Einmaleins
der Wärmebildkameras
Roter Faden
- Empfindlicher NETD kleiner vor größerem.
- 17µm Pixel Pitch vor 12µm
- Blende (Optik) kleiner (F1.0) vor großer Blende (F1.2), größere Blende bewirkt einen anstieg des Rauschpegel (NETD).
- Rauschreduzierung 3D-DNR vor DNR=(Standard)
- Display (AM)OLED und LCD vor (F)LCOS. Skalierung Sensor zu Display nicht größer als 1:2 optimum 1:1
- Dynamik überprüfen, ist auch die Umgebung noch sichtbar oder nur noch die Wärmequelle.
- 6. 20mK Unterschied im Rauschpegel (NETD) eines Grätes, ist markant an der Detailerkennung und bei wiedrigen Umweltbedingungen erkennbar.
Mythen und Sagen
NETD:
Alle Geschichten beginnen so oder ähnlich mit einem Mythos. “Dank dem NETD <40 mK Wärmebildsensor liefern die Wärmebildgeräte MUSTERMANN eine präzise Detaildefinition der Objektabbildung unter schlechten Witterungsbedingungen wie Regen oder Nebel.” Allgemein erscheint also der NETD Wert als einziger Wert.
Der NETD ist aber ein Messwert aus anderen größen, erst dadurch wird es zum NETD (Rauschwert). Ein Rauschwert (NETD) kann ohne Blende, Frequenz und Temperatur alleine nicht existieren.
Beispiel Sensorblatt des Herstellers Lynred:
40mK@30Hz,300K,F/1,0
Dieser Rauschpegel (40mK) ist nur ein Momentanwert eines genormten Messverfahren, muss immer in Kombination von Temperatur, Frequenz und Blende zu verstehen.
Der genormte Rauschwert (NETD) des Sensors wurde mit 30Hz, 300 Kelvin(26,85 Grad Celsius) und einer Blendenöffnung von F1.0 ermittelt.
Dieser Rauschwert (NETD) wird solangen existieren, solange Gerätehersteller identische Messgrößen verwenden.
Wird dieser Sensor nun in einem Gerät verbaut, und obigen Parameter (30Hz und oder F1.0) verändert, steigt oder fällt der Rauschpegel (NETD) und der ursprünglich gemessene Rauschpegel (NETD) zerfällt. Anders formuliert, solange das Gerät nicht im Betrieb ist, hat einen ehemals gemessen virtuellen NETD von 40mK.
Pixelgröße oder der Mythos von kleineren Pitches
Das mit den kleineren Pitches ist technisch nur als Nachteil zu sehen, ist meist in gemeinen Kontext reines Marketing! Der Unterschied im NETD-WERT bei gleicher Produktionstechnologie, kann bei Sensoren mit 12µm gegenüber 17µm mit 10mK angenommen werden. 10mK Unterschied sind mit dem Auge aber nur schwer feststellbar.
Die Pixel-Fläche (z.B. 17µm x 17µm) ist umgekehrt proportional zum NETD-Wert.
Wird also ein Sensor-Pitch von 17µm auf 12µm verkleinert, verdoppelt sich der NETD-Wert.
Berechnung: SQR(17/12) = ~2
Um dennoch bei 12µm Sensoren auf NETD-Werte wie bei 17µm Sensoren zu kommen, muss bei der Ausleseschaltung (ROIC=read out integrated circuit) viel Aufwand betrieben werden. Dadurch ist es möglich bis auf ~10mK an die Leistung von 17µm Sensoren heranzukommen.
Problematischer bei 12µm Sensoren ist die Beugung der Wärmestrahlung an der Blendenöffnung. Dadurch sinkt das Auflösungsvermögen für kleine Strukturen. Ein 12µm Bild erscheint deshalb nicht so “knackig” wie eins mit 17µm da unweigerlich Informationsverlust eintritt! Um gleiches Auflösungsvermögen wie bei einem F1.0, 17µm System zu erzielen müsste bei 12µm die Blendenzahl (F-Nummer) wesentlich verkleinert werden.
Resümee 12µm Sensoren:
Geringerer NETD-Wert in Kombination mit dem durch Beugung hervorgerufenen Detailverlust verursachen eine für das Auge erkennbaren Unterschied. Die Verwendung eines OLED Displays mit WESENTLICH besserer Kontrastdarstellung ist in so einem Fall nicht notwendig da einfach gesagt die Informationen die ein OLED Display darstellen könnte, garnicht vorhanden ist! Hier genügen auch ein billigeres und kontrastschwächeres LCOS Display.
Markanter Vorteil, Ausbeute der Sensoren steigen, Linsen und Gehäuse können kleiner gebaut werden, allesamt senken die Kosten.
