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Die Erfindung betrifft ein Messverfahren zur Bestimmung des Zeitverhaltens einer Kamera, insbesondere einer Infrarot-Kamera für den mittleren und langwelligen Spektralbereich im Infrarot. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode zum Ausführen des erfindungsgemäßen Messverfahrens. Schließlich betrifft die Erfindung eine Messanordnung zur Bestimmung des Zeitverhaltens einer Infrarot-Kamera, insbesondere für den mittleren und langwelligen Spektralbereich im Infrarot.
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Von den Herstellern von Infrarot-Kameras wird deren Zeitverhalten nicht spezifiziert. Dazu gehören eine etwaige Triggerverzögerung, ungleiche Belichtungszeitpunkte oder Belichtungszeiten für unterschiedliche Pixelregionen und Abklingkonstanten von Mikrobolometer-Detektoren.
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Aus dem Stand der Technik ist nicht bekannt, wie das Zeitverhalten von Kameras bzw. insbesondere von Infrarot-Kameras vermessen werden kann. Arbeiten, die Kameraaufnahmen interpretieren, machen implizit die Annahme, dass die Belichtung mit dem Trigger- bzw. Strobe-Signal instantan einsetzt und mit Ende der Belichtungszeit instantan endet.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, erstmalig ein Messverfahren zur Bestimmung des Zeitverhaltens von Infrarot-Kameras sowie eine dazugehörige Messanordnung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen. Die Erfindung soll es insbesondere erlauben, eine etwaige Triggerverzögerung, ungleiche Belichtungszeitpunkte oder Belichtungszeiten für unterschiedliche Pixelregionen und Abklingkonstanten von Mikrobolometer-Detektoren quantitativ zu untersuchen.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Computerprogramm gemäß Anspruch 8 und eine Messanordnung gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Messverfahren zur Bestimmung des Zeitverhaltens einer Infrarot-Kamera, insbesondere für den mittleren und langwelligen Spektralbereich im Infrarot, das die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
Bereitstellen einer Infrarot-Kamera; Bereitstellen einer Fläche mit von der Umgebung verschiedener Temperatur; Bereitstellen einer schaltbaren Abdeckvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die Fläche zeitweise zu verdecken oder freizugeben, um mit der Infrarot-Kamera ein Bild der freigegebenen Fläche aufzunehmen; Definieren eines Schaltverhaltens für die Abdeckvorrichtung und eines Belichtungsintervalls für die Infrarot-Kamera; Ansteuern der schaltbaren Abdeckvorrichtung und Tätigen einer Mehrzahl von Aufnahmen, wobei zwischen den Zeitpunkten der Kameraaufnahmen und den Zeitpunkten des Schaltens der Abdeckvorrichtung (Schaltsignal) unterschiedliche zeitliche Verzögerung zueinander entstehen; Bestimmen von Pixelwerten, die durch die Aufnahme mit der Infrarot-Kamera erhalten wurden; Bestimmen einer Abweichung zwischen den gemessenen Pixelwerten und Referenzpixelwerten und Bestimmen des Zeitverhaltens der Infrarot-Kamera basierend auf der Abweichung.
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Bei der mit dem erfindungsgemäßen Messverfahren zu vermessenden Infrarot-Kamera kann es sich um eine an sich bekannte elektronische Kamera handeln, d.h. die Kamera gibt ein das Bild repräsentierendes elektrisches Signal aus. Das Messverfahren ist dabei nicht auf die Verwendung mit Infrarot-Kameras beschränkt, auch Kameras für andere Spektralbereiche des elektromagnetischen Spektrums können vermessen werden. Allerdings löst die Erfindung erstmals das Problem, das Zeitverhalten von Kameras für den infraroten Spektralbereich zu vermessen.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird eine thermische Infrarot-Kamera vermessen, welche beispielsweise den Wellenlängenbereich oberhalb von etwa 5 µm abdeckt. Für den in der Infrarot-Kamera enthalten Bildsensor können unterschiedliche Wandler-Materialien zum Einsatz kommen. Diese können die Infrarotstrahlung basierend auf verschiedenen physikalischen Effekten nachweisen. Beispielhaft genannt seien der photoelektrische Effekt bei Halbleitersensoren, z.B. GaAs-Sensoren. Alternativ kann bei Mikrobolometern die Änderung des elektrischen Widerstandes aufgrund der im Bolometer absorbierten und dabei zu einer Temperaturänderung führenden Strahlung verwendet werden.
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Die bereitgestellte Fläche mit von der Umgebung verschiedener Temperatur stellt ein von der zu vermessenden Infrarot-Kamera zu erfassendes Ziel dar, welches Strahlung in einem Wellenlängenbereich emittiert, in welchem die zu vermessende Infrarot-Kamera empfindlich ist. Vorteilhaft ist eine gleichmäßig erwärmte Fläche, da dies die Genauigkeit des Messverfahrens verbessert. In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Fläche eben. In einigen Ausführungsformen zeigt die Flächennormale in Richtung der Infrarot-Kamera. Sofern die zu vermessende Kamera in einem anderen Spektralbereich empfindlich ist, kann statt der Fläche mit von der Umgebung verschiedener Temperatur ein anderes Ziel verwendet werden, welches entsprechende Wellenlängen aussendet. Im sichtbaren Spektralbereich kann beispielsweise eine homogen leuchtende Fläche verwendet werden oder eine Farbkarte.
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Bei der schaltbaren Abdeckvorrichtung kann es sich um eine präzise und hinreichend schnell schaltbare Abdeckvorrichtung handeln. Sie kann zum Beispiel elektrisch gesteuert werden und einen mechanischen Verschlussmechanismus, einen räumlichen Lichtmodulator, eine Kerr-Zelle, oder eine Pockels-Zelle aufweisen.
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In einigen Ausführungsformen kann die für das Öffnen der Abdeckvorrichtung benötigte Zeit zwischen etwa 1 ms und etwa 50 ms oder zwischen etwa 3 ms und etwa 15 ms oder zwischen etwa 5 ms und etwa 10 ms betragen. In einigen Ausführungsformen kann die für das Schließen der Abdeckvorrichtung benötigte Zeit zwischen etwa 1 ms und etwa 50 ms oder zwischen etwa 3 ms und etwa 15 ms oder zwischen etwa 5 ms und etwa 10 ms betragen. Die Abdeckvorrichtung kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung mit einem periodischen Triggersignal getriggert werden und damit periodisch schalten. Beispielsweise kann die Abdeckvorrichtung mit einer Wiederholrate bzw. einem zeitlichen Abstand zwischen etwa 500 ms und etwa 5 s oder zwischen etwa 800 ms und etwa 1,5 s geschaltet werden.
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Die Abdeckvorrichtung kann eine Öffnung aufweisen, deren Größe an das Belichtungsverfahren der zu vermessenden Infrarot-Kamera angepasst ist. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die von der Abdeckvorrichtung freigegebene Fläche so groß gewählt werden, dass alle Pixel des elektronischen Bildsensors der Infrarot-Kamera beleuchtet werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird nur eine Teilmenge der vorhandenen Pixel des elektronischen Bildsensors der Infrarot-Kamera beleuchtet, d.h. die Öffnung der Abdeckvorrichtung erscheint im Bild der Infrarot-Kamera kleiner. Beispielsweise kann im Bild ein umlaufender Rand sichtbar sein. Diese beiden Ausführungsformen können insbesondere sinnvoll sein, wenn die Infrarot-Kamera dazu eingerichtet ist, alle Pixel des Bildsensors gleichzeitig zu belichten. Sofern die Infrarot-Kamera dazu eingerichtet ist, einzelne Zeilen oder Spalten des elektronischen Bildsensors sequentiell zu belichten, kann eine kleinere Fläche gewählt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Öffnung der Abdeckvorrichtung in diesem Fall auf eine Teilfläche zwischen etwa 3 und etwa 30 Pixeln abgebildet werden. Aus dieser Beschreibung lässt sich erkennen, dass die Größe der Öffnung der Abdeckvorrichtung von der Größe des Bildsensors der zu vermessenden Infrarot-Kamera, der Größe der bereitgestellten Fläche, dem Betrachtungsabstand und der Brennweite des Objektivs abhängt.
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Die schaltbare Abdeckvorrichtung kann nach unterschiedlichen Verschlussprinzipien arbeiten. Es kommt beispielsweise ein Zentralverschluss oder ein Schlitzversschluss infrage. Aber auch andere Verschlusstechniken sind möglich. Je höher die Wiederholgenauigkeit bei der Öffnung und Schließung des Verschlusses ist, desto genauer sind die Messergebnisse.
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Erfindungsgemäß wird nun ein Zeitverhalten für die Abdeckvorrichtung und eine Belichtungszeit für die Infrarot-Kamera definiert. Das Zeitverhalten der Abdeckvorrichtung bezeichnet dabei die für das Öffnen und Schließen der Abdeckvorrichtung benötigte Zeit und die zwischen dem Öffnungs- und Schließvorgang liegende Zeit. Diese Zeitspanne und die Belichtungszeit werden in der Regel unterschiedlich lang sein. Entscheidend ist, dass das Zeitverhalten der Abdeckvorrichtung präzise festgelegt oder bestimmt werden kann. Es ist nicht unbedingt notwendig, dieses nach Wahl einstellen zu können. Entscheidend ist nur die genaue Kenntnis des Zeitverhaltens der Abdeckvorrichtung.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird eine Messung durchgeführt, indem die schaltbare Abdeckvorrichtung periodisch angesteuert wird und eine Mehrzahl von Aufnahmen periodisch getätigt wird. Die einzelnen Aufnahmen aus der Mehrzahl von Aufnahmen können in einigen Ausführungsformen mit einer Frequenz von etwa 5 Hz bis etwa 50 Hz oder von etwa 20 Hz bis etwa 30 Hz ausgeführt werden. Durch die unterschiedlichen Ansteuerfrequenzen der Abdeckvorrichtung und des Kameraverschlusses ergeben sich zwischen den Zeitpunkten der Kameraaufnahmen und den Zeitpunkten des Schaltens der Abdeckvorrichtung unterschiedliche zeitliche Verzögerung. Hierdurch ist die Abdeckvorrichtung auf einigen Bildern vollständig geschlossen, auf einigen Bildern vollständig geöffnet und auf einigen Bildern teilweise geöffnet, wobei der Grad der Öffnung variiert.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Signal zum Starten der Kameraaufnahme (Aufnahmesignal) und das Signal zum Schalten der Abdeckvorrichtung (Schaltsignal) von einer Triggereinrichtung erzeugt werden, so dass beide Signale eine definierte zeitliche Verzögerung zueinander aufweisen. Die Reihenfolge zwischen Aufnahmesignal und Schaltsignal ist dabei nicht fest vorgegeben. Es ist möglich, dass das Aufnahmesignal vor dem Schaltsignal oder dass umgekehrt das Schaltsignal vor dem Aufnahmesignal erfolgt. Natürlich ist es auch möglich, dass beide Signale zeitgleich erfolgen. Die definierte zeitliche Verzögerung kann also unterschiedliche Vorzeichen aufweisen. Auch hierdurch ist die Abdeckvorrichtung auf einigen Bildern vollständig geschlossen, auf einigen Bildern vollständig geöffnet und auf einigen Bildern teilweise geöffnet, wobei der Grad der Öffnung variiert
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Gemessen bzw. bestimmt werden nun Pixelwerte, die durch die Aufnahme mit der Infrarot-Kamera erhalten wurden. Je nachdem, zu welchem Teil und wie lange die bereitgestellte Fläche mit von der Umgebung verschiedener Temperatur für die Kamera sichtbar ist, ergeben sich andere Pixelwerte.
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Erfindungsgemäß erfolgt weiterhin das Bereitstellen von Referenzpixelwerten. Die Referenzpixelwerte beschreiben das Zeitverhalten der Abdeckvorrichtung und können durch Herstellerangabe oder durch Messung bestimmt werden.
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Erfindungsgemäß wird dann eine Abweichung zwischen den gemessenen Pixelwerten und den Referenzpixelwerten bestimmt. Das Zeitverhalten der Abdeckvorrichtung wird somit zweifach beschrieben, einmal durch die Referenzpixelwerte und einmal durch die Messwerte der zu prüfenden Infrarot-Kamera. Aus der Abweichung erfolgt dann das Bestimmen des Zeitverhaltens der Infrarot-Kamera.
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Die Erfindung lehrt somit die Verwendung einer mechanischen Abdeckvorrichtung als Messreferenz, von der jedoch nicht erwartet werden kann, dass sie im Vergleich zur Belichtungszeit eine kurze Öffnungszeit aufweist. Daher wird der Verlauf der Größe der aufgedeckten Öffnung beim Öffnen und/oder beim Schließen als Messgröße verwendet. Dieser zeitliche Verlauf wird in der vorliegenden Beschreibung als Zeitverhalten bezeichnet.
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Weist die zu vermessende Kamera eine Belichtungs- und/oder eine Integrationszeit auf, welche kurz gegen die Schaltzeit der Abdeckvorrichtung ist, kann das Ergebnis der Messung direkt mit den Referenzpixelwerten verglichen werden. Ist die Integrationszeit länger oder hat der in der zu vermessenden Kamera verwendete Detektor ein Abklingverhalten, können die Referenzpixelwerte mit einer Ansatzfunktion gefaltet werden, welche die Integrations- bzw. Abklingkurve der Infrarot-Kamera beschreibt. Wenn die Integrationszeit sehr lang im Vergleich zur Schaltzeit der Abdeckvorrichtung ist, kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung der innerhalb der Integrationszeit liegende Anteil der zwischen dem Öffnungs- und Schließvorgang liegenden Zeit zur Bestimmung des Zeitverhaltens ausgewertet werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung können die Referenzpixelwerte mit einer Referenzmessung erhalten werden. Die Referenzmessung kann mit einer von der zu vermessenden Infrarot-Kamera verschiedenen Referenzkamera durchgeführt werden. Die Referenzmessung beschreibt das Zeitverhalten der Abdeckvorrichtung. Die Referenzkamera kann in einem anderen Wellenlängenbereich arbeiten als die zu vermessende Infrarot-Kamera. Wesentlich ist, dass das Zeitverhalten der Referenzkamera, d.h. deren Auslöseverzögerung und Integrationszeit, bekannt ist. Mittels der Referenzmessung kann der zeitliche Verlauf des Öffnens und/oder Schließens der Abdeckvorrichtung vermessen werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann für die Referenzmessung eine Referenzkamera mit hoher Framerate und/oder kurzer Belichtungszeit verwendet werden. Das Ergebnis der Referenzmessung sind die Referenzpixelwerte.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können zur Bestimmung des Zeitverhaltens der Infrarot-Kamera die Referenzpixelwerte mit einer Ansatzfunktion gefaltet werden, welche die Integrations- bzw. Abklingkurve der Infrarot-Kamera beschreibt. Dabei ist der Begriff Faltung im mathematischen Sinne zu verstehen und bezeichnet ein Produkt aus zwei Funktionen. Eine ungleichmäßige Belichtung innerhalb des Belichtungsintervalls tritt zum Beispiel bei Mikrobolometern auf, die ein exponentielles Abklingverhalten zeigen. Dort erleichtert die Faltung der Messwerte bzw. der Messfunktion mit einer die Belichtungsempfindlichkeit beschreibenden Funktion die Ermittlung von Verzögerungswerten bzw. der Triggerverzögerung der Kamera.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die schaltbare Abdeckvorrichtung für verschiedene Aufnahmen an verschiedenen Positionen platziert werden, so dass das Bild der von der Abdeckvorrichtung freigegebenen Fläche an verschiedenen Positionen im Kamerabild aufgenommen wird. Infrarotkameras bzw. thermische Infrarotkameras besitzen meist ein schlechteres räumliches Auflösungsvermögen als Kameras im visuellen Spektralbereich. Insofern ist es bei dieser Ausführungsvariante sinnvoll, die Abdeckvorrichtung des Messaufbaus in großer Entfernung zu der Infrarot-Kamera zu platzieren, damit verschiedene Positionen im Kamerabild eingenommen werden können. Diese Ausführungsvariante ist besonders dann sinnvoll, wenn es sich bei der Infrarot-Kamera um eine Kamera handelt, bei der die Integration verschiedener Bildzeilen oder -spalten mit einem zeitlichen Versatz erfolgt (sogenanntes „rolling frame“ oder „rolling shutter“). Für verschiedene Bildregionen bzw. Bildzeilen kann dann eine individuelle zeitliche Verschiebung bestimmt werden. Dabei wird wiederum auf die bekannte Referenzmessung zurückgegriffen.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Referenzkamera eine Framerate zwischen etwa 5 kHz und etwa 20 kHz oder ewta 8 kHz und etwa 12 kHz aufweisen. Die Referenzkamera kann eine Belichtungszeit zwischen etwa 50 µs und etwa 150 µs aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die Referenzkamera einen optionalen Ringspeicher aufweisen, um Triggerverzögerungen zu minimieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird das Zeitverhalten eines Mikrobolometers bestimmt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode zum Ausführen von zumindest einigen Schritten des Messverfahrens wie oben in den verschiedenen Ausführungsvarianten beschrieben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf eine Messanordnung zur Bestimmung des Zeitverhaltens einer Infrarot-Kamera, insbesondere für den mittleren und langwelligen Spektralbereich im Infrarot, mithilfe des oben beschriebenen Messverfahrens in einer seiner Ausführungsvarianten, wobei die Messanordnung folgendes aufweist:
eine Infrarot-Kamera bzw. eine Haltevorrichtung für eine zu vermessende Infrarot-Kamera; eine Fläche, welche auf eine von der Umgebung verschiedene Temperatur bringbar ist; eine schaltbare Abdeckvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die Fläche zeitweise zu verdecken oder freizugeben, so dass mit der Infrarot-Kamera ein Bild der freigegebenen Fläche aufnehmbar ist; und einen Triggergenerator, der dazu eingerichtet ist, um die schaltbare Abdeckvorrichtung und die Infrarot-Kamera zwecks Aufnahme derart anzusteuern, dass das Signal zum Starten der Kameraaufnahme (Aufnahmesignal) und das Signal zum Schalten der Abdeckvorrichtung (Schaltsignal) eine definierte zeitliche Verzögerung zueinander aufweisen.
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Hinsichtlich der begrifflichen Definition von Merkmalen der Messanordnung wird explizit auf die Aussagen verwiesen, die hinsichtlich des erfindungsgemäßen Messverfahrens getroffen worden sind.
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Bei der schaltbaren Abdeckvorrichtung handelt es sich bevorzugt um einen Verschlussmechanismus (sog. „Shutter“), der elektronisch geöffnet und geschlossen werden kann. Bei dem Triggergenerator kann es sich um einen in die Kamera integrierten Triggergenerator oder aber um einen externen Triggergenerator handeln. Viele Kameras verfügen bereits über einen Strobe-Ausgang, der auch für Triggerzwecke der Abdeckvorrichtung verwendet werden kann. Alternativ ist es möglich, die Kamera über einen Trigger-Eingang von außen anzusteuern. Ein externes Trigger-Signal kann dann auch zur Steuerung der schaltbaren Abdeckvorrichtung verwendet werden.
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Die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, sofern sich dadurch keinerlei Widersprüchlichkeiten ergeben. Die Erfindung ist nicht auf explizit beschriebene Merkmalskombinationen beschränkt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
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1 eine erfindungsgemäße Messanordnung für die Ausführung des erfindungsgemäßen Messverfahrens.
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2 zeigt eine graphische Darstellung von Messung und Referenzmessung.
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In den Figuren werden folgende Bezugszeichen verwendet:
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Infrarot-Kamera
- 2
- Fläche mit von der Umgebung verschiedener Temperatur
- 3
- Schaltbare Abdeckvorrichtung
- 4
- Shutter-Controller
- 5
- Triggergenerator.
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1 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Messanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Messverfahrens. Bestimmt werden soll das Zeitverhalten der Infrarot-Kamera 1. Dabei kann es sich zu Beispiel um eine thermische Infrarot-Kamera mit einem Halbleitersensor oder um ein Mikrobolometer handeln. Die Infrarot-Kamera 1 verfügt über eine Möglichkeit, einen nominellen Aufnahmezeitpunkt für ein Bild festzulegen oder zu bestimmen. Sie kann zum Beispiel über einen Trigger-Eingang oder über einen Strobe-Ausgang verfügen. Im gezeigten Beispiel verfügt sie über einen Trigger-Eingang. Dieser wird über einen Triggergenerator 5 angesteuert.
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Als Infrarot-Quelle bzw. abzubildendes Target dient eine Fläche 2 mit von der Umgebung verschiedener Temperatur. Im gezeigten Beispiel handelt es sich um eine gleichmäßig erwärmte und ebene Fläche 2, deren Flächennormale in Achsrichtung der gesamten Versuchsanordnung bzw. der Kameraachse ausgerichtet ist. Vor der Fläche befindet sich eine schaltbare Abdeckvorrichtung 3 in Form eines Shutters mit Zentralverschluss. Dieser kann beispielsweise federnde kurvenförmige Lamellen aufweisen, die sich radial öffnen und schließen. Gesteuert wird die mechanische Abdeckvorrichtung über eine Shutter-Steuereinheit 4. Die Abdeckvorrichtung 3 selbst arbeitet also durch mechanische Abdeckung, wird aber elektrisch angesteuert.
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Das Signal zum Öffnen bzw. Schließen der Abdeckvorrichtung 3 erhält der Shutter-Controller 4 wiederum über den Triggergenerator 5. Es ist also mit dieser Messanordnung möglich, die schaltbare Abdeckvorrichtung 3 gezielt anzusteuern und eine Infrarotaufnahme zu tätigen, wobei das Signal zum Starten der Kameraaufnahme (Aufnahmesignal) und das Signal zum Schalten der Abdeckvorrichtung (Schaltsignal) eine definierten zeitliche Verzögerung zueinander aufweisen. Diese definierte zeitliche Verzögerung wird über den Triggergenerator 5 eingestellt.
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Durch ein Aufzeichnen von Kameradaten mit verschiedener Verzögerung zwischen Aufnahmesignal und Schaltsignal wird der Verlauf des Öffnens und Schließens des Shutters 3 aus der Sicht der Kamera 1 ermittelt. Dazu werden zweckmäßigerweise die Pixel der Shutteröffnung und möglichst wenige unveränderte Pixel aufsummiert.
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Zur Auswertung der Messergebnisse wird dann eine Referenzmessung herangezogen. Beispielhaft wird dies in 2 illustriert.
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2 zeigt den Schließvorgang der Abdeckvorrichtung gegen die Zeit. Hierzu ist die Öffnung des Shutters auf der Ordinate aufgetragen und die Zeit auf der Abszisse. In der Graphik erfolgte eine Normierung auf 1 für den vollständig geöffneten Shutter 3.
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Dargestellt sind eine Messung mittels einer Infrarot-Kamera, eine Referenzmessung, eine gefaltete Referenzmessung und eine zeitlich verschobene Messung.
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Die Referenzmessung kann beispielsweise mit einer Hochgeschwindigkeitskamera durchgeführt worden sein. Eine solche Kamera hat ein sehr gut bekanntes Zeitverhalten. Aus dem Vergleich beider Ergebnisse wird das Zeitverhalten der zu untersuchenden Kamera bestimmt. Eine Triggerverzögerung der aktuell untersuchten Infrarot-Kamera äußert sich in einer Verschiebung der Daten zu anderen Verzögerungswerten. Bei ungleichmäßiger Belichtung innerhalb des Belichtungsintervalles wird das Öffnen und Schließen der Abdeckvorrichtung 3 mit einer die Belichtungsempfindlichkeit beschreibenden Funktion gefaltet. Dies ist zum Beispiel bei Mikrobolometer-Kameras der Fall, die ein exponentielles Abklingverhalten zeigen. Im Ergebnis liegt dann die verschobene Messreihe auf der gefalteten Referenzreihe.
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Bei der in 2 vermessenen Kamera handelt es sich um ein Mikrobolometer mit 4 ms Abklingkonstante.
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Um die Abklingkonstante des Mikrobolometers zu berücksichtigen und die Messdaten der Referenzkamera mit den Messdaten der Infrarot-Kamera vergleichbar zu machen, wurden die Referenzdaten vor dem Vergleich mit einer Ansatzfunktion gefaltet, welche die Eigenschaften des Mikrobolometers beschreibt. Im vorliegenden Fall wurden die Referenzdaten mit einer Exponentialfunktion gefaltet.
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Sofern die Abklingkonstante und die Triggerverzögerung unbekannt sind, können beide Parameter gleichzeitig in einer Ausgleichsrechnung bestimmt werden.
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Sofern statt des Mikrobolometers eine andere Infrarot-Kamera vermessen wird, kann deren Verhalten durch entsprechend angepasste Ansatzfunktion verwendet werden. Beispielsweise können die Referenzdaten mit einer Rechteckkurve entsprechender Breite gefaltet werden, wenn die Infrarot-Kamera ein Integrationsintervall von 25 ms aufweist. Wenn die Infrarot-Kamera ein Integrationsintervall von 250 µs aufweist, ergibt sich für praktische Zwecke eine punktförmige Abtastung der Öffnungs- bzw. Schließkurve der Abtastvorrichtung und die Faltung mit einer Ansatzfunktion kann entfallen.
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Für die Auswertung werden die Pixel eines Rechtecks, welches die Shutteröffnung ganz enthält, aufsummiert. Dies kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung das das gesamte Bild sein. Die Pixelsummen der Frames mit teilweise geöffnetem Shutter werden mit Hilfe der benachbarten Frames (in denen er ganz geöffnet bzw. geschlossen ist) normiert, so dass das Resultat stets im Intervall [0, 1] liegt. Dies bedeutet, dass aus jeder Aufnahme ein Öffnungsgrad des Shutters bestimmt wird, welche in Abhängigkeit der Verzögerung zwischen 0% und 100% liegt. Dieser Öffnungsgrad ist unabhängig von der genauen Temperatur der Hintergrundfläche und den Eigenschaften des Shutters. Weiterhin kann der Öffnungsgrad unabhängig vom Pixel-Wertebereich und der Pixel-Bitbreite der Kamera bestimmt werden. Dieser normierte Wert enthält nur noch die Information, wie weit der Shutter geöffnet ist, im Verhältnis zur maximalen Öffnung. Daher eignet er sich dazu, Messungen mit verschiedenen Kameras und damit auch mit der Referenzmessung zu vergleichen.
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Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der dazugehörigen Messanordnung ist es erstmals möglich geworden, die Messung des Zeitverhaltens von Infrarot-Kameras präzise durchzuführen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist überall anwendbar und nützlich, wo zeitkritische Vorgänge aufgrund von Infrarot-Kameradaten gesteuert oder geregelt werden. Eine Triggerverzögerung bzw. das explizite Zeitverhalten muss dort einkalkuliert werden, und eine ungleichmäßige Belichtung kann bei der Verarbeitung der Daten ebenfalls berücksichtigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist neben radiometrischer und geometrischer Kalibrierung ein weiterer Aspekt der Bestimmung des Verhaltens von Infrarot-Kameras. Insofern hat das erfindungsgemäße Verfahren seine Anwendung bei der Beurteilung von allen Systemen, die Infrarot-Kameras enthalten.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Merkmale aus unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung können jederzeit kombiniert werden, um so weitere Ausführungsformen der Erfindung zu erhalten.
