DE102014226342A1 - Thermal camera - Google Patents
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- G01J2005/0077—Imaging
Abstract
Die Erfindung betrifft eine handgehaltene Wärmebildkamera (10) zur kontaktfreien Vermessung einer Temperatur eines auf einer Oberfläche befindlichen Messbereichs (22, 22a, 22b), aufweisend zumindest eine Detektorvorrichtung (32) bestehend aus mindestens einer Detektionsfläche (36) mit einer Vielzahl von Pixeln (40) zur Detektion von aus dem Messbereich (22, 22a, 22b) abgestrahlter Wärmestrahlung sowie zur Erzeugung von Detektionssignalen basierend auf einer detektierten Wärmestrahlung, eine Optik (26, 26’) zur Abbildung von aus dem Messbereich (22, 22a, 22b) abgestrahlter Wärmestrahlung auf die Detektionsfläche (36) unter Beleuchtung einer Mehrzahl von Pixeln (40), sowie eine Auswertevorrichtung (52) zum Empfangen und Auswerten von Detektionssignalen der Detektorvorrichtung (32), wobei jedes Pixel (40) der Detektorvorrichtung (32) mit der Auswertevorrichtung (52) signaltechnisch verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist die Wärmebildkamera (10) dadurch gekennzeichnet, dass eine Größe des Messbereichs (22, 22a, 22b) unter Verwendung der Optik (26, 26’) veränderbar ist, die Auswertevorrichtung (52) basierend auf Detektionssignalen zumindest einer Mehrzahl beleuchteter Pixel (40) der Detektorvorrichtung (32) eine Auswertung der Temperatur des Messbereichs (22, 22a, 22b) durchführt und die Auswertevorrichtung (52) und/oder die Detektorvorrichtung (32) eine Binning-Architektur (62) aufweist, die eine signaltechnische Zusammenfassung von Pixeln (40), insbesondere zur Erhöhung der Wärmestrahlungsempfindlichkeit der Detektorvorrichtung (32), vorsieht.The invention relates to a handheld thermal imaging camera (10) for non - contact measurement of a temperature of a measuring area (22, 22a, 22b) located on a surface, comprising at least one detector device (32) comprising at least one detection area (36) with a multiplicity of pixels (40 ) for detecting heat radiation emitted from the measuring region (22, 22a, 22b) and for generating detection signals based on a detected thermal radiation, an optical system (26, 26 ') for imaging thermal radiation emitted from the measuring region (22, 22a, 22b) on the detection surface (36) under illumination of a plurality of pixels (40), and an evaluation device (52) for receiving and evaluating detection signals of the detector device (32), each pixel (40) of the detector device (32) with the evaluation device (52 ) is technically connectable. According to the invention, the thermal imaging camera (10) is characterized in that a size of the measuring area (22, 22a, 22b) can be changed using the optics (26, 26 '), the evaluation device (52) being based on detection signals of at least one plurality of illuminated pixels (40 ) of the detector device (32) carries out an evaluation of the temperature of the measuring region (22, 22a, 22b) and the evaluation device (52) and / or the detector device (32) has a binning architecture (62) which comprises a signal-technical summary of pixels ( 40), in particular for increasing the thermal radiation sensitivity of the detector device (32), provides.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontaktfreien Vermessung einer Temperatur eines auf einer Oberfläche befindlichen Messbereichs.The invention relates to a device and a method for non-contact measurement of a temperature of a measurement area located on a surface.
Stand der TechnikState of the art
Vorrichtungen und Verfahren zur kontaktfreien Vermessung einer Oberflächentemperatur eines Messbereichs sind im Stand der Technik bekannt und finden vielseitig Anwendung, beispielsweise zur Sicherheitsüberprüfung elektrischer Schaltungen, zur Fehlersuche in maschinellen Abläufen oder zur Identifikation unzureichender Wärmeisolation im Rahmen einer Wärme- und/oder Kältedämmung. Oftmals werden zum Entdecken und Lokalisieren von Wärmequellen und/oder Wärmesenken Infrarotthermometer verwendet, die gegenüber konventionellen Temperaturmessgeräten den Vorteil des kontaktfreien und schnellen Messens aufweisen und sich somit insbesondere dann einsetzen lassen, wenn zu vermessende Bereiche nur schwer oder gar nicht zugänglich sind. Die Temperaturmessung mittels eines infrarotsensitiven Thermometers basiert dabei auf Detektion von Wärmestrahlung, d.h. Infrarotstrahlung insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 3 µm und 50 µm, die von jedem Gegenstand abhängig von seiner Temperatur, insbesondere seiner Oberflächentemperatur, mit unterschiedlicher Intensität emittiert wird. Aus einer gemessenen Intensität der emittierten Wärmestrahlung mittels des Temperaturmessgeräts kann eine Oberflächentemperatur des emittierenden Körpers bestimmt werden.Devices and methods for non-contact measurement of a surface temperature of a measuring range are known in the art and are used in a variety of applications, for example for the safety inspection of electrical circuits, for troubleshooting in machine processes or for the identification of insufficient heat insulation in the context of thermal and / or cold insulation. Infrared thermometers are often used to detect and localize heat sources and / or heat sinks, which have the advantage of non-contact and rapid measurement compared to conventional temperature measuring devices and thus can be used especially when areas to be measured are difficult or impossible to access. The temperature measurement by means of an infrared-sensitive thermometer is based on the detection of thermal radiation, i. Infrared radiation, in particular in a wavelength range between 3 microns and 50 microns, which is emitted by each object depending on its temperature, in particular its surface temperature, with different intensity. From a measured intensity of the emitted heat radiation by means of the temperature measuring device, a surface temperature of the emitting body can be determined.
Im Stand der Technik bekannte Infrarotthermometer lassen sich im Wesentlichen in zwei Ausführungsformen unterscheiden. Vorrichtungen erster Art, sogenannte Spot-Thermometer, weisen typischerweise einen Infrarotsensor, eine Linse und eine Anzeige auf. Die Kombination, d.h. insbesondere die Anordnung des Infrarotsensors mit der Linse, gibt ein typischerweise kegelförmiges, bevorzugt kleines Messvolumen vor, aus dem Wärmestrahlung nachgewiesen wird. Ist die Vorrichtungen erster Art auf eine Oberfläche eines Gegenstands ausgerichtet, bildet der Schnitt des Messvolumens mit der Oberfläche des Gegenstands einen Messbereich. Ein Teil der von diesem Messbereich ausgehenden Wärmestrahlung wird von der Vorrichtung erster Art detektiert, wobei aus der gemessenen Intensität der Wärmestrahlung eine mittlere Oberflächentemperatur in dem Messbereich ausgewertet und mittels der Anzeige ausgegeben wird. Mit Hilfe einer zusätzlichen Laservorrichtung, die derart ausgerichtet ist, dass beispielsweise der Mittelpunkt des Messbereichs während einer Messung durch den Laserstrahl markiert wird, lässt sich die kontaktlose Temperaturmessung mit dem Ort der vorgenommenen Messung korrelieren.
Infrarotthermometer einer zweiten Art, sogenannte Wärmebildkameras, weisen typischerweise einen infrarotsensitiven Bildsensor, ein Linsensystem sowie einen Bildschirm auf und erlauben, ähnlich einer im visuellen Spektralbereich arbeitenden Kamera, einen zu untersuchenden Gegenstand im infraroten Bereich des Strahlungsspektrums zu vermessen und auf dem Bildschirm als zwei-dimensionales, farbkodiertes Abbild des Gegenstands auszugeben. Mittels einer derartigen Wärmebildkamera lassen sich Wärmequellen und Wärmesenken leicht anhand der Farbkodierung der Temperaturdaten erkennen und lokalisieren.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird eine handgehaltene Wärmebildkamera zur kontaktfreien Vermessung einer Temperatur eines auf einer Oberfläche befindlichen Messbereichs vorgeschlagen, die zumindest eine Detektorvorrichtung bestehend aus mindestens einer Detektionsfläche mit einer Vielzahl von Pixeln zur Detektion von aus dem Messbereich abgestrahlter Wärmestrahlung sowie zur Erzeugung von Detektionssignalen basierend auf einer detektierten Wärmestrahlung, eine Optik zur Abbildung von aus dem Messbereich abgestrahlter Wärmestrahlung auf die Detektionsfläche unter Beleuchtung einer Mehrzahl von Pixeln, sowie eine Auswertevorrichtung zum Empfangen und Auswerten von Detektionssignalen der Detektorvorrichtung, wobei jedes Pixel der Detektorvorrichtung mit der Auswertevorrichtung signaltechnisch verbindbar ist, aufweist. According to the invention, a hand-held thermal imaging camera is proposed for the non-contact measurement of a temperature of a measuring area located on a surface, comprising at least one detector device comprising at least one detection surface with a plurality of pixels for detecting thermal radiation radiated from the measuring area and for generating detection signals based on a detected thermal radiation , An optics for imaging radiated from the measuring range thermal radiation on the detection surface under illumination of a plurality of pixels, and an evaluation device for receiving and evaluating detection signals of the detector device, each pixel of the detector device with the evaluation device is signal-technically connectable.
Erfindungsgemäß ist die Wärmebildkamera dadurch gekennzeichnet, dass eine Größe des Messbereichs unter Verwendung der Optik veränderbar ist, die Auswertevorrichtung basierend auf Detektionssignalen zumindest einer Mehrzahl beleuchteter Pixel der Detektorvorrichtung eine Auswertung der Temperatur des Messbereichs durchführt und die Auswertevorrichtung und/oder die Detektorvorrichtung eine Binning-Architektur aufweist, die eine signaltechnische Zusammenfassung von Pixeln, insbesondere zur Erhöhung der Wärmestrahlungsempfindlichkeit der Detektorvorrichtung, vorsieht.According to the invention, the thermal imaging camera is characterized in that a size of the measuring range can be changed using the optics, the evaluation device performs an evaluation of the temperature of the measuring range based on detection signals of at least one plurality of illuminated pixels of the detector device and the evaluation device and / or the detector device a binning architecture which provides a signal-technical summary of pixels, in particular for increasing the thermal radiation sensitivity of the detector device.
„Wärmebildkamera“ bezeichnet eine Vorrichtung zum kontaktfreien Vermessen einer Temperatur eines auf einer Oberfläche befindlichen Messbereichs unter Ausgabe zumindest einer die Temperatur betreffenden Information, vorteilhaft eines oder mehrerer Temperaturmesswerte, besonders vorteilhaft eines aus einer Vielzahl von Temperaturmesswerten zusammengesetzten Wärmebilds. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird im Folgenden mit „Auswerten einer Temperatur“, „Bestimmen einer Temperatur“, „Temperaturmesswert“ oder dergleichen jeweils eine die Temperatur der Oberfläche in dem Messbereich betreffende Information gemeint, vorteilhaft ein oder mehrere, insbesondere auch gemittelte, Temperaturmesswerte, besonders vorteilhaft ein aus einer Vielzahl von Temperaturmesswerten zusammengesetztes Wärmebild."Thermal imaging camera" refers to a device for non-contact measurement of a temperature of a measuring area located on a surface with output of at least one temperature information, advantageously one or more temperature readings, particularly advantageously one of a plurality of Temperature readings composite thermal image. For the purpose of simplifying the description, the term "evaluating a temperature", "determining a temperature", "temperature measured value" or the like refers in each case to information relating to the temperature of the surface in the measuring range, advantageously one or more, in particular also averaged, temperature measured values advantageously a composite of a plurality of temperature measurements thermal image.
Unter dem „Messbereich“ wird ein geometrischer, lokal begrenzter Bereich verstanden, der eine Menge von Teilchen des Gegenstands umfasst, deren Wärmestrahlung den Gegenstand in Richtung der Wärmekamera verlässt und von dieser zumindest teilweise erfasst wird. Je nach Material des Gegenstands, insbesondere je nach Transparenz des Gegenstands für Infrarotstrahlung, können Teilchen von der Wärmebildkamera erfasst werden, die sich unterschiedlich weit in dem Gegenstand befinden. Insbesondere kann unter „Gegenstand“ neben einem Festkörper auch ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit und ein Gas verstanden werden, dessen Temperatur in analoger Weise vermessen werden kann. Zur Vereinfachung der folgenden Beschreibung wird mit „Messbereich“ insbesondere der Bereich auf einer Gegenstandsoberfläche gekennzeichnet, der sich im Wesentlichen aus der Schnittmenge zwischen einem Messvolumen – das Volumen aus dem die erfindungsgemäße Vorrichtung Wärmestrahlung erfasst – und einer Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstands ergibt. Je nach Materialeigenschaft des Gegenstands kann dieser Messbereich aber auch Wärmestrahlung aus tieferen Schichten des Gegenstands umfassen.The "measuring range" is understood to mean a geometrically, locally limited area which comprises a quantity of particles of the object whose heat radiation leaves the object in the direction of the thermal camera and is at least partially detected by it. Depending on the material of the article, in particular depending on the transparency of the article for infrared radiation, particles can be detected by the thermal imaging camera, which are located at different distances in the object. In particular, by "object" in addition to a solid also a fluid, in particular a liquid and a gas can be understood, the temperature of which can be measured in an analogous manner. To simplify the following description, the term "measuring range" particularly identifies the region on an object surface, which essentially results from the intersection between a measuring volume-the volume from which the device according to the invention detects thermal radiation-and a surface of the object to be examined. Depending on the material property of the article, however, this measuring region may also comprise heat radiation from deeper layers of the article.
Erfindungsgemäß weist die Wärmebildkamera zumindest eine Detektorvorrichtung, eine Optik, insbesondere eine abbildende Optik, sowie eine Auswertevorrichtung auf. According to the invention, the thermal imaging camera has at least one detector device, an optical system, in particular an imaging optical system, and an evaluation device.
Die Optik ist vorgesehen, aus dem Messbereich emittierte Wärmestrahlung im Infrarotspektrum, vorzugsweise im mittleren Infrarotspektrum im Wellenlängenbereich zwischen 3 µm und 50 µm, auf eine Oberfläche der aus Sicht des Gegenstands hinter der Optik angeordneten Detektorvorrichtung der Wärmebildkamera zu projizieren, bevorzugt ein Abbild des Messbereichs auf eine Oberfläche der Detektorvorrichtung zu projizieren, besonders bevorzugt ein Abbild des Messbereichs auf eine Oberfläche der Detektorvorrichtung zu fokussieren. Unter „vorgesehen“ soll im Folgenden speziell „programmiert“, „ausgelegt“, „konzipiert“ und/oder „ausgestattet“ verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion „vorgesehen“ ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt oder dazu ausgelegt ist, die Funktion zu erfüllen. Dazu weist die Optik vorteilhaft Wärmestrahlung lenkende, leitende, bündelnde und/oder anderweitig in der räumlichen Ausbreitung beeinflussende optische Komponenten auf, insbesondere beispielsweise Linsen, Fresnel-Linsen, Spiegel, Gitter, Lichtleiter, Prismen, diffraktive Elemente oder andere, einem Fachmann sinnvoll erscheinende optische Komponenten, mittels derer sich die Wärmestrahlung auf die Oberfläche der Detektorvorrichtung projizieren lässt. Vorzugsweise können diese Komponenten insbesondere aus feuchteempfindlichen Salzen wie beispielsweise Natriumchlorid und Silbersalz oder aus einkristallinen Halbleitermaterialien wie beispielsweise Germanium oder Zinkselenid bestehen.The optics is provided to project heat radiation emitted from the measuring region in the infrared spectrum, preferably in the middle infrared spectrum in the wavelength range between 3 μm and 50 μm, onto a surface of the thermal imaging camera's detector device, which is arranged behind the optics, preferably an image of the measuring region to project a surface of the detector device, particularly preferably to focus an image of the measuring area on a surface of the detector device. The term "provided" is to be understood in the following to mean specifically "programmed", "designed", "designed" and / or "equipped". By "providing" an object for a particular function, it should be understood, in particular, that the object fulfills and / or executes this particular function in at least one application and / or operating state or is designed to perform the function. For this purpose, the optics advantageous heat radiation directing, conducting, bundling and / or otherwise in the spatial propagation influencing optical components, in particular for example lenses, Fresnel lenses, mirrors, grids, light guides, prisms, diffractive elements or other, one skilled in the reasonable appearing optical Components by means of which the heat radiation can be projected onto the surface of the detector device. These components may preferably consist in particular of moisture-sensitive salts such as, for example, sodium chloride and silver salt or of monocrystalline semiconductor materials such as, for example, germanium or zinc selenide.
Erfindungsgemäß ist die Wärmebildkamera dazu vorgesehen, eine Größe des auf einer Oberfläche befindlichen Messbereichs unter Verwendung der Optik veränderbar einzustellen. Vorteilhaft kann eine Brennweite der Optik der Wärmebildkamera derart veränderbar, insbesondere zoombar, eingestellt werden, dass eine Anpassung der Größe des Messbereichs über eine Anpassung des mittels der Optik abgebildeten Bildausschnitts möglich ist. Dies gibt einem Benutzer der Wärmebildkamera den Vorteil, sowohl sich einen Überblick über eine zu untersuchende Oberfläche unter Verwendung eines großen Messbereichs zu verschaffen als auch Details der zu untersuchenden Oberfläche unter Verwendung eines kleinen Messbereichs zu untersuchen. Eine derartige Veränderung der Größe des Messbereichs kann auf unterschiedliche Weise realisiert sein, bevorzugt beispielsweise mittels einer Optik, die vorteilhaft eine Einstellung verschiedener Brennweiten in Stufen oder besonders vorteilhaft auch stufenlos erlaubt. Entsprechend der in Folge der veränderbaren, insbesondere zoombaren, Optik veränderbaren Abbildung der aus dem Messbereich emittierten Wärmestrahlung auf die Detektorvorrichtung kann ein beleuchteter Bereich der Detektionsfläche der Detektorvorrichtung, insbesondere ein auf der Detektionsfläche erzeugter Infrarotlichtfleck, in Abhängigkeit eines Abstands zwischen dem die Wärmestrahlung aussendenden Gegenstand und der Wärmebildkamera sowie der exakten Einstellung der veränderbaren Optik im Allgemeinen veränderlich sein.According to the invention, the thermal imaging camera is provided to adjust a size of the measuring area located on a surface using the optics changeable. Advantageously, a focal length of the optics of the thermal imaging camera can be set in such a variable, in particular zoomable, that an adaptation of the size of the measuring range is possible via an adaptation of the image section imaged by means of the optics. This gives a user of the thermal imaging camera the advantage of both gaining an overview of a surface to be examined using a large measuring range and of examining details of the surface to be examined using a small measuring range. Such a change in the size of the measuring range can be realized in different ways, preferably for example by means of optics, which advantageously allows adjustment of different focal lengths in stages or particularly advantageously also steplessly. In accordance with the variable, in particular zoomable, optically changeable mapping of the heat radiation emitted from the measuring area to the detector device, an illuminated area of the detection area of the detector device, in particular an infrared spot generated on the detection area, depending on a distance between the object emitting the heat radiation and The thermal imaging camera as well as the exact setting of the changeable optics in general be changeable.
Die Detektorvorrichtung erfasst aus dem Messbereich abgestrahlte und mittels der abbildenden Optik auf deren Oberfläche projizierte Wärmestrahlung und erzeugt basierend auf der detektierten Intensität ein Detektionssignal. Dazu weist die Detektorvorrichtung an einer der Optik zugewandten Oberfläche eine zweidimensionale Detektionsfläche auf, die aus einer Vielzahl Matrix-artig angeordneter Pixel besteht. Jedes der Pixel der Detektorvorrichtung kann dabei – Beleuchtung mittels Wärmestrahlung vorausgesetzt – eine Bildinformation, insbesondere eine aus einem Raumwinkel des Messbereichs emittierte Wärmestrahlung, vorzugsweise eine auf das Pixel eingestrahlte Intensität der aus einem Raumwinkel des Messbereichs emittierten Wärmestrahlung, ermitteln und daraus ein Detektionssignal erzeugen, wobei das von jedem Pixel generierte Detektionssignal anschließend zur Bestimmung einer Temperatur herangezogen werden kann, vorteilhaft an eine Auswertevorrichtung weitergeleitet werden kann, besonders vorteilhaft von der Auswertevorrichtung einzeln und/oder in Kombination mit anderen Pixeln der Vielzahl von Pixeln der Detektorvorrichtung ausgewertet werden kann.The detector device detects thermal radiation emitted from the measuring area and projected onto the surface thereof by means of the imaging optics and generates a detection signal on the basis of the detected intensity. For this purpose, the detector device on a surface facing the optics on a two-dimensional detection surface, which consists of a plurality of matrix-like pixels arranged. Each of the pixels of the detector device can - provided lighting by means of thermal radiation - image information, in particular one of a solid angle of the measuring range emitted heat radiation, preferably an intensity radiated onto the pixel of the thermal radiation emitted from a solid angle of the measuring range, and generate a detection signal therefrom, wherein the detection signal generated by each pixel can subsequently be used to determine a temperature, can advantageously be forwarded to an evaluation device, can be evaluated particularly advantageous by the evaluation device individually and / or in combination with other pixels of the plurality of pixels of the detector device.
Mittels der abbildenden Optik der Wärmebildkamera, insbesondere mittels der zoombaren Optik, kann vorteilhaft eine Beleuchtung einer Mehrzahl von Pixeln mit von aus dem Messbereich abgestrahlter Wärmestrahlung erreicht werden. Je nach Abstand zwischen der Wärmebildkamera und dem Gegenstand sowie je nach Einstellung der Größe des auf dessen Oberfläche befindlichen Messbereichs kann dabei eine unterschiedliche Anzahl von Pixeln der Detektorvorrichtung beleuchtet werden.By means of the imaging optics of the thermal imaging camera, in particular by means of the zoomable optics, it is advantageously possible to achieve illumination of a plurality of pixels with thermal radiation emitted from the measurement area. Depending on the distance between the thermal imaging camera and the object and depending on the setting of the size of the measuring area located on its surface, a different number of pixels of the detector device can be illuminated.
Jedes Pixel der Detektorvorrichtung stellt ein strahlungsempflindliches, insbesondere infrarotlichtempfindliches, Element dar und ist vorgesehen, Strahlung aus dem Infrarotbereich, insbesondere dem mittleren Infrarotbereich im Wellenlängenbereich zwischen 3 µm und 50 µm, zu erfassen und in ein Signal, insbesondere ein elektrisches Detektionssignal, umzuwandeln. Typischerweise sind die von derartigen strahlungsempfindlichen Elementen erzeugten Detektionssignale abhängig von einer auf dem Element auftreffenden Wärmestrahlungsintensität. Beispiele für infrarotlichtempfindliche Elemente sind unter anderem Fotodioden, Bolometer, pyroelektrische Sensoren, PIN-Dioden, Avalanche Photo Dioden (APD), (modulierte) CCD-Chips und CMOS-Pixel, allerdings können aber auch andere, einem Fachmann sinnvoll erscheinende, beispielsweise auf Siliziumsensoren, Indium-Gallium-Arsenid-Sensoren, Bleisulfid-Sensoren, Indium-Antimon-Sensoren, Cadmium-Quecksilber-Tellurid-Sensoren, Gallium-Arsenid-Quantentopf-Sensoren, Cadmium-Quecksilber-Tellurid-Sensoren oder dergleichen basierende infrarotlichtempfindliche Elemente verstanden werden. Die Anzahl der Vielzahl Matrix-artig angeordneter Pixel, beispielsweise insbesondere 80×80 Pixel, bevorzugt 360×240 Pixel, besonders bevorzugt 640×480 Pixel, definiert die Auflösung der Wärmebildkamera, insbesondere die Auflösung eines mittels der Wärmebildkamera gemessenen Wärmebilds.Each pixel of the detector device is a radiation-sensitive, in particular infrared-sensitive, element and is intended to detect radiation from the infrared range, in particular the middle infrared range in the wavelength range between 3 .mu.m and 50 .mu.m, and to convert it into a signal, in particular an electrical detection signal. Typically, the detection signals generated by such radiation-sensitive elements are dependent on a heat radiation intensity incident on the element. Examples of elements sensitive to infrared light include photodiodes, bolometers, pyroelectric sensors, PIN diodes, avalanche photodiodes (APD), (modulated) CCD chips and CMOS pixels, but it is also possible for other, for example on silicon sensors, to make sense to a person skilled in the art , Indium gallium arsenide sensors, lead sulfide sensors, indium antimony sensors, cadmium mercury telluride sensors, gallium arsenide quantum well sensors, cadmium mercury telluride sensors, or the like based infrared photosensitive elements. The number of the plurality of matrix-like arranged pixels, for example in particular 80 × 80 pixels, preferably 360 × 240 pixels, particularly preferably 640 × 480 pixels, defines the resolution of the thermal imaging camera, in particular the resolution of a thermal image measured by means of the thermal imaging camera.
Erfindungsgemäß ist jedes der Vielzahl von Pixeln der Detektorvorrichtung mit der Auswertevorrichtung direkt oder indirekt über weitere zwischengeschaltete Bauelemente signaltechnisch verbindbar. Insbesondere kann eine indirekte signaltechnische Verbindung der Pixel mit der Auswertevorrichtung auch über Schaltelemente, beispielsweise Multiplexer oder andere Selektionsschaltungen, die dazu ausgelegt sind, Detektionssignale mehrerer Pixel selektiv weiterzuleiten, realisiert werden. Auf diese Weise kann insbesondere erreicht werden, dass Detektionssignale einzelner Pixel oder einer Gruppe von Pixeln unabhängig von Detektionssignalen anderer Pixel an die Auswerteeinrichtung weitergeleitetet und von dieser ausgewertet werden können.According to the invention, each of the plurality of pixels of the detector device can be connected to the evaluation device directly or indirectly via further intermediate components by signal technology. In particular, an indirect signal connection of the pixels with the evaluation device can also be realized via switching elements, for example multiplexers or other selection circuits, which are designed to selectively forward detection signals of several pixels. In this way it can be achieved, in particular, that detection signals of individual pixels or a group of pixels can be forwarded to the evaluation device independently of detection signals of other pixels and evaluated by the latter.
Unter der Auswertevorrichtung zum Empfangen und Auswerten von Detektionssignalen der Detektorvorrichtung soll eine Vorrichtung verstanden werden, die zumindest einen Informationseingang zur Annahme von Detektionssignalen, eine Informationsverarbeitungseinheit zur Bearbeitung, insbesondere Auswertung der angenommenen Detektionssignale, sowie eine Informationsausgabe zur Weitergabe der bearbeiteten und/oder ausgewerteten Detektionssignale aufweist. Vorteilhaft weist die Auswerteeinheit Komponenten auf, die zumindest einen Prozessor, einen Speicher und ein Betriebsprogramm mit Auswerte- und Berechnungsroutinen umfassen. Insbesondere können die elektronischen Bauteile der Auswertevorrichtung auf einer Platine (Leiterplatte) angeordnet sein, bevorzugt auf einer gemeinsamen Platine mit einer Steuervorrichtung der Wärmebildkamera zur Steuerung der Wärmebildkamera, und besonders bevorzugt in Form eines Mikrokontrollers. Des Weiteren können die Steuervorrichtung und die Auswertevorrichtung besonders bevorzugt auch als ein einzelnes Bauteil ausgeführt sein. Die Auswertevorrichtung ist dazu vorgesehen, von der Detektorvorrichtung erzeugte Detektionssignale, insbesondere von den mit der Auswertevorrichtung signaltechnisch verbundenen, insbesondere verbindbaren, Pixeln der Detektorvorrichtung erzeugte Detektionssignale, zu empfangen, auszuwerten und basierend auf Detektionssignalen zumindest einer Mehrzahl beleuchteter Pixel der Detektorvorrichtung eine Auswertung der Temperatur des Messbereichs durchzuführen. Bevorzugt ist die Auswertevorrichtung dazu vorgesehen, basierend auf Detektionssignalen zumindest einer Mehrzahl beleuchteter Pixel der Detektorvorrichtung eine Auswertung eines oder mehrerer Temperaturmesswerte, insbesondere auch gemittelter Temperaturmesswerte, besonders bevorzugt eines Wärmebilds durchzuführen. Die ausgewertete Information, insbesondere ein erzeugter Temperaturmesswert und/oder ein Wärmebild, kann von der Auswertevorrichtung zur weiteren Verarbeitung und/oder Ausgabe einem Benutzer der Wärmebildkamera mittels einer Ausgabevorrichtung und/oder einem externen Gerät mittels einer Datenkommunikationsschnittstelle bereitgestellt werden.The evaluation device for receiving and evaluating detection signals of the detector device should be understood to mean a device which has at least one information input for accepting detection signals, an information processing unit for processing, in particular evaluation of the assumed detection signals, and an information output for passing on the processed and / or evaluated detection signals , Advantageously, the evaluation unit has components which comprise at least one processor, a memory and an operating program with evaluation and calculation routines. In particular, the electronic components of the evaluation device can be arranged on a printed circuit board (printed circuit board), preferably on a common board with a control device of the thermal imaging camera for controlling the thermal imaging camera, and particularly preferably in the form of a microcontroller. Furthermore, the control device and the evaluation device may be particularly preferably designed as a single component. The evaluation device is provided for receiving and evaluating detection signals generated by the detector device, in particular detection signals generated by the evaluation device, in particular connectable pixels of the detector device, and evaluating the temperature of the detector based on detection signals of at least one plurality of illuminated pixels of the detector device Measuring range. Preferably, the evaluation device is provided for carrying out an evaluation of one or more temperature measurement values, in particular also averaged temperature measurement values, particularly preferably a thermal image, based on detection signals of at least one plurality of illuminated pixels of the detector device. The evaluated information, in particular a generated temperature measured value and / or a thermal image, can be provided by the evaluation device for further processing and / or output to a user of the thermal imaging camera by means of an output device and / or an external device by means of a data communication interface.
Des Weiteren kann die Auswerte- und/oder die Steuervorrichtung gespeicherte Korrektur- und/oder Kalibriertabellen und/oder Routinen zur Kalibrierung aufweisen, die es erlauben, Auswerteergebnisse zu interpretieren und/oder umzurechnen und/oder zu inter- und/oder extrapolieren sowie die Wärmebildkamera insbesondere hinsichtlich eines Temperaturwertes, insbesondere hinsichtlich eines gemessenen Temperaturmesswertes, zu kalibrieren.Furthermore, the evaluation and / or the control device stored correction and / or calibration tables and / or routines for Have calibration that allow interpretation and / or to re-calculate evaluation results and / or to interpolate and / or extrapolate and to calibrate the thermal imager in particular with respect to a temperature value, in particular with respect to a measured temperature reading.
Erfindungsgemäß weist die Auswertevorrichtung und/oder die Detektorvorrichtung eine Binning-Architektur auf, die eine signaltechnische Zusammenfassung von Pixeln der Detektorvorrichtung zur Erhöhung der Wärmestrahlungsempfindlichkeit der Detektorvorrichtung ermöglicht. According to the invention, the evaluation device and / or the detector device to a binning architecture, which enables a signal-technical summary of pixels of the detector device to increase the heat radiation sensitivity of the detector device.
Dabei ist unter „Binning-Architektur“ eine Architektur und/oder eine Vorrichtung gemeint, die eine signaltechnische Zusammenfassung von mindestens zwei Pixeln, insbesondere von benachbarten Pixeln, bevorzugt von Pixeln vorgebbarer Anzahl, erlaubt. Unter „signaltechnisch zusammenfassen“ und „signaltechnischer Zusammenfassung“ soll dabei insbesondere verstanden werden, dass mindestens zwei Pixel, bevorzugt auch eine Mehrzahl von Pixeln, derart signaltechnisch zusammengefasst, vorteilhaft zusammengeschaltet, besonders vorteilhaft kombiniert werden, dass ein einzelnes Detektionssignal der zusammengeschalteten Pixel ausgegeben wird. Alternativ kann unter „signaltechnischer Zusammenfassung“ auch verstanden werden, dass mehrere Detektionssignale, erzeugt von mehreren Pixeln, zu einem Detektionssignal zusammengefasst, vorteilhaft zusammengeschaltet, besonders vorteilhaft kombiniert werden. Die signaltechnische Zusammenfassung kann dabei bereits mittels der Detektorvorrichtung selbst, beispielsweise vorteilhaft bei der Verwendung von CCD-Sensoren möglich, erfolgen, wobei auf diese Weise die mindestens zwei, vorzugsweise die mehreren Pixel zu einem „Pixel-Block“ zusammengefasst werden. Da die Detektionssignale einzelner Pixel der Detektorvorrichtung unabhängig voneinander weitergegeben und/oder ausgewertet werden können, kann alternativ und/oder zusätzlich auch die Auswertevorrichtung dazu ausgelegt sein, eine signaltechnische Zusammenfassung von Pixeln der Detektorvorrichtung, insbesondere auch von deren Detektionssignalen, vorzusehen. Dabei lässt sich das erzeugte zusammengefasste Detektionssignal als von einem virtuellen Bildpunkt, bestehend aus mindestens zwei bzw. vorteilhaft mehreren Pixeln, interpretieren. In this case, "binning architecture" means an architecture and / or a device which permits a signal-technical combination of at least two pixels, in particular of adjacent pixels, preferably of pixels of a predefinable number. By "summarize signal technology" and "signal-technical summary" is to be understood in particular that at least two pixels, preferably summarized in terms of signal technology, advantageous interconnected, particularly advantageous combined that a single detection signal of the interconnected pixels is output. Alternatively, "signal-technical summary" can also be understood as meaning that a plurality of detection signals, generated by a plurality of pixels, combined to form a detection signal, advantageously interconnected, are combined particularly advantageously. The signal-technical summary can already be done by means of the detector device itself, for example, advantageously when using CCD sensors possible, in which way the at least two, preferably the plurality of pixels are combined to form a "pixel block". Since the detection signals of individual pixels of the detector device can be passed on independently and / or evaluated, the evaluation device can alternatively and / or additionally be designed to provide a signal-technical summary of pixels of the detector device, in particular also of its detection signals. In this case, the generated combined detection signal can be interpreted by a virtual pixel consisting of at least two or advantageously several pixels.
Eine signaltechnische Zusammenfassung von Pixeln kann dabei auf unterschiedliche Weise erfolgen, bevorzugt als analoge Addition physikalischer Ladung beitragender Pixel oder als digitale Addition digitalisierter Werte. Insbesondere kann eine signaltechnische Zusammenfassung von Detektionssignalen mehrerer Pixel vorteilhaft mittels eines Kombinierers, beispielsweise unter Verwendung eines ODER-Gatters, umgesetzt sein.A signal-technical summary of pixels can take place in different ways, preferably as an analogue addition of physical charge-contributing pixels or as a digital addition of digitized values. In particular, a signal-based combination of detection signals of a plurality of pixels can advantageously be implemented by means of a combiner, for example using an OR gate.
Erfindungsgemäß kann auf diese Weise realisiert werden, dass Bereiche bestehend aus mindestens zwei, vorteilhaft bestehend aus einer Mehrzahl von Pixeln, zu Pixel-Blöcken oder virtuellen Bildpunkten derart signaltechnisch zusammengefasst oder kombiniert werden, dass vorteilhaft eine höhere Signalempfindlichkeit pro Pixel-Block bzw. pro virtuellem Bildpunkt der Detektorvorrichtung erreicht wird und sich ein Signal-Rauschverhältnis des jeweiligen Pixel-Blocks bzw. des virtuellen Bildpunkts verbessert. Mit der Zusammenfassung von Pixeln wird die Auflösung der Detektorvorrichtung, d.h. insbesondere auch eine Auflösung eines gemessenen Wärmebilds, entsprechend der Anzahl zusammengefassten Pixel reduziert.According to the invention, it can be realized in this way that regions consisting of at least two, advantageously consisting of a plurality of pixels, are combined or combined in a signal-technically manner into pixel blocks or virtual pixels, that advantageously have a higher signal sensitivity per pixel block or per virtual one Pixel of the detector device is achieved and improves a signal-to-noise ratio of the respective pixel block or the virtual pixel. With the aggregation of pixels, the resolution of the detector device, i. in particular, a resolution of a measured thermal image, corresponding to the number of combined pixels reduced.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der handgehaltenen Wärmebildkamera ist die Auswertevorrichtung und/oder die Detektorvorrichtung dazu vorgesehen, eine signaltechnische Zusammenfassung von Pixeln zur Erhöhung der Wärmestrahlungsempfindlichkeit in Abhängigkeit der Intensität der auf die Detektionsfläche eingestrahlten Wärmestrahlung durchzuführen.In an advantageous embodiment of the hand-held thermal imaging camera, the evaluation device and / or the detector device is provided to perform a signal-technical summary of pixels to increase the heat radiation sensitivity as a function of the intensity of radiated heat radiation on the detection surface.
Viele lichtempfindliche Elemente, insbesondere infrarotlichtempfindliche Elemente, liefern abhängig von einer auftreffenden Lichtintensität ein insbesondere elektronisches Detektionssignal. Allerdings begrenzt bei geringer Intensität des eingestrahlten Lichts oftmals ein hohes Rauschen verglichen mit der tatsächlich detektierbaren Intensität die Nachweisgenauigkeit des lichtempfindlichen Elements. Dies ist insbesondere bei elektronischen Sensoren oftmals der Fall. Erfindungsgemäß lässt sich dieses dem erzeugten Detektionssignal überlagerte Rauschsignal effektiv und vorteilhaft reduzieren, indem Pixel zur Erhöhung der Wärmestrahlungsempfindlichkeit in Abhängigkeit der Intensität der auf die Detektionsfläche eingestrahlten Wärmestrahlung zusammengefasst werden können. Many photosensitive elements, in particular elements sensitive to infrared light, deliver, in particular, an electronic detection signal depending on an incident light intensity. However, with low intensity of the incident light, high noise often limits the detection accuracy of the photosensitive member as compared with the actually detectable intensity. This is often the case in particular with electronic sensors. According to the invention, this noise signal superimposed on the generated detection signal can be effectively and advantageously reduced by combining pixels to increase the thermal radiation sensitivity as a function of the intensity of the thermal radiation radiated onto the detection surface.
Die Zusammenfassung der Pixel kann dabei auf unterschiedliche Weise, insbesondere basierend auf unterschiedlichen Anforderungen an eine Auswertung und hinsichtlich unterschiedlicher Ziele, durchgeführt werden. Vorteilhaft lassen sich jeweils mehrere oder auch die Gesamtheit der Vielzahl von Pixeln zu einem oder mehreren Pixel-Blöcken oder einem oder mehreren virtuellen Bildpunkten zusammenfassen, sodass das von jedem Pixel-Block oder virtuellen Bildpunkt erzeugte Detektionssignal hinsichtlich seines Signal-Rauschverhältnisses verbessert, bevorzugt optimiert ist. Besonders vorteilhaft kann die Zusammenfassung von mehreren Pixeln auch selektiv erfolgen, beispielsweise insbesondere beschränkt auf durch eingestrahlte Wärmestrahlung beleuchtete Pixel und vorteilhaft unter Ausschluss nicht beleuchteter Pixel. Dadurch kann die Zusammenfassung von Pixeln in Anpassung an einen von eingestrahlter Wärmstrahlung beleuchteten Teilbereich der Detektionsfläche, insbesondere an einen auf der Detektionsfläche befindlichen Infrarotlichtfleck, durchgeführt werden, sodass Signal-Beiträge nicht beleuchteter Pixel, insbesondere Signal-Beiträge, die lediglich ein unerwünschtes Hintergrundrauschen darstellen, aus der Bestimmung der Temperatur des Messbereichs auf der Oberfläche ausgenommen werden. Dies ist in besonderem Maße für Randbereiche der beleuchteten Detektionsfläche von Vorteil.The summary of the pixels can be carried out in different ways, in particular based on different requirements for an evaluation and with respect to different goals. Advantageously, in each case several or even the entirety of the multiplicity of pixels can be combined to form one or more pixel blocks or one or more virtual pixels, so that the detection signal generated by each pixel block or virtual pixel is improved, preferably optimized with regard to its signal-to-noise ratio , Particularly advantageously, the combination of a plurality of pixels can also be selective, for example, in particular limited to pixels illuminated by radiated heat radiation and advantageously to the exclusion of unilluminated pixels. This can be used to customize the aggregation of pixels a sub-area of the detection surface illuminated by irradiated heat radiation, in particular to an infrared spot located on the detection surface, so that signal contributions of non-illuminated pixels, in particular signal contributions, which represent only unwanted background noise, are determined from the determination of the temperature of the measurement area on the Surface are excluded. This is particularly advantageous for edge regions of the illuminated detection surface.
Beispielsweise kann in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmebildkamera die Detektorvorrichtung und/oder die Auswertevorrichtung dazu ausgelegt sein, zunächst in einer Vorabmessung unter Verwendung eines Schwellwertes zu ermitteln, welche Pixel der Detektionsfläche tatsächlich Wärmestrahlung detektieren und welche Pixel lediglich Hintergrundstrahlung in Form von Rauschen detektieren. Ferner kann dabei auch die Intensität der jeweils mit jedem Pixel detektierten Wärmestrahlung festgestellt werden. Anschließend können für die tatsächliche Messung der Temperatur lediglich die Detektionssignale der von der Wärmestrahlung beleuchteten Pixel verwendet werden, die insbesondere basierend auf der vorab ermittelten Intensität zur Reduktion des statistischen Rauschens vorteilhaft selektiv zusammengefasst werden.For example, in one embodiment of the thermal imaging camera according to the invention, the detector device and / or the evaluation device may be designed to first determine in a preliminary measurement using a threshold which pixels of the detection surface actually detect heat radiation and which pixels only detect background radiation in the form of noise. Furthermore, it is also possible to determine the intensity of the thermal radiation detected with each pixel. Subsequently, only the detection signals of the pixels illuminated by the heat radiation can be used for the actual measurement of the temperature, which are advantageously combined selectively based in particular on the previously determined intensity for reducing the statistical noise.
Ferner lassen sich Anteile oder die Gesamtheit der Pixel der Detektionsfläche, insbesondere auch selektiv gewählte Pixel, mit dem Ziel der Erzeugung eines Mittelwertes signaltechnisch zusammenfassen, sodass jeweils über die zusammengefassten Pixel gemittelte Detektionssignale, insbesondere ein über die Gesamtheit der Pixel gemitteltes Detektionssignal, ausgegeben werden. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn ein Interesse an über zumindest Teilbereiche des Messbereichs gemittelte Temperaturmesswerte besteht. Durch Zusammenfassung der Gesamtheit der Pixel wird insbesondere ein die gesamte Detektionsfläche der Detektorvorrichtung abdeckender Pixel-Block oder ein virtueller Bildpunkt erzeugt, wobei das erzeugte Detektionssignal insbesondere einer Mittelung der auf die Detektionsfläche eingestrahlten Wärmestrahlung entspricht. In dieser Verwendungsform weist die erfindungsgemäße Wärmebildkamera die Funktionalität eines Spot-Thermometers auf.Furthermore, portions or the entirety of the pixels of the detection surface, in particular also selectively selected pixels, can be signal-technically combined with the aim of producing an average, so that detection signals averaged over the combined pixels, in particular a detection signal averaged over the entirety of the pixels, are output. This is useful, for example, if there is an interest in temperature measured values which are averaged over at least partial regions of the measuring region. By combining the entirety of the pixels, a pixel block or a virtual pixel covering the entire detection surface of the detector device is generated in particular, wherein the generated detection signal corresponds in particular to an averaging of the thermal radiation radiated onto the detection surface. In this embodiment, the thermal imager according to the invention has the functionality of a spot thermometer.
In Folge einer zunehmenden Zusammenfassung von Pixeln wird die Ortsauflösung der Detektorvorrichtung zunehmend verringert, bei gleichzeitiger Verbesserung eines Signal-Rauschverhältnisses sowie zunehmender Mittelung der einzelnen Detektionssignale der Pixel. Folglich kann eine Zusammenschaltung von Pixeln vorteilhaft zur Erhöhung des Signal-Rauschverhältnisses und/oder zur verstärkten Mittelwertbildung der auf die einzelnen Pixel eingestrahlten Wärmestrahlung durchgeführt werden, insbesondere in Abhängigkeit der Intensität eingestrahlter Wärmestrahlung durchgeführt werden.As a result of an increasing combination of pixels, the spatial resolution of the detector device is increasingly reduced, while at the same time improving a signal-to-noise ratio and increasing the averaging of the individual detection signals of the pixels. Consequently, an interconnection of pixels can advantageously be carried out for increasing the signal-to-noise ratio and / or for averaging the heat radiation radiated onto the individual pixels, in particular as a function of the intensity of radiated heat radiation.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der handgehaltenen Wärmebildkamera ist die Auswertevorrichtung und/oder die Detektorvorrichtung dazu vorgesehen, mit abnehmender Intensität der auf die Detektionsfläche eingestrahlten Wärmestrahlung eine zunehmende Anzahl von Pixeln zur Erhöhung der Wärmestrahlungsempfindlichkeit signaltechnisch zusammenzufassen.In an advantageous embodiment of the hand-held thermal imaging camera, the evaluation device and / or the detector device is provided to summarize an increasing number of pixels to increase the heat radiation sensitivity with decreasing intensity of the irradiated on the detection surface heat radiation signal technology.
Mit abnehmender Intensität der auf die Detektionsfläche eingestrahlten Wärmestrahlung nimmt typischerweise das Signal-Rauschverhältnis elektronischer Sensoren, insbesondere auch infrarotlichtempfindlicher Sensoren, ab, sodass derjenige Signalanteil, der auf ein statistisches Rauschen des Sensors zurückzuführen ist, im Verhältnis zum tatsächlich interessierenden und zu messenden Signal steigt und das Messergebnis zunehmend ungenauer wird. Erfindungsgemäß kann dieser Genauigkeitsverlust in Folge sinkender Intensität eingestrahlter Wärmestrahlung durch Zusammenfassen einer zunehmenden Anzahl von Pixeln ausgeglichen werden, sodass trotz abnehmender eingestrahlter Intensität Messergebnisse hoher Genauigkeit erhalten werden.As the intensity of the thermal radiation radiated onto the detection surface decreases, the signal-to-noise ratio of electronic sensors, in particular infrared-sensitive sensors, typically decreases, so that the signal component due to statistical noise of the sensor increases in relation to the actual signal of interest and to be measured the measurement result becomes increasingly inaccurate. According to the invention, this loss of accuracy due to decreasing intensity of radiated heat radiation can be compensated by combining an increasing number of pixels, so that measurement results of high accuracy are obtained despite decreasing incident intensity.
Bevorzugt kann mit abnehmender Intensität eingestrahlter Wärmestrahlung eine Zusammenfassung einer zunehmenden Anzahl von Pixeln beleuchteter Teilbereiche der Detektionsfläche – vorteilhaft derjenigen Pixel, die durch den Lichtfleck auf der Detektionsfläche abgedeckt sind – durchgeführt werden. Somit werden Signal-Beiträge nicht beleuchteter Pixel, insbesondere Signal-Beiträge, die lediglich ein unerwünschtes Hintergrundrauschen darstellen, aus der Bestimmung der Temperatur des Messbereichs auf der Oberfläche ausgenommen.Preferably, with decreasing intensity of radiated heat radiation, a summary of an increasing number of pixels of illuminated subregions of the detection surface-advantageously of those pixels which are covered by the light spot on the detection surface-can be carried out. Thus, signal contributions from non-illuminated pixels, particularly signal contributions, which are merely unwanted background noise, are excluded from the determination of the temperature of the measurement area on the surface.
Besonders vorteilhaft ist das Zusammenfassen einer zunehmenden Anzahl von Pixeln mit einer Intensitätsabnahme der auf die Detektionsfläche eingestrahlten Wärmestrahlung in Folge einer zunehmenden Verkleinerung des Messbereichs korreliert. Wird mittels der Optik der Messbereich verkleinert, d.h. insbesondere mittels der Optik gezoomt, so wird typischerweise weniger Wärmestrahlung aus dem verkleinerten Messbereich auf die Detektorvorrichtung abgebildet. Folglich sinkt ebenfalls die eingestrahlte Intensität. Einer Abnahme der Messgenauigkeit mit zunehmender Verkleinerung des Messbereichs auf der Oberfläche kann erfindungsgemäß also durch Zusammenfassen einer zunehmenden Anzahl von Pixeln entgegengewirkt werden, sodass trotz abnehmender eingestrahlter Intensität Messergebnisse hoher Genauigkeit erhalten werden können. Durch die Zusammenfassung von Pixel zunehmender Anzahl nimmt die Ortsauflösung der Detektorvorrichtung allerdings ab, sodass der verkleinerte, insbesondere gezoomte, Messbereich lediglich mit geringerer Anzahl getrennt auflösbarer Pixel vermessen werden kann. Da typischerweise im Falle eines stark verkleinerten Messbereichs eine gemittelte, nicht-ortsaufgelöste Temperatur im Sinne einer Punktmessung von Interesse ist – vergleiche Funktionalität und Anwendung des Spot-Thermometers – kann die Auswertevorrichtung und/oder die Detektorvorrichtung besonders vorteilhaft dazu vorgesehen sein, mit abnehmender Intensität der eingestrahlten Wärmestrahlung zunehmend mehr Pixel zusammenzufassen, bis schließlich, vorteilhaft bei Einstellen des kleinsten möglichen Messbereichs, die Zusammenfassung aller Pixel der Detektorvorrichtung durchgeführt wird und das ermittelte Messergebnis einer mittleren Temperatur in dem Messbereich auf der Oberfläche entspricht. Auf diese Weise kann ein stufenloser Übergang von einer indbesondere hochauflösenden Wärmebildkamera zu einem punktuell messenden Spot-Thermometer realisiert sein, sodass im Prinzip zwei unterschiedliche Funktionalitäten – Kamera und Spot-Messgerät – in einem Gerät vereint werden.Particularly advantageous is the combination of an increasing number of pixels correlated with a decrease in intensity of the radiated heat radiation on the detection surface due to an increasing reduction of the measuring range. If the measuring range is reduced by means of the optics, ie zoomed in particular by means of the optics, typically less heat radiation from the reduced measuring range is imaged onto the detector device. Consequently, the radiated intensity also decreases. A decrease in the measurement accuracy with increasing reduction of the measuring range on the surface can thus be counteracted according to the invention by combining an increasing number of pixels, so that measurement results of high accuracy can be obtained despite decreasing incident intensity. By the aggregation of pixels of increasing number the spatial resolution of the Detector device, however, so that the reduced, in particular zoomed, measuring range can be measured only with a smaller number of separately resolvable pixels. Since an average, non-spatially resolved temperature in the sense of a point measurement is typically of interest in the case of a greatly reduced measuring range (compare functionality and application of the spot thermometer), the evaluation device and / or the detector device can be particularly advantageously provided with decreasing intensity radiated heat radiation increasingly pool more pixels, until finally, advantageously, when setting the smallest possible measurement range, the summary of all pixels of the detector device is performed and the determined measurement result of a mean temperature in the measurement area on the surface corresponds. In this way, a stepless transition from a particular high-resolution thermal imaging camera to a point-measuring spot thermometer can be realized, so that in principle two different functionalities - camera and spot meter - are combined in one device.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der handgehaltenen Wärmebildkamera weist die Auswertevorrichtung und/oder die Detektorvorrichtung eine variable Binning-Architektur auf, die insbesondere eine signaltechnische Zusammenfassung von Pixeln unterschiedlicher Anzahl erlaubt.In an advantageous embodiment of the handheld thermal imaging camera, the evaluation device and / or the detector device has a variable binning architecture, which in particular allows a signal-technical combination of pixels of different numbers.
Durch Ausführung der Binning-Architektur als variable Binning-Architektur ist es vorteilhaft möglich, beliebige Pixel der Detektorvorrichtung, insbesondere Pixel beliebiger Zeilen und/oder Spalten der Detektorvorrichtung, signaltechnisch zusammenzufassen, insbesondere zu kombinieren. Ferner kann auch eine signaltechnische Zusammenfassung von Pixeln auf unterschiedliche Weise vorgesehen sein, insbesondere unter Verwendung unterschiedlich arbeitender Kombinierer. Beispielsweise kann derart zwischen analoger Zusammenfassung durch physikalische Ladungsaddition und digitaler Zusammenfassung durch Addition digitalisierter Werte gewechselt werden.By carrying out the binning architecture as a variable binning architecture, it is advantageously possible to combine any pixels of the detector device, in particular pixels of any rows and / or columns of the detector device, by signal technology, in particular to combine them. Furthermore, it is also possible to provide a signal-technical summary of pixels in different ways, in particular using differently operating combiners. For example, it is possible to switch between analogous summary by physical charge addition and digital summarization by addition of digitized values.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der handgehaltenen Wärmebildkamera weist die Auswertevorrichtung und/oder die Detektorvorrichtung eine symmetrische Binning-Architektur auf.In an advantageous embodiment of the hand-held thermal imaging camera, the evaluation device and / or the detector device has a symmetrical binning architecture.
Unter „symmetrischer Binning-Architektur“ soll insbesondere verstanden werden, dass die Pixel der Detektorvorrichtung in symmetrischer, insbesondere punkt- und/oder spiegelsymmetrischer, Weise zusammengefasst werden können. Insbesondere kann beispielsweise vorgesehen sein, dass Pixel, die jeweils einen identischen Abstand zum geometrischen Mittelpunkt der Detektionsfläche aufweisen, in im Wesentlichen ringförmigen Strukturen zusammengefasst werden können. Vorteilhaft kann eine Zusammenfassung von Pixeln auch jeweils punktsymmetrisch zum geometrischen Mittelpunkt der Detektionsfläche erfolgen, sodass beispielsweise eine Zusammenfassung zweier erster Pixel punktsymmetrisch bezüglich des geometrischen Mittelpunkts der Detektionsfläche zu einer Zusammenfassung zweier weiterer Pixel erfolgt. Auf diese Weise erlaubt die symmetrische Binning-Architektur der Auswertevorrichtung und/oder der Detektorvorrichtung die Realisierung einer besonders einfachen und wirtschaftlich vorteilhaften variablen Binning-Architektur. By "symmetrical binning architecture" is to be understood in particular that the pixels of the detector device can be summarized in a symmetrical, in particular point and / or mirror-symmetric way. In particular, it can be provided, for example, that pixels which each have an identical distance to the geometric center of the detection surface can be combined in essentially annular structures. Advantageously, a combination of pixels can also take place in each case point-symmetrically to the geometric center of the detection surface, so that, for example, a summary of two first pixel point symmetrical with respect to the geometric center of the detection surface to a summary of two other pixels. In this way, the symmetrical binning architecture of the evaluation device and / or the detector device allows the realization of a particularly simple and economically advantageous variable binning architecture.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der handgehaltenen Wärmebildkamera ist die Größe des Messbereichs unter Verwendung der Optik in mindestens zwei Stufen veränderbar.In an advantageous embodiment of the handheld thermal imaging camera, the size of the measuring range can be changed using the optics in at least two stages.
Erfindungsgemäß ist die Wärmebildkamera dazu vorgesehen, eine Größe des auf der Oberfläche befindlichen Messbereichs unter Verwendung der Optik veränderbar einzustellen. Insbesondere ist eine veränderbare Optik mit dem Vorteil verbunden, dass ein Benutzer der Wärmebildkamera sich sowohl einen Überblick über eine zu untersuchende Oberfläche unter Verwendung eines großen Messbereichs verschaffen kann als auch Details der zu untersuchenden Oberfläche des Gegenstands unter Verwendung eines kleinen Messbereichs untersuchen kann. Eine Veränderung der Größe des Messbereichs kann kostensparend und besonders wirtschaftlich mittels einer Optik realisiert werden, die unterschiedliche und veränderbare, insbesondere feste, Brennweiten in mindestens zwei Stufen, vorteilhaft in mehreren Stufen, aufweist. Diese lassen sich beispielsweise durch zueinander verschiebbare, tauschbare, in den optischen Pfad ein- und ausklappbare optische Komponenten, vorteilhaft durch Mittel zur Umschaltung zwischen optischen Pfaden, insbesondere Spiegel, Prismen oder dergleichen, realisieren.According to the invention, the thermal imaging camera is provided to adjust a size of the measurement area located on the surface using the optics changeable. In particular, changeable optics have the advantage that a user of the thermal imager can both gain an overview of a surface to be examined using a large measurement range and also examine details of the object's surface to be examined using a small measurement range. A change in the size of the measuring range can be realized cost-effectively and particularly economically by means of optics having different and variable, in particular fixed, focal lengths in at least two stages, advantageously in several stages. These can be realized, for example, by interchangeable, exchangeable optical components which can be folded in and out of the optical path, advantageously by means for switching between optical paths, in particular mirrors, prisms or the like.
Besonders vorteilhaft können die mindestens zwei Stufen derart gewählt sein, dass in einer ersten Stufe der Messbereich vorzugsweise groß realisiert ist, während in der zweiten Stufe der Messbereich vorzugsweise klein realisiert ist. Auf diese Weise sind mindestens zwei unterschiedliche Größen des Messbereichs vorsehbar, die sich bevorzugt signifikant voneinander unterscheiden, sodass sich mittels der Optik vorteilhaft eine mindestens zweistufige, einfache und schnelle Veränderung der Größe des Messbereichs realisieren lässt.Particularly advantageously, the at least two stages can be selected such that in a first stage the measuring range is preferably realized large, while in the second stage the measuring range is preferably realized small. In this way, at least two different sizes of the measuring range can be provided, which are preferably significantly different from one another, so that advantageously at least two-stage, simple and rapid change of the size of the measuring range can be realized by means of the optics.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der handgehaltenen Wärmebildkamera ist die Größe des Messbereichs unter Verwendung der Optik stufenlos veränderbar.In an advantageous embodiment of the hand-held thermal imaging camera, the size of the measuring range is infinitely variable using the optics.
Vorteilhaft kann auf diese Weise erreicht werden, dass sich die Größe des Messbereichs beliebig zwischen einer maximalen und einer minimalen Größe, die jeweils durch die Optik vorgegeben werden, variieren lässt. Insbesondere lässt sich somit ein Messbereich vorteilhaft an einen den Bediener der Wärmebildkamera interessierenden Oberflächenbereich des Gegenstands anpassen, sodass sich die mittels der Wärmebildkamera gemessene Temperatur ebenfalls vorteilhaft nur auf den tatsächlich interessierenden Bereich auf der Oberfläche bezieht.Advantageously, it can be achieved in this way that the size of the measuring range can be arbitrarily varied between a maximum and a minimum size, which are given by the optics, respectively. In particular, a measuring range can thus advantageously be adapted to a surface area of the object of interest to the operator of the thermal imaging camera, so that the temperature measured by means of the thermal imaging camera also advantageously relates only to the region of interest actually on the surface.
Bevorzugt lässt sich eine stufenlos veränderbare Optik unter Verwendung von Linsenmitteln realisieren, die, insbesondere beweglich zueinander angeordnet, zur Änderung der Größe des Messbereichs geeignet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform der Wärmebildkamera weisen die Linsenmittel zumindest ein verstellbares Linsensystem zum Ändern der Größe des Messbereichs auf. Ein verstellbares Linsensystem kann dazu unter anderem eine oder mehrere Linsen aufweisen, die für Wärmestrahlung, d.h. Strahlung im mittleren Infrarotbereich, durchlässig sind und dazu dienen, Infrarotstrahlung aus dem Messbereich auf die Detektionsfläche der Detektorvorrichtung zu leiten, insbesondere zu projizieren. Ein derartiges verstellbares Linsensystem erlaubt vorteilhaft, die Größe des Messbereichs schnell, zuverlässig, definiert und erfindungsgemäß stufenlos einzustellen. Preferably, a continuously variable optics can be realized by using lens means which, in particular arranged movably relative to one another, are suitable for changing the size of the measuring range. In a preferred embodiment of the thermal imager, the lens means comprise at least one adjustable lens system for changing the size of the measuring area. An adjustable lens system may include, inter alia, one or more lenses suitable for thermal radiation, i. Radiation in the mid-infrared range, are permeable and serve to direct infrared radiation from the measuring range to the detection surface of the detector device, in particular to project. Such an adjustable lens system advantageously allows the size of the measuring range to be set quickly, reliably, defined and infinitely variable according to the invention.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der handgehaltenen Wärmebildkamera weist die Auswertevorrichtung und/oder die Detektorvorrichtung eine Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren der Auswertevorrichtung und/oder der Detektorvorrichtung auf, die dazu vorgesehen ist, die Auswertevorrichtung bzw. die Detektorvorrichtung basierend auf gespeicherten Informationen und/oder gemessenen Informationen, insbesondere basierend auf einer in einem Messbereich gemessenen Temperatur TC, zu kalibrieren.In an advantageous embodiment of the hand-held thermal imager, the evaluation device and / or the detector device has a calibration device for calibrating the evaluation device and / or the detector device, which is provided for the evaluation device or the detector device based on stored information and / or measured information, in particular to calibrate based on a measured temperature T in a measuring range C.
Die Auswertevorrichtung und/oder die Detektorvorrichtung kann vorteilhaft vorgesehen sein, Auswerteergebnisse zu interpretieren und/oder umzurechnen und/oder zu inter- und/oder extrapolieren sowie die Wärmebildkamera insbesondere hinsichtlich eines Temperaturwertes, insbesondere hinsichtlich eines gemessenen Temperaturmesswertes TC, zu kalibrieren. Neben der Kalibrierung auf Grundlage eines Temperaturmesswertes TC kann eine Kalibrierung auch mittels gespeicherter Korrektur- und/oder Kalibriertabellen und/oder Kalibrierwerten und/oder Routinen zur Kalibrierung erfolgen. The evaluation device and / or the detector device can be advantageously provided to interpret and / or convert interpolation and / or interpolation and / or extrapolation and to calibrate the thermal imager, in particular with regard to a temperature value, in particular with respect to a measured temperature measurement value T C. In addition to the calibration on the basis of a temperature measurement value T C , calibration can also be carried out by means of stored correction and / or calibration tables and / or calibration values and / or calibration routines.
Insbesondere zur absoluten Bestimmung von Temperaturmesswerten kann eine Kalibrierung der Wärmebildkamera, insbesondere eine Kalibrierung der Auswerte- und/oder der Detektorvorrichtung, vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine Kalibriermessung, mittels der ein Temperaturmesswert TC in einem eingestellten Messbereich, insbesondere in einem Messbereich verhältnismäßig kleiner Größe, ermittelt wird, als Grundlage zur Festlegung einer absoluten Temperaturskala und somit zur Kalibrierung der Wärmebildkamera dienen. Alle dann folgenden Messungen, insbesondere auch Messungen unter Verwendung anderer Messbereiche, insbesondere auch unter Verwendung von Messbereichen anderer Größe, werden anschließend in Bezug zu dieser Kalibriermessung ausgewertet. Somit kann beispielsweise ein Temperaturmesswert TC, der in einem kleinen Messbereich, bevorzugt in dem kleinsten einstellbaren Messbereich der Wärmebildkamera, ermittelt wurde, als Grundlage einer Kalibrierung der Wärmebildkamera für alle folgenden Messungen dienen, die insbesondere alle Größen des Messbereichs umfassen können. Bevorzugt eignet sich zur Kalibrierung ein gemittelter, bevorzugt besonders genauer, Messwert, der in dem kleinsten einstellbaren Messbereich der Wärmebildkamera ermittelt wurde.In particular for the absolute determination of temperature measured values, a calibration of the thermal imaging camera, in particular a calibration of the evaluation and / or the detector device, can be provided. For example, a calibration measurement, by means of which a temperature measurement value T C in a set measurement range, in particular in a measurement range of relatively small size, is determined as the basis for establishing an absolute temperature scale and thus for calibrating the thermal imaging camera. All subsequent measurements, in particular also measurements using other measuring ranges, in particular also using measuring ranges of a different size, are then evaluated in relation to this calibration measurement. Thus, for example, a temperature measurement value T C , which was determined in a small measuring range, preferably in the smallest adjustable measuring range of the thermal imaging camera, serve as the basis for a calibration of the thermal imaging camera for all subsequent measurements, which in particular can include all sizes of the measuring range. Preferably, an averaged, preferably particularly accurate, measured value which has been determined in the smallest adjustable measuring range of the thermal imaging camera is suitable for the calibration.
Besonders vorteilhaft kann somit ein Messergebnis, das unter Verwendung eines Messbereichs kleiner Größe erhalten wird, also insbesondere ein möglichst genauer Temperaturmesswert, zur kalibrierten, insbesondere optimierten, Auswertung von Detektionssignalen genutzt werden, die unter Verwendung von Messbereichen insbesondere anderer Größe gemessen werden. Dabei soll unter „optimierter Auswertung“ insbesondere verstanden werden, dass die der Kalibrierung zu Grunde liegende Temperaturmessung genutzt wird, zumindest eine Auswerteroutine und/oder einen Auswertevorgang der Auswertevorrichtung zu beeinflussen, vorteilhaft zu verbessern und/oder zu optimieren, besonders vorteilhaft zu kalibrieren und somit verbesserte und/oder genauere Auswertungen von nachfolgenden Detektionssignalen zu ermöglichen. Thus, a measurement result which is obtained using a measuring range of small size, ie in particular a temperature reading which is as accurate as possible, can be used particularly advantageously for the calibrated, in particular optimized, evaluation of detection signals which are measured using measuring ranges, in particular of a different size. In this context, "optimized evaluation" should be understood in particular to mean that the temperature measurement underlying the calibration is used to influence, advantageously improve and / or optimize at least one evaluation routine and / or an evaluation process of the evaluation device, and to calibrate it particularly advantageously to allow improved and / or more accurate evaluations of subsequent detection signals.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der handgehaltenen Wärmebildkamera ist die Kalibriervorrichtung dazu vorgesehen, die Auswertevorrichtung und/oder die Detektorvorrichtung basierend auf einer Detektion von Hintergrundstrahlung zu kalibrieren.In an advantageous embodiment of the handheld thermal imaging camera, the calibration device is provided to calibrate the evaluation device and / or the detector device based on a detection of background radiation.
Auf diese Weise kann vorteilhaft erreicht werden, dass ein einem Detektionssignal überlagertes Hintergrundrauschen, insbesondere derjenige Anteil des Detektionssignals, der auf eine Detektion von Hintergrundstrahlung zurückzuführen ist, aus dem gemessenen Detektionssignal eliminiert werden kann. Folglich kann somit eine deutliche Genauigkeitssteigerung der Wärmebildkamera erreicht werden, die sich insbesondere bei der Vermessung verhältnismäßig niedriger Temperaturen positiv auswirkt. In einer besonders einfachen Ausführungsform der Funktionalität der Kalibiervorrichtung kann beispielsweise ein Kalibriersignal bei verschlossener Optik (beispielsweise unter Verwendung eines Objektivdeckels) auf Basis eines durch Hintergrundstrahlung erzeugten Rauschsignals ermittelt werden, wobei anschließend bei der Auswertung aller folgenden Temperaturmesswerte das Kalibriersignal von den gemessenen Detektionssignalen subtrahiert wird.In this way, it can advantageously be achieved that a background noise superimposed on a detection signal, in particular that portion of the detection signal which is due to a detection of background radiation, can be eliminated from the measured detection signal. Consequently, thus a significant increase in accuracy of the thermal imager can be achieved, which has a positive effect especially in the measurement of relatively low temperatures. In a particularly simple embodiment of the functionality of the calibration device, for example, a calibration signal with closed optics (for example, using a Lens cap) are determined on the basis of a noise generated by background radiation, which is then subtracted in the evaluation of all subsequent temperature measurements, the calibration signal from the measured detection signals.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der handgehaltenen Wärmebildkamera ist eine Ausgabevorrichtung, insbesondere ein Display und/oder eine kabellose Datenkommunikationsschnittstelle, zur Ausgabe einer Temperaturmessung vorgesehen.In an advantageous embodiment of the handheld thermal imaging camera, an output device, in particular a display and / or a wireless data communication interface, is provided for outputting a temperature measurement.
Eine Ausgabevorrichtung der Wärmebildkamera kann bevorzugt in Form einer Datenkommunikationsschnittstelle und/oder eines Bildschirms vorgesehen sein. Bevorzugt verwendet eine Datenkommunikationsschnittstelle ein standardisiertes Kommunikationsprotokoll zu einer Übertragung von elektronischen, insbesondere digitalen Daten an insbesondere externe Geräte. Dazu kann die Datenkommunikationsschnittstelle vorteilhaft eine drahtlose Schnittstelle, insbesondere beispielsweise eine WLAN-, Bluetooth-, Infrarot-, NFC-, RFID-Schnittstelle oder eine andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende drahtlose Schnittstelle aufweisen. Alternativ kann die Datenkommunikationsschnittstelle auch einen kabelgebunden Adapter aufweisen, beispielsweise einen USB- oder Mikro-USB-Adapter. Ein Bildschirm, insbesondere ein Display, kann vorgesehen sein, die ausgewerteten Informationen betreffend eine Temperatur eines auf einer Oberfläche befindlichen Messbereichs, bevorzugt auch ein Wärmebild, darzustellen und somit direkt einem Bediener der Wärmebildkamera auszugeben. Beispielhaft kann ein Display als Flüssigkristall-, Dünnschichttransistor-, Surface-Conduction-Electron-Emitter-, Plasma-, Leuchtdioden- oder Feldemissions-Bildschirm ausgestaltet sein. Besonders vorteilhaft kann ein Touch-Display verwendet werden, mittels dem zusätzlich zur Ausgabe der Informationen auch Eingaben durch einen Bediener der Wärmebildkamera möglich sind. An output device of the thermal imaging camera may preferably be provided in the form of a data communication interface and / or a screen. Preferably, a data communication interface uses a standardized communication protocol for transmitting electronic, in particular digital data to, in particular, external devices. For this purpose, the data communication interface can advantageously have a wireless interface, in particular, for example, a WLAN, Bluetooth, infrared, NFC, RFID interface or another wireless interface that appears appropriate to a person skilled in the art. Alternatively, the data communication interface can also have a wired adapter, for example a USB or micro USB adapter. A screen, in particular a display, can be provided to display the evaluated information relating to a temperature of a measuring area located on a surface, preferably also a thermal image, and thus to output it directly to an operator of the thermal imager. By way of example, a display may be configured as a liquid crystal, thin film transistor, surface conduction electron emitter, plasma, light emitting diode or field emission screen. Particularly advantageously, a touch display can be used, by means of which in addition to the output of information also inputs by an operator of the thermal imager are possible.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der handgehaltenen Wärmebildkamera ist eine im visuellen Spektrum arbeitende Kamera vorgesehen, ein visuelles Bild des Messbereichs aufzunehmen, das gemeinsam mit der Temperaturmessung ausgegeben werden kann.In an advantageous embodiment of the hand-held thermal imaging camera, a camera operating in the visual spectrum is provided to record a visual image of the measuring area that can be output together with the temperature measurement.
Mittels einer im visuellen Spektrum arbeitenden Kamera, bevorzugt mittels eines visuellen Bildsensors zur Erfassung einer sichtbaren, insbesondere visuellen, Strahlung eines Bildbereichs, kann vorteilhaft ein auf detektierter sichtbarer Strahlung basierendes Kamerabild erzeugt werden. Bevorzugt umfasst der visuelle Bildbereich den Messbereich der Wärmekamera zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig. Als Bildsensor kommen Vorrichtungen in Frage, die sichtbare Strahlung zwischen 380 nm und 780 nm Wellenlänge erfassen und daraus ein Kamerabild erstellen. Das Kamerabild kann insbesondere als ein elektronisches Bildsignal ausgestaltet sein. Beispiele für einen erfindungsgemäßen Bildsensor sind unter anderem CCD-Bildsensoren oder CMOS-Bildsensoren. Unter einem Bildbereich im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird die Menge der Teilchen verstanden, von denen sichtbare Strahlung ausgeht, die der Bildsensor erfasst.By means of a camera operating in the visual spectrum, preferably by means of a visual image sensor for detecting a visible, in particular visual, radiation of an image area, advantageously a camera image based on detected visible radiation can be generated. The visual image area preferably comprises the measuring area of the thermal camera at least partially, particularly preferably completely. As an image sensor devices come into question that detect visible radiation between 380 nm and 780 nm wavelength and create a camera image. The camera image can in particular be designed as an electronic image signal. Examples of an image sensor according to the invention include CCD image sensors or CMOS image sensors. In the context of the present application, an image area is understood to be the quantity of particles from which visible radiation emanates which the image sensor detects.
Besonders vorteilhaft kann die Auswerte- und/oder die Steuervorrichtung ein Bild erstellen und mittels einer Ausgabevorrichtung ausgeben. Besonders bevorzugt kann das visuelle Bild gemeinsam mit der Temperaturmessung ausgegeben werden. Auf diese Weise kann erfindungsgemäß erreicht werden, dass ein Benutzer der Wärmebildkamera während der Messung mit seinem Blick nicht zwischen der Wärmebildkamera und dem auf dem Objekt befindlichen Messbereich hin- und herwechseln muss, da der Bildschirm vorteilhaft sowohl zum Anvisieren des Messbereichs als auch zum Ablesen der ermittelten Temperatur verwendet werden kann. Der Benutzer kann sich dadurch besonders vorteilhaft auf ein exaktes Ausrichten der Wärmebildkamera, insbesondere auch auf ein exaktes Einstellen der Größe des Messbereichs, und auf das Ablesen der Messdaten konzentrieren.Particularly advantageously, the evaluation and / or the control device can create an image and output by means of an output device. Particularly preferably, the visual image can be output together with the temperature measurement. In this way, according to the invention, it can be achieved that a user of the thermal imaging camera does not have to switch between the thermal imaging camera and the measurement area located on the object during the measurement because the screen is advantageous both for sighting the measurement area and for reading the measurement area determined temperature can be used. As a result, the user can concentrate particularly advantageously on an exact alignment of the thermal imaging camera, in particular also on an exact setting of the size of the measuring range, and on the reading of the measured data.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der handgehaltenen Wärmebildkamera kann das visuelle Bild zumindest teilweise mit der Temperaturmessung überlagert oder überblendet ausgegeben werden.In an advantageous embodiment of the hand-held thermal imaging camera, the visual image can be at least partially superimposed or superimposed with the temperature measurement.
Besonders vorteilhaft kann die Auswerte- und/oder die Steuervorrichtung ein visuelles Bild gemeinsam mit einer Temperaturmessung, insbesondere gemeinsam mit einem Temperaturmesswert und/oder gemeinsam mit einem gemessenen Wärmebild, ausgeben. Dabei kann ein ausgegebenes gemeinsames Bild zumindest teilweise mittels Überlagerung, Überblendung, Beschneidung zumindest eines Teils des Kamerabilds mit zumindest einer mittels der Wärmebildkamera erzeugten Information, insbesondere einer gemessenen Temperatur eines auf einer Oberfläche befindlichen Messbereichs, bevorzugt mit zumindest einem Teil eines erzeugten Wärmebilds, erzeugt werden.Particularly advantageously, the evaluation and / or the control device can output a visual image together with a temperature measurement, in particular together with a temperature measurement value and / or together with a measured thermal image. In this case, an output common image can be generated at least partially by superimposing, superimposing, trimming at least one part of the camera image with at least one information generated by the thermal imager, in particular a measured temperature of a measuring area located on a surface, preferably with at least a part of a generated thermal image ,
Auf diese Weise kann eine vorteilhaft intuitive und leicht interpretierbare Darstellung sowohl der Messergebnisse als auch der visuellen Bilder realisiert werden.In this way, an advantageously intuitive and easily interpretable representation of both the measurement results and the visual images can be realized.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der handgehaltenen Wärmebildkamera ist ein Projektionsmodul vorgesehen, das zur Erzeugung einer sichtbaren Markierung des Messbereichs dient. Dabei weist das Projektionsmodul insbesondere eine Lichtquelle im sichtbaren Bereich des Strahlungsspektrums, bevorzugt eine einen kollimierten Lichtstrahl erzeugende Lichtdiode oder Laserdiode, auf, die zur Erzeugung einer Lichtmarkierung auf der Oberfläche des Gegenstands geeignet ist. Ferner können weitere Mittel zur Strahlformung vorgesehen sein, beispielsweise Kollimatorlinse, Spiegel, Prismen oder dergleichen. Bevorzugt kann mittels des Projektionsmoduls auch ein Lichtmuster aus dem im Wesentlichen kollimierten Lichtstrahl erzeugen werden, sodass sich Muster, beispielsweise in Form eines Vielecks, Kreuzes oder eines Kegelschnitts, insbesondere eines Kreises, auf die Oberfläche projizieren lassen. Diese Ausführungsform ist mit dem Vorteil verbunden, dass sich der Messbereich auch ohne Betrachtung eines Bildschirms einem Ort auf der Oberfläche des Gegenstands zuordnen lässt, insbesondere auch dessen Ausdehnung erkennen lässt, sodass besonders vorteilhaft eine sehr schnell Ausrichtung der Wärmebildkamera auf einen zu untersuchenden Gegenstand und Einstellung der gewünschten Größe des Messbereichs durch den Benutzer möglich ist.In an advantageous embodiment of the hand-held thermal imaging camera, a projection module is provided which serves to generate a visible marking of the measuring area. In particular, the projection module has a Light source in the visible region of the radiation spectrum, preferably a collimated light beam generating light diode or laser diode, which is suitable for generating a light mark on the surface of the object. Furthermore, further means for beam shaping may be provided, for example collimator lens, mirrors, prisms or the like. Preferably, a light pattern can also be generated from the essentially collimated light beam by means of the projection module, so that patterns, for example in the form of a polygon, cross or a conic section, in particular a circle, can be projected onto the surface. This embodiment has the advantage that the measuring range can be assigned to a location on the surface of the object even without viewing a screen, and in particular also indicates its extent, so that a very fast orientation of the thermal imaging camera to an object to be examined and adjustment can be particularly advantageous the desired size of the measuring range is possible by the user.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur kontaktfreien Vermessung einer Temperatur eines auf einer Oberfläche befindlichen Messbereichs, insbesondere ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen handgehaltenen Wärmebildkamera, vorgeschlagen, wobei Pixel einer Detektorvorrichtung der Wärmebildkamera zur Erhöhung einer Wärmestrahlungsempfindlichkeit der Detektorvorrichtung in Abhängigkeit einer Intensität eingestrahlter Wärmestrahlung unter Verwendung einer Binning-Architektur der Detektorvorrichtung und/oder einer Auswertevorrichtung signaltechnisch zusammengefasst werden, und zumindest die Temperatur des Messbereichs basierend auf Detektionssignalen zumindest einer Mehrzahl beleuchteter Pixel der Detektorvorrichtung ausgewertet wird. According to the invention, a method is also proposed for non-contact measurement of a temperature of a measurement area located on a surface, in particular a method for operating a handheld thermal imaging camera according to the invention, wherein pixels of a thermal imaging camera detector device increase thermal radiation sensitivity of the detector device as a function of an intensity of radiated heat radiation using a Binning architecture of the detector device and / or an evaluation device are summarized by signal technology, and at least the temperature of the measuring range based on detection signals of at least one plurality of illuminated pixels of the detector device is evaluated.
Vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren einem Benutzer der Wärmebildkamera ermöglichen, präzise Temperaturmessungen in Messbereichen verschiedener Größe durchzuführen, die sich insbesondere in Stufen, bevorzugt stufenlos mittels einer Optik der Wärmebildkamera einstellen lassen. Auf diese Weise kann ein Benutzer der Wärmebildkamera beispielsweise Temperaturen in großen Messbereichen im Rahmen einer Übersichtsmessung ermitteln, oder gezielt mittels Einstellung eines kleinen Messbereichs Temperaturen in einem Messbereich reduzierter Größe, bevorzugt punktuell, untersuchen. Während bei der Verwendung eines kleinen Messbereichs ein Gegenstand gezielt abgefahren werden muss, um eine Wärmequelle oder Wärmesenke zu lokalisieren, kann das erhaltene Messergebnis vorteilhaft als besonders genau und als auf lokal begrenztem Messbereich ermittelt angesehen werden. Hingegen erlaubt die Verwendung eines großen Messbereichs eine schnelle und intuitive Ermittlung von Temperaturverläufen, insbesondere unter Verwendung eines aus der Temperaturmessung erzeugten Wärmebilds, sodass insbesondere anhand einer Farbkodierung von auf einem Display der Wärmebildkamera ausgegebenen Temperaturmessdaten, bevorzugt einem Wärmebild, sich warme und/oder kalte Oberflächen augenblicklich erkennen lassen. Advantageously, the method according to the invention enables a user of the thermal imaging camera to perform precise temperature measurements in measuring ranges of different sizes, which can be set in steps, preferably steplessly, by means of optics of the thermal imaging camera. In this way, a user of the thermal imager can, for example, determine temperatures in large measuring ranges within the scope of an overview measurement, or specifically investigate temperatures in a measuring range of reduced size, preferably at points, by setting a small measuring range. While, when using a small measuring range, an object has to be traversed in order to locate a heat source or heat sink, the measurement result obtained can advantageously be regarded as being particularly accurate and determined as being of a locally limited measuring range. On the other hand, the use of a large measuring range allows a rapid and intuitive determination of temperature profiles, in particular using a thermal image generated from the temperature measurement, so that in particular on the basis of a color coding issued on a display of the thermal imager temperature measurement data, preferably a thermal image, warm and / or cold surfaces instantly recognize.
Insbesondere kann ein Benutzer der Wärmebildkamera mittels der Optik der Wärmebildkamera einen Messbereich besonders klein einstellen, d.h. auf ein Detail des zu untersuchenden Gegenstands zoomen, um in einem möglichst genau und lokal sehr begrenzten Messbereich einen Temperaturmesswert zu bestimmen. Erfindungsgemäß erlaubt die mit abnehmender Intensität eingestrahlter Wärmestrahlung, insbesondere also auch mit abnehmender Größe des eingestellten Messbereichs, durchgeführte signaltechnische Zusammenfassung einer zunehmenden Anzahl von Pixeln der Detektorvorrichtung unter Verwendung einer Binning-Architektur der Detektorvorrichtung und/oder der Auswertevorrichtung einem Anstieg des Signal-Rauschverhältnis, der ebenfalls mit abnehmender Intensität eingestrahlter Wärmestrahlung erfolgt, entgegenzuwirken. In particular, a user of the thermal imaging camera can set a measuring range very small by means of the optics of the thermal imaging camera, i. Zoom to a detail of the object to be examined in order to determine a temperature reading in a very precise and locally very limited range. According to the invention allows the irradiated with decreasing intensity heat radiation, especially so with decreasing size of the set measuring range, carried out signal-technical summary of an increasing number of pixels of the detector device using a binning architecture of the detector device and / or the evaluation device an increase in the signal-to-noise ratio, the also with decreasing intensity radiated heat radiation takes place to counteract.
Zeichnungen drawings
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreicher Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche Elemente. The invention is explained in more detail in the following description with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations. Like reference numerals in the figures indicate like elements.
Es zeigen: Show it:
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments
Die Detektorvorrichtung
Die Detektorvorrichtung
Auf der einem Benutzer während der Benutzung der Wärmebildkamera
Auf der Unterseite der Wärmebildkamera
Auf einer Systemplatine
Ferner ist auf der Systemplatine
Ein durch einen Bediener der Wärmebildkamera
In der Darstellung in
Demgegenüber wird in
Zwischen den beiden gezeigten beispielhaften Strahlengängen
Erfindungsgemäß weist die Auswertevorrichtung
Die Detektionsfläche
Die signaltechnische Zusammenfassung erlaubt vorteilhaft eine Erhöhung der Wärmestrahlungsempfindlichkeit der Detektorvorrichtung
Besonders vorteilhaft lassen sich Pixel
Eine derartige signaltechnische Verschaltung ist aus Gründen der Übersicht nur für vier Pixel-Blöcke
Erfindungsgemäß kann mittels der variablen signaltechnischen Zusammenfassung von Pixeln
Ferner erlaubt die Detektorvorrichtung
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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