaren Faktor.
Wärmebildaufnahme von einem Haus
› Begonnen mit dem Militär, kommen Thermalkameras heute in den unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz. Die komplexe Technologie hat in vielen Bereichen eine extrem wichtige Bedeutung und ist teils unverzichtbar. 

› Im zivilen Bereich sind Wärmebildkameras vor allem im Bauwesen von großer Bedeutung. Gerade in Bezug auf das Prüfen der Energieeffizienz an Gebäuden sind Infrarotkameras unabdingbar. Mit ihnen lassen sich fehlende oder defekte Dämmungen erkennen, welche zu Energieverlusten über das Mauerwerk führen. Aber auch Kältebrücken, undichte Fenster und Türen und Baumängel lassen sich somit aufspüren. Anhand dieser gewonnen Daten können sinnvolle Modernisierungsmaßnahmen in Bezug auf Dämmung und das Sparen von Energiekosten festgelegt werden.

Auch bei der Feuerwehr kommen Thermalkameras seit einigen Jahren erfolgreich zum Einsatz. Da Brandherde von außen im ersten Moment oftmals nicht einsehbar und ausfindig zu machen sind, kann mittels der Wärmebildtechnologie gezielt gegen die Flammen vorgegangen werden, ohne das Personal der Feuerwehr dabei zu gefährden. Auch nach Abschluss der Löscharbeiten werden mit den Kameras Kontrollen durchgeführt, ob auch wirklich keine Gefahr einer erneuten Feuerentfachung besteht. Sogenannte Glutnester können somit ausfindig gemacht und gelöscht werden. Diese Methode bringt einen enormen Mehrwert und eine deutlich erhöhte Sicherheit für alle Beteiligten des Einsatzes mit sich.  
Wärmebildaufnahme von einem elektrischen Bauteil
Auch in der Industrie und Fertigung kommen Wärmebildkameras zum Einsatz. Hier werden sie hauptsächlich zur Temperaturüberprüfung von Anlagen und Bauteilen verwendet. Dadurch können mögliche Lecks ausfindig gemacht und die Sicherheit der Mitarbeiter wiederhergestellt werden. In der Fertigung werden vor allem Elektronikbauteile mit der Wärmebildtechnologie geprüft. Auch hier zeichnen sich Fehler in Form von Überspannung durch Erwärmung der Bauteile grafisch ab.
Nachtsichtaufnahme bei einem Auto
› Seit einigen Jahren Kommen Wärmebildkameras auch im Fahrzeugbau zum Einsatz. Besonders bei den großen Modellen der Premiumhersteller findet man die Infrarottechnologie. Hier besitzen die Fahrzeuge einen sogenannten Nachtsichtmodus, der Gefahren frühzeitig erkennen und somit Kollisionen vermeiden kann. Dies ist vor allem in Bezug auf Unfälle mit Tieren ein wichtiger Faktor, da die Kameratechnologie deutlich weiter blicken kann, als das menschliche Auge sehen oder der Fahrzeugscheinwerfer leuchten kann.  
› Ebenfalls kommt meist in der Industrie die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung zum Einsatz. Hierfür werden Materialien und Bauteile erwärmt oder zu einem gewissen Grad verformt. Defekte kann man hier anhand von Temperaturunterschieden mit einer Infrarotkamera erkennen.  

In der Landwirtschaft werden Wärmebildkameras in Verbindung mit Drohnen zum Aufspüren von Tieren in Feldern eingesetzt. Dies ist gerade vor dem Abmähen von Maisfeldern sehr wichtig, da sich hier oft Rehe und Rehkitze verstecken.  
Heutzutage ist selbst die Humanmedizin dazu in der Lage, Infrarotkameras gezielt einsetzen zu können. Es ist möglich, lokale Entzündungsherde und Durchblutungsstörungen ausfindig zu machen und somit gezielt zu behandeln. Auch die frühzeitige Erkennung von Brustkrebs ist mit der Technologie mittlerweile möglich.  

Bei der Jagd sind Wärmebildsysteme bei Jägern ebenfalls eine gern gesehene Unterstützung. Es ist zwar in Deutschland per Gesetz verboten, Zielfernrohre mit integrierter Thermaltechnik zu verwenden, jedoch sind auch Infrarot-Ferngläser sehr hilfreich.

Wärmebildaufnahme von einem Hirsch
Obwohl die Technik der Wärmebildkameras von Jahr zu Jahr weiter optimiert wird, hat die hochmoderne Technologie in gewissen Punkten auch ihre Grenzen. So sind herkömmliche Infrarotkameras beispielsweise nicht dazu in der Lage, Messungen durch Glasscheiben hindurch zu machen. Da die Glasoberfläche die von Objekten mit Temperaturen zwischen 20°C und 100°C abgegebene Infrarotstrahlung aufgrund ihrer veränderten Wellenlänge nicht durch lässt, ist eine Messung durch Glas nicht möglich. 

Bei größeren Distanzen ist auch die Luft ein Problem für die Wärmebildkamera. Da sowohl die Lauft als auch die Sonne Strahlung abgibt, werden die Messergebnisse auf größere Distanz beeinflusst. Dies ist jedoch erst bei Entfernungen ab 20m relevant.  

Sonnen- und Luftstrahlung als Problem bei Wärmebildkameras
Sind die Distanzen noch größer, benötigt das Wärmebild immer klarere Konturen um Wetter- und Lichteinflüsse zu überwinden. Bei Infrarotkameras kann man pauschal sagen, dass die Preise dafür abhängig von den aufzunehmenden Entfernungen sind. Je weiter entfernt der zu messende Punkt liegt, desto teurer werden die Geräte.  

  

Wie viele neue Technologien wurde auch die Wärmebildkamera vom Militär entwickelt und eingesetzt. Die hochmoderne Technik und die damit verbundenen Möglichkeiten in unzähligen Bereichen des Lebens sind jedoch heutzutage nicht mehr daraus wegzudenken. Infrarotkameras schützen, klären auf und retten Leben.