DE102016218291A1

DE102016218291A1 - Method for non-contact determination of a two-dimensional temperature information and infrared measurement system

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Publication number: DE102016218291A1
Application number: DE102016218291.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Frank; Daniel Marquardt; Axel Rumberg; Mike Uhlig; Patrick Meyer; Tatiana Babkina
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-03-29
Also published as: WO2018054671A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur kontaktfreien Ermittlung einer zweidimensionalen Temperaturinformation (12) einer Szenerie (14) mittels eines Infrarot-Messsystems (10) vorgeschlagen, das zumindest folgende Verfahrensschritte aufweist: • Messen von Infrarotstrahlung aus einem Raumwinkelbereich Φ (30) mittels eines Infrarot-Detektorarrays (54) des Infrarot-Messsystems (10), das aus einer Vielzahl von für Infrarotstrahlung empfindlichen Pixeln (62) besteht, • Ermitteln einer zweidimensionalen Temperaturinformation (12) aus gemessener Infrarotstrahlung, • Ermitteln einer Entfernungsinformation (36) zwischen dem Infrarot-Messsystem (10) und der Szenerie (14) mittels einer Entfernungsbestimmungsvorrichtung (34) des Infrarot-Messsystems (10), • Korrigieren der zweidimensionalen Temperaturinformation (12) um einen entfernungsabhängigen Messfehler. Erfindungsgemäß wird die Entfernungsinformation (36) als eine zweidimensionale Entfernungsinformation (36), insbesondere eine Entfernungskarte (36a), zumindest teilweise in dem Raumwinkelbereich Φ (30) bestimmt, aus dem Infrarotstrahlung gemessen wird, wobei die zweidimensionale Temperaturinformation (12) um einen entfernungsabhängigen Messfehler raumwinkelaufgelöst korrigiert wird. Ferner wird ein entsprechendes Infrarot-Messsystems (10) vorgeschlagen.The invention relates to a method for the non-contact determination of two-dimensional temperature information (12) of a scene (14) by means of an infrared measuring system (10) comprising at least the following method steps: measuring infrared radiation from a solid angle range Φ (30) by means of an infrared detector array (54) the infrared measuring system (10), which consists of a plurality of infrared radiation sensitive pixels (62), • determining a two-dimensional temperature information (12) from measured infrared radiation, • determining a distance information (36) between the infrared measuring system ( 10) and the scene (14) by means of a distance determining device (34) of the infrared measuring system (10), • Correcting the two-dimensional temperature information (12) by a distance-dependent measuring error. According to the invention, the distance information (36) is determined as a two-dimensional distance information (36), in particular a distance map (36a), at least partially in the solid angle range Φ (30) from which infrared radiation is measured, the two-dimensional temperature information (12) being a distance-dependent measurement error Corrected with angular resolution. Furthermore, a corresponding infrared measuring system (10) is proposed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontaktfreien Ermittlung einer zweidimensionalen Temperaturinformation einer Szenerie, insbesondere zur kontaktfreien Ermittlung eines Wärmebilds einer Szenerie, sowie ein entsprechendes Infrarot-Messsystem.The invention relates to a method for non-contact determination of a two-dimensional temperature information of a scene, in particular for non-contact determination of a thermal image of a scene, as well as a corresponding infrared measurement system.

Stand der TechnikState of the art

Vorrichtungen und Verfahren zur kontaktfreien Ermittlung einer zweidimensionalen Temperaturinformation einer Szenerie sind aus dem 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.Devices and methods for the non-contact determination of a two-dimensional temperature information of a scene are known from the prior 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.

Infrarot-Messsysteme wie Infrarotthermometer weisen gegenüber konventionellen Temperaturmessgeräten den Vorteil des kontaktfreien und schnellen Messens auf und lassen sich insbesondere dann einsetzen, 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 in einem Wellenlängenbereich insbesondere zwischen 3 µm und 50 µm, die von jedem Gegenstand abhängig von seiner Temperatur, insbesondere seiner Oberflächentemperatur, mit unterschiedlicher Intensität emittiert wird. Aus einer berührungslos gemessenen Intensität der emittierten Wärmestrahlung kann eine Oberflächentemperatur des emittierenden Körpers bzw. einer emittierenden Szenerie bestimmt werden.Infrared measuring systems such as infrared thermometers have the advantage of non-contact and rapid measurement compared to conventional temperature measuring devices and can be used in particular when areas to be measured are difficult or impossible to reach. The temperature measurement by means of an infrared-sensitive thermometer is based on the detection of thermal radiation, i. Infrared radiation in a wavelength range in particular between 3 .mu.m and 50 .mu.m, which is emitted by each object depending on its temperature, in particular its surface temperature, with different intensity. From a non-contact measured intensity of the emitted heat radiation, a surface temperature of the emitting body or of an emitting scene can be determined.

Infrarot-Messsysteme zur kontaktfreien Ermittlung einer zweidimensionalen Temperaturinformation einer Szenerie weisen typischerweise einen infrarotsensitiven Bildsensor, ein Linsensystem sowie einen Bildschirm auf und erlauben, ähnlich einer im visuellen Spektralbereich arbeitenden Kamera, einen Gegenstand im infraroten Bereich des Strahlungsspektrums zu untersuchen und auf dem Bildschirm als zweidimensionales, oftmals farbkodiertes Abbild des Gegenstands auszugeben. DE 10 2014 226 342 A1 beschreibt ein solches Infrarot-Messsystem.Infrared measuring systems for contact-free determination of a two-dimensional temperature information of a scene typically have an infrared-sensitive image sensor, a lens system and a screen and allow, similar to a working in the visual spectral range camera, to investigate an object in the infrared region of the radiation spectrum and on the screen as a two-dimensional, often output color-coded image of the object. DE 10 2014 226 342 A1 describes such an infrared measuring system.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Infrarot-Messsysteme werden bei der berührungslosen oder kontaktfreien Ermittlung von Temperaturinformationen von Objekten oder Szenerien in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen eingesetzt. Während bei Messungen beispielsweise im Elektrohandwerk die Distanz zwischen dem Infrarot-Messsystem und der zu untersuchenden Szenerie (diese kann prinzipiell auch durch ein oder mehrere Objekt realisiert sein) typischerweise verhältnismäßig klein sind – beispielsweise wenige Meter, führen Gutachter oftmals auch Messungen durch, bei denen verhältnismäßig große Distanzen zwischen dem Infrarot-Messsystem und der Szenerie vorliegen – beispielsweise deutlich mehr als 10 Meter. Um bei Messungen über unterschiedliche Distanzspielräume eine gleichbleibend hohe Messgenauigkeit zu gewährleisten, müssen im Wesentlichen zwei Effekte berücksichtigt, bevorzugt geeignet kompensiert, werden:
Ein erster Effekt betrifft die geometrischen Abbildungseigenschaften des Infrarot-Messsystems, in dessen Folge ein Messergebnis, d.h. insbesondere eine zweidimensionale Temperaturinformation, beispielsweise von einer entfernungsabhängigen Abbildungsqualität der Linsen oder dergleichen des Infrarot-Messsystems beeinflusst sein kann. Infrared measuring systems are used for non-contact or non-contact determination of temperature information of objects or sceneries in a wide variety of applications. While in measurements, for example, in the electrical trade, the distance between the infrared measurement system and the scene to be examined (this can in principle be realized by one or more object) are typically relatively small - for example, a few meters, reviewers often perform measurements in which relatively large distances between the infrared measuring system and the scenery are present - for example, much more than 10 meters. In order to ensure a consistently high measurement accuracy in measurements over different distance margins, essentially two effects must be taken into account, preferably suitably compensated:
A first effect relates to the geometric imaging properties of the infrared measuring system, as a result of which a measurement result, ie in particular a two-dimensional temperature information, for example, can be influenced by a distance-dependent imaging quality of the lenses or the like of the infrared measuring system.

Ein zweiter Effekt betrifft den Einfluss einer „atmosphärischen Dämpfung“ durch die atmosphärische Umgebung des Infrarot-Messsystems, insbesondere durch die das Infrarot-Messsystem umgebende Luft, auf die Messergebnisse. Durch den Effekt der atmosphärischen Dämpfung von Infrarotstrahlung ist eine gemessene Temperatur ebenfalls entfernungsabhängig – denn je länger die Distanz, die die Infrarotstrahlung durch das absorbierende Medium Luft zurücklegt, desto mehr Strahlungsleistung wird von der Luft gedämpft, insbesondere absorbiert und/oder gestreut. Moderne Infrarot-Messsysteme aus dem Stand der Technik verwenden üblicherweise Bandpassfilter, um das bei der Temperaturmessung untersuchte Spektrum an Infrarotstrahlung auf einen Wellenlängenbereich zwischen 8 μm und 14 μm einzuschränken. Auf diese Weise kann ein Großteil der entfernungsabhängigen Wasserdampfabsorption und Kohlenstoffdioxidabsorption vermieden werden – da die wesentlichen Absorptionsbanden von Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid außerhalb dieses Wellenlängenbereichs liegen. Dennoch bleibt eine Beeinflussung durch atmosphärische Dämpfung ein nicht unerheblicher Störfaktor bei der Bestimmung von zweidimensionalen Temperaturinformationen mittels Infrarotstrahlung.A second effect relates to the influence of "atmospheric attenuation" on the atmospheric environment of the infrared measuring system, in particular by the air surrounding the infrared measuring system, on the measurement results. Due to the effect of the atmospheric attenuation of infrared radiation, a measured temperature is also distance-dependent - because the longer the distance traveled by the infrared radiation through the absorbing medium air, the more radiant power is attenuated by the air, in particular absorbed and / or scattered. Conventional prior art infrared measurement systems typically employ bandpass filters to limit the spectrum of infrared radiation examined in the temperature measurement to a wavelength range between 8 μm and 14 μm. In this way, much of the distance-dependent water vapor absorption and carbon dioxide absorption can be avoided - since the substantial absorption bands of water vapor and carbon dioxide are outside this wavelength range. Nevertheless, influencing by atmospheric damping remains a considerable disturbing factor in the determination of two-dimensional temperature information by means of infrared radiation.

Der zweite Effekt der atmosphärischen Dämpfung bzw. der atmosphärischen Absorption von Infrarotstrahlung hängt, bei genauerer Betrachtung, ferner von den Eigenschaften des Mediums ab, durch die die Infrarotstrahlung propagiert, bevor sie von dem messenden Infrarot-Messsystem detektiert wird. Insbesondere bei atmosphärischer Luft hängt der Grad der atmosphärischen Dämpfung im Besonderen von einer Temperatur der Luft, von einer Feuchte der Luft sowie von einem Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft ab.The second effect of atmospheric damping or absorption of infrared radiation also depends, upon closer inspection, on the properties of the medium through which the infrared radiation propagates before being detected by the measuring infrared measuring system. In particular, in the case of atmospheric air, the degree of atmospheric damping depends in particular on a temperature of the air, a humidity of the air and a carbon dioxide content of the air.

Die Erfindung geht aus von einem Infrarot-Messsystem, insbesondere einer handgehaltenen Wärmebildkamera, zur kontaktfreien Ermittlung einer zweidimensionalen Temperaturinformation einer Szenerie, insbesondere zur kontaktfreien Ermittlung eines Wärmebildes einer Szenerie, wie es im Folgenden beschrieben wird. The invention is based on an infrared measuring system, in particular a hand-held thermal imaging camera, for non-contact determination of a two-dimensional temperature information of a scene, in particular for non-contact determination of a thermal image of a scene, as will be described below.

Das Infrarot-Messsystem, insbesondere die handgehaltene Wärmebildkamera, weist zumindest ein Infrarot-Detektorarray auf, das aus einer Vielzahl von für Infrarotstrahlung empfindlichen Pixeln besteht. Erfindungsgemäß weist das Infrarot-Messsystem eine Entfernungsbestimmungsvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine zweidimensionale Entfernungsinformation, insbesondere eine Entfernungskarte, zwischen dem Infrarot-Messsystem und der Szenerie zu ermitteln.The infrared measuring system, in particular the hand-held thermal imaging camera, has at least one infrared detector array consisting of a plurality of pixels sensitive to infrared radiation. According to the invention, the infrared measuring system has a distance-determining device which is set up to determine a two-dimensional distance information, in particular a distance map, between the infrared measuring system and the scene.

Das „Infrarot-Messsystem“ bezeichnet eine Vorrichtung zum kontaktfreien Vermessen einer zweidimensionalen Temperaturinformation einer Szenerie unter Ausgabe zumindest einer die zweidimensionale Temperaturinformation betreffenden Information, beispielsweise unter Ausgabe einer oder mehrerer Temperaturangaben, vorteilhaft zweier oder mehrerer Temperaturmesswerte, einer Temperaturverteilung oder dergleichen. In einer Ausführungsform des Infrarot-Messsystems als eine „Wärmebildkamera“ kann diese zweidimensionale Temperaturinformation in Form eines aus einer Vielzahl von ortsaufgelösten und/oder raumwinkelaufgelösten Temperaturmesswerten zusammengesetzten Wärmebilds bestehen.The "infrared measuring system" refers to a device for non-contact measurement of a two-dimensional temperature information of a scene with outputting at least one information relating to the two-dimensional temperature information, for example by outputting one or more temperature indications, advantageously two or more temperature measurement values, a temperature distribution or the like. In one embodiment of the infrared measurement system as a "thermal imaging camera", this two-dimensional temperature information can be in the form of a thermal image composed of a multiplicity of spatially resolved and / or spatially-resolved temperature measurement values.

Das Infrarot-Messsystem ist dazu eingerichtet, zur kontaktfreien Ermittlung einer zweidimensionalen Temperaturinformation einer Szenerie, insbesondere zur kontaktfreien Ermittlung eines Wärmebildes einer Szenerie, in einem Raumwinkelbereich Φ von der Szenerie abgestrahlte Infrarotstrahlung zu detektieren. Es sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen dieser Schrift der Begriff „Infrarotstrahlung“ synonym zu verstehen ist zu Wärmestrahlung. Unter dem „Raumwinkelbereich Φ“ – auch als „Messbereich“ bezeichenbar – wird ein geometrischer, lokal begrenzter Bereich verstanden, der zumindest einen Ausschnitt der zu untersuchenden Szenerie umfasst, deren Infrarotstrahlung den Gegenstand oder die Gegenstände der Szenerie in Richtung des Infrarot-Messsystems verlässt und von dem Infrarot-Messsystem zumindest teilweise erfasst wird. Typsicherweise wird der Raumwinkelbereich Φ durch die Eintrittsöffnung des Infrarot-Messsystems bzw. durch die optischen Eigenschaften des Infrarot-Messsystems definiert (Zoom, Winkelabdeckung, Öffnungswinkel, etc.). Insbesondere sei darauf hingewiesen, dass der Raumwinkelbereich (oder im Folgenden auch der Raumwinkelteilbereich) in dieser Schrift nicht nur ein integrales Maß (Winkel) darstellen soll, sondern auch eine Richtung definiert (diejenige Richtung, in die der Öffnungswinkel gerichtet ist), in die sich der Raumwinkelbereich erstreckt. In diesem Sinne bezeichnet der Raumwinkelbereich ein Volumen und insbesondere weisen zwei gleiche Raumwinkelbereiche dasselbe Volumen auf. The infrared measuring system is set up to detect non-contact determination of two-dimensional temperature information of a scene, in particular for non-contact determination of a thermal image of a scene, in a solid angle range Φ emitted by the scene infrared radiation. It should be noted that in the context of this document, the term "infrared radiation" is synonymous with heat radiation. The "solid angle range Φ" - also referred to as "measuring range" - is understood to mean a geometrically, locally limited area which comprises at least a section of the scene to be examined whose infrared radiation leaves the object or objects of the scene in the direction of the infrared measuring system and is at least partially detected by the infrared measuring system. Typically, the solid angle range Φ is defined by the inlet opening of the infrared measuring system or by the optical properties of the infrared measuring system (zoom, angle coverage, opening angle, etc.). In particular, it should be noted that the solid angle range (or hereinafter also the solid angle portion) in this document not only an integral measure (angle) to represent, but also defines a direction (that direction in which the opening angle is directed), in which the solid angle range extends. In this sense, the solid angle region denotes a volume, and in particular, two equal solid angle regions have the same volume.

Zum Messen von Infrarotstrahlung weist das Infrarot-Messsystem zumindest eine Detektorvorrichtung mit einem Infrarot-Detektorarray sowie eine Auswertevorrichtung auf. Das Infrarot-Detektorarray weist eine Vielzahl von für Infrarotstrahlung empfindlichen Pixeln auf. Das Infrarot-Detektorarray erfasst in dem Raumwinkelbereich Φ abgestrahlte und auf dessen Oberfläche projizierte Infrarotstrahlung und erzeugt basierend auf der detektierten Intensität einfallender Infrarotstrahlung ein Detektionssignal. Das Infrarot-Detektorarray weist an einer der Szenerie zugewandten Oberfläche eine zweidimensionale Detektionsfläche auf, auf der die Vielzahl für Infrarotstrahlung empfindlicher Pixel angeordnet ist. Jedes der Pixel des Infrarot-Detektorarrays kann dabei – Beleuchtung mittels Infrarotstrahlung vorausgesetzt – eine Bildinformation, insbesondere eine aus einem Teilbereich φ des Raumwinkelbereichs Φ emittierte Infrarotstrahlung, vorzugsweise eine auf das entsprechende Pixel eingestrahlte Intensität der aus dem Teilbereich φ des Raumwinkelbereichs Φ emittierten Infrarotstrahlung, ermitteln und daraus ein separates Detektionssignal erzeugen. Das von jedem Pixel bereitgestellte Detektionssignal kann anschließend zur Bestimmung einer Temperatur herangezogen werden. Insbesondere kann das Detektionssignal eines jeden Pixels an die Auswertevorrichtung des Infrarot-Messsystems weitergeleitet werden. Von der Auswertevorrichtung kann das Detektionssignal einzeln und/oder in Kombination mit Detektionssignalen anderer Pixel ausgewertet werden.For measuring infrared radiation, the infrared measuring system has at least one detector device with an infrared detector array and an evaluation device. The infrared detector array has a plurality of infrared radiation sensitive pixels. The infrared detector array detects infrared radiation emitted in the solid angle range Φ and projected on its surface and generates a detection signal based on the detected intensity of incident infrared radiation. The infrared detector array has a two-dimensional detection surface on a surface facing the scene, on which the plurality of infrared radiation-sensitive pixels is arranged. Each of the pixels of the infrared detector array can - provided by infrared radiation - image information, in particular an infrared radiation emitted from a portion φ of the solid angle range Φ infrared radiation, preferably an irradiated to the corresponding pixel intensity of the infrared radiation emitted from the portion φ of the solid angle Φ infrared radiation determine and generate a separate detection signal therefrom. The detection signal provided by each pixel can then be used to determine a temperature. In particular, the detection signal of each pixel can be forwarded to the evaluation device of the infrared measurement system. From the evaluation device, the detection signal can be evaluated individually and / or in combination with detection signals of other pixels.

Jedes Pixel des Infrarot-Detektorarrays stellt ein Infrarotstrahlungs-empfindliches Element dar und ist dazu vorgesehen, Strahlung aus dem Infrarotbereich, insbesondere aus dem mittleren Infrarotbereich im Wellenlängenbereich zwischen 3 µm und 50 µm, zu erfassen und in ein Detektionssignal, insbesondere ein elektrisches Detektionssignal, umzuwandeln. Typischerweise sind die von derartigen strahlungsempfindlichen Elementen erzeugten Detektionssignale abhängig von einer auf dem Element auftreffenden Infrarotstrahlungsintensität. Beispiele für Infrarotstrahlungs-empfindliche Elemente sind unter anderem Fotodioden, Bolometer, pyroelektrische Sensoren, P/N-Dioden, 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 Infrarotstrahlungs-empfindliche Elemente verstanden werden. Each pixel of the infrared detector array is an infrared radiation-sensitive element and is intended to detect radiation from the infrared range, in particular from the mid-infrared range in the wavelength range between 3 .mu.m and 50 .mu.m, and to convert it into a detection signal, in particular an electrical detection signal , Typically, the detection signals generated by such radiation-sensitive elements are dependent on an infrared radiation intensity incident on the element. Examples of infrared radiation-sensitive elements include photodiodes, bolometers, pyroelectric sensors, P / N diodes, PIN diodes, avalanche photo diodes (APD), (modulated) CCD chips and CMOS pixels, but others, such as silicon sensors, 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 radiation sensitive elements are understood.

In einer Ausführungsform des Infrarot-Messsystems ist die Vielzahl von Pixeln Matrix-artig an der der Szenerie zugewandten Oberfläche des Infrarot-Detektorarrays angeordnet. Die Anzahl Pixel beträgt beispielsweise 80×80 Pixel, bevorzugt 360×240 Pixel, besonders bevorzugt 640×480 Pixel. Die Anzahl Pixel definiert die Auflösung des Infrarot-Messsystems, d.h. insbesondere die Auflösung einer mittels des Infrarot-Messsystems in dem Raumwinkelbereich Φ gemessenen zweidimensionalen Temperaturinformation. Auf diese Weise kann eine besonders homogene und insbesondere lückenlose Erfassung von Infrarotstrahlung aus dem Raumwinkelbereich Φ erfolgen, da das Infrarot-Detektorarray homogen und insbesondere lückenlos mit Pixeln versehen ist.In one embodiment of the infrared measurement system, the plurality of pixels are arrayed on the scene-facing surface of the infrared detector array. The number of pixels is, for example, 80 × 80 pixels, preferably 360 × 240 pixels, particularly preferably 640 × 480 pixels. The number of pixels defines the resolution of the infrared measurement system, i. in particular the resolution of a two-dimensional temperature information measured by means of the infrared measuring system in the solid angle range Φ. In this way, a particularly homogeneous and in particular complete detection of infrared radiation from the solid angle range Φ can be carried out, since the infrared detector array is provided homogeneously and in particular without gaps with pixels.

Jedes der Pixel des Infrarot-Detektorarrays ist 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 Auswertevorrichtung weitergeleitetet und von dieser ausgewertet werden können.Each of the pixels of the infrared detector array 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 „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. 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.

Ferner kann das Infrarot-Messsystem in einer Ausführungsform auch eine Optik, insbesondere eine abbildende Optik zur Abbildung von Infrarotstrahlung aus dem Raumwinkelbereich Φ auf das Infrarot-Detektorarray, aufweisen. Eine derartige Optik ist dazu vorgesehen, in dem Raumwinkelbereich Φ emittierte Infrarotstrahlung auf die Oberfläche des aus Sicht der Szenerie hinter der Optik angeordneten Infrarot-Detektorarrays zu projizieren oder zu fokussieren. Die Optik kann insbesondere Infrarotstrahlung lenkende, leitende, bündelnde und/oder anderweitig in der räumlichen Ausbreitung beeinflussende optische Komponenten aufweisen, beispielsweise Linsen, Spiegel oder dergleichen. Ferner kann in einer Ausführungsform eine Optik dazu vorgesehen sein, eine Größe des Raumwinkelbereichs Φ, d.h. eine Größe des Messbereichs des Infrarot-Messsystems, unter Verwendung der Optik veränderbar einzustellen, insbesondere stufenlos „zoombar“ einzustellen.Furthermore, in one embodiment, the infrared measuring system can also have an optical system, in particular an imaging optical system for imaging infrared radiation from the solid angle range Φ onto the infrared detector array. Such an optical system is intended to project or focus infrared radiation emitted in the solid angle range Φ onto the surface of the infrared detector array arranged behind the optics from the perspective of the scene. The optics may in particular have infrared components which guide, conduct, bundle and / or otherwise influence the spatial propagation of optical components, for example lenses, mirrors or the like. Further, in one embodiment, optics may be provided to adjust a magnitude of the solid angle range Φ, i. To set a size of the measuring range of the infrared measuring system, changeable using the optics, in particular infinitely adjustable "zoomable".

Unter der Auswertevorrichtung des Infrarot-Messsystems 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 Auswertevorrichtung 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 oder Leiterplatte angeordnet sein, bevorzugt auf einer gemeinsamen Platine mit einer Steuervorrichtung des Infrarot-Messsystems zur Steuerung des Infrarot-Messsystems. Des Weiteren können die Steuervorrichtung und die Auswertevorrichtung auch als ein einzelnes Bauteil ausgeführt sein, beispielsweise in Form eines Mikrokontrollers. Die Auswertevorrichtung ist dazu vorgesehen, von dem Infrarot-Detektorarray erzeugte Detektionssignale zu empfangen, auszuwerten und basierend auf Detektionssignalen zumindest einer Mehrzahl beleuchteter Pixel des Infrarot-Detektorarrays eine Auswertung der zweidimensionalen Temperaturinformation der Szenerie durchzuführen. Bevorzugt ist die Auswertevorrichtung dazu vorgesehen, basierend auf Detektionssignalen zumindest einer Mehrzahl beleuchteter Pixel, eine Auswertung eines oder mehrerer Temperaturmesswerte, insbesondere auch gemittelter Temperaturmesswerte, besonders bevorzugt eines Wärmebilds durchzuführen. Die ausgewertete zweidimensionale Temperaturinformation, insbesondere das Wärmebild, kann von der Auswertevorrichtung zur weiteren Verarbeitung und/oder Ausgabe einem Benutzer des Infrarot-Messsystems mittels einer Ausgabevorrichtung und/oder einem externen Gerät mittels einer Datenkommunikationsschnittstelle bereitgestellt werden.The evaluation device of the infrared measuring system 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 device 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 or printed circuit board, preferably on a common board with a control device of the infrared measuring system for controlling the infrared measuring system. Furthermore, the control device and the evaluation device can also be designed as a single component, for example in the form of a microcontroller. The evaluation device is provided for receiving and evaluating detection signals generated by the infrared detector array and for performing an evaluation of the two-dimensional temperature information of the scene based on detection signals of at least one plurality of illuminated pixels of the infrared detector array. The evaluation device is preferably provided based on detection signals of at least one plurality of illuminated pixels, an evaluation of one or more temperature measurement values, in particular also averaged temperature measurement values, particularly preferably a thermal image. The evaluated two-dimensional temperature information, in particular the thermal image, can be provided by the evaluation device for further processing and / or output to a user of the infrared measurement system 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 das Infrarot-Messsystem zu kalibrieren.Furthermore, the evaluation and / or the control device can have stored correction and / or calibration tables and / or routines for calibration, which make it possible to interpret and / or convert evaluation results and / or to interpolate and / or extrapolate and the infrared To calibrate the measuring system.

Ferner ist die Auswertevorrichtung zumindest dazu eingerichtet und dazu vorgesehen, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.Furthermore, the evaluation device is at least configured and intended to carry out the method according to the invention.

Die Entfernungsbestimmungsvorrichtung des Infrarot-Messsystems ist dazu eingerichtet, eine zweidimensionale Entfernungsinformation, insbesondere eine Entfernungskarte, zwischen dem Infrarot-Messsystem und der zu untersuchenden Szenerie, auf die das Infrarot-Messsystem gerichtet ist, zu ermitteln. The distance determining device of the infrared measuring system is configured to determine a two-dimensional distance information, in particular a distance map, between the infrared measuring system and the scene to be examined, to which the infrared measuring system is directed.

Unter der „zweidimensionalen Entfernungsinformation“ ist im Rahmen dieser Schrift eine Information zu verstehen, die bevorzugt in Form einer insbesondere zweidimensionalen Matrix, Tabelle, Array, Liste oder dergleichen verarbeitet und/oder gespeichert wird. Die zweidimensionale Entfernungsinformation umfasst vorzugsweise richtungs- und/oder raumwinkel- und/oder ortsaufgelöste, insbesondere pixelaufgelöste oder pixelzugehörige, Entfernungsinformationen. Die zweidimensionale Entfernungsinformation ordnet (diskreten) Punkten oder Bereichen der zu untersuchenden Szenerie jeweils eine zugehörige Entfernung zu, die zwischen dem Infrarot-Messsystem und dem jeweiligen Punkt oder Bereich der Szenerie ermittelt wird. Insbesondere werden Entfernungen für eine Vielzahl von Richtungen und/oder Raumwinkelteilbereichen δ zwischen dem Infrarot-Messsystem und der Szenerie gemessen, wobei von der Entfernungsbestimmungsvorrichtung ein gesamter Raumwinkelbereich Δ erfasst wird. Insbesondere kann die zu untersuchende Szenerie unter Verwendung einer Raumwinkelzuordnung oder einer Positionszuordnung ortsaufgelöst unterteilt werden. Beispielsweise kann eine derartige Unterteilung unter Verwendung eines mit der Szenerie überlagerten Gitters oder dergleichen erfolgen. In einer Ausführungsform kann diese zweidimensionale Entfernungsinformation in Form einer Entfernungskarte realisiert sein. Diese Entfernungskarte ordnet jedem (diskreten) Punkt oder Bereich der zu untersuchenden Szenerie eine Entfernung zu, die derjenigen Entfernung entspricht, die zwischen dem Infrarot-Messsystem und dem jeweiligen Punkt oder Bereich der Szenerie ermittelt wurde. Mit anderen Worten enthält die Entfernungskarte ein Tiefenprofil zumindest eines Ausschnitts der zu untersuchenden Szenerie.In the context of this document, the term "two-dimensional distance information" is understood to mean information which is preferably processed and / or stored in the form of a particularly two-dimensional matrix, table, array, list or the like. The two-dimensional distance information preferably comprises directional and / or spatial-angle and / or spatially resolved, in particular pixel-resolved or pixel-related, distance information. The two-dimensional distance information assigns (discrete) points or areas of the scene to be examined each an associated distance, which is determined between the infrared measurement system and the respective point or area of the scenery. In particular, distances for a plurality of directions and / or solid angle partial regions δ between the infrared measurement system and the scene are measured, wherein an entire solid angle range Δ is detected by the distance determination device. In particular, the scene to be examined can be subdivided in a spatially resolved manner using a solid angle assignment or a position assignment. For example, such division may be made using a grid overlaid with the scenery or the like. In one embodiment, this two-dimensional distance information may be realized in the form of a distance map. This distance map assigns to each (discrete) point or area of the scene to be examined a distance corresponding to the distance determined between the infrared measurement system and the respective point or area of the scene. In other words, the distance map contains a depth profile of at least one section of the scene to be examined.

In einer Ausführungsform des Infrarot-Messsystems überdeckt der von der Entfernungsbestimmungsvorrichtung erfasste Raumwinkelbereich Δ zumindest teilweise denjenigen Raumwinkelbereich Φ, in dem Infrarotstrahlung mittels des Infrarot-Detektorarrays gemessen wird. Bevorzugt entspricht der von der Entfernungsbestimmungsvorrichtung erfasste Raumwinkelbereich Δ im Wesentlichen demjenigen Raumwinkelbereich Φ, in dem Infrarotstrahlung mittels des Infrarot-Detektorarrays gemessen wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass Entfernungsinformationen für zumindest einen Teil des Raumwinkelbereichs Φ, bevorzugt für den gesamten Raumwinkelbereich Φ, vorliegen, in dem Infrarotstrahlung mittels des Infrarot-Detektorarrays gemessen wird.In one embodiment of the infrared measuring system, the solid angle range Δ detected by the distance determining device at least partially covers that solid angle range Φ in which infrared radiation is measured by means of the infrared detector array. Preferably, the spatial angle range Δ detected by the distance determining device essentially corresponds to that solid angle range Φ in which infrared radiation is measured by means of the infrared detector array. In this way it can be ensured that distance information is present for at least part of the solid angle range Φ, preferably for the entire solid angle range Φ, in which infrared radiation is measured by means of the infrared detector array.

In einer Ausführungsform des Infrarot-Messsystems ist die Entfernungsbestimmungsvorrichtung als eine Stereokamera realisiert. Unter einer „Stereokamera“ sind insbesondere zumindest zwei zueinander beabstandet angeordnete Kameras, insbesondere im visuellen Spektrum arbeitende Kameras, zu verstehen. Die beiden Kameras ermöglichen unter synchroner oder im Wesentlichen zeitgleicher Aufnahme von Bildern der Szenerie aus konstruktionsbedingt (geringfügig) unterschiedlichen Richtungen oder Perspektiven in dem Raumwinkelbereich Δ der Entfernungsbestimmungsvorrichtung die gleichzeitige Aufnahme von für 3D-Bilder erforderlichen stereoskopischen Halbbildern. Insbesondere können eine Belichtungssteuerung und eine mögliche Schärfeneinstellung beider Kameras gekoppelt dabei sein. In einer Ausführungsform des Infrarot-Messsystems haben die Kameras der Stereokamera einen Abstand („Basis-Abstand“) von insbesondere weniger als 150 mm zueinander, bevorzugt von weniger als 100 mm zueinander, besonders bevorzugt von weniger als 80 mm zueinander. Unter Verwendung der Stereokamera kann eine wirtschaftlich besonders günstige und konstruktiv besonders einfache Realisierung der Entfernungsbestimmungsvorrichtung angegeben werden.In one embodiment of the infrared measuring system, the distance determining device is realized as a stereo camera. A "stereo camera" is to be understood in particular as meaning at least two cameras arranged at a distance from one another, in particular cameras operating in the visual spectrum. The two cameras, with synchronous or substantially simultaneous recording of images of the scene from design (slightly) different directions or perspectives in the solid angle range Δ of the range finding device, allow the simultaneous capture of stereoscopic fields required for 3D images. In particular, an exposure control and a possible focus adjustment of both cameras may be coupled thereto. In one embodiment of the infrared measuring system, the cameras of the stereo camera have a distance ("base distance") of in particular less than 150 mm from each other, preferably less than 100 mm to each other, particularly preferably less than 80 mm to each other. Using the stereo camera, an economically particularly favorable and structurally particularly simple realization of the distance determining device can be specified.

In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform des Infrarot-Messsystems ist die Entfernungsbestimmungsvorrichtung als ein scannendes Laser-Entfernungsmesssystem realisiert, insbesondere als ein LIDAR-System. Ein scannendes Laser-Entfernungsmesssystem kombiniert die Funktion einer Laser-Entfernungsmessung mit einem mechanischen Scanner, der die Möglichkeit bietet, Entfernungsmessungen sequentiell unter definierten Abstrahlwinkeln in unterschiedliche Richtungen bzw. in unterschiedliche Raumwinkelteilbereiche δ zu realisieren. Das scannende Laser-Entfernungsmesssystem oder LIDAR (Abkürzung für engl. „Light Detection and Ranging“) als Entfernungsbestimmungsvorrichtung erlaubt somit, eine zweidimensionale Vermessung der Szenerie in dem Raumwinkelbereich Δ durchzuführen, wobei Entfernungen zwischen dem Infrarot-Messsystem und Punkten oder Bereichen der Szenerie in einer Vielzahl von Richtungen und/oder Raumwinkelteilbereichen δ jeweils durch Lichtlaufzeitmessung ermittelt werden. Dabei wird der emittierte Lichtstrahl sukzessiv in dem Raumwinkelbereich Δ über die zu vermessende Szenerie geführt und die Szenerie somit abgerastert. Das Verfahren zur Entfernungsbestimmung kann dabei beispielsweise ein Puls-Umlaufzeiten-messendes Verfahren oder ein Phasenverschiebungsverfahren sein. Die mechanische Ablenkeinheit kann insbesondere als ein Scanner unter Verwendung eines Mikro-Spiegels realisiert sein. Ein derartiges scannendes Laser-Entfernungsmesssystem ist beispielsweise in EP 01209441 B1 beschrieben.In an alternative or additional embodiment of the infrared measuring system, the distance determining device is realized as a scanning laser distance measuring system, in particular as a LIDAR system. A scanning laser distance measuring system combines the function of a laser distance measurement with a mechanical scanner, which offers the possibility to realize distance measurements sequentially under defined radiation angles in different directions or in different solid angle partial areas δ. The scanning laser rangefinding system or LIDAR (Distance Light Detection and Ranging) as a rangefinder thus allows a two-dimensional measurement of the scene in the solid angle range Δ, with distances between the infrared measurement system and points or areas of the scene in one Variety of directions and / or solid angle partial areas δ are determined in each case by light transit time measurement. In this case, the emitted light beam is successively guided in the solid angle range Δ over the scene to be measured and the scene thus scanned. In this case, the method for determining the distance can be, for example, a pulse-orbit-measuring method or a phase-shifting method. In particular, the mechanical deflection unit may be realized as a scanner using a micro-mirror. Such a scanning Laser distance measuring system is for example in EP 01209441 B1 described.

Es sei angemerkt, dass die Entfernungsbestimmungsvorrichtung auch auf anderen, einem Fachmann geläufigen Verfahren der Entfernungsbestimmung, insbesondere der zweidimensionalen Entfernungsbestimmung, wie beispielsweise einer Radarmessung oder dergleichen, basieren kann und nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt ist.It should be noted that the distance-determining apparatus may be based on other distance-determining methods known to a person skilled in the art, in particular two-dimensional distance determination, such as a radar measurement or the like, and is not limited to the above-mentioned embodiments.

Erfindungsgemäß dient die zweidimensionale Entfernungsinformation dazu, die zweidimensionale Temperaturinformation, insbesondere das Wärmebild, um einen entfernungsabhängigen Messfehler zu korrigieren. Bevorzugt erfolgt die Korrektur um einen entfernungsabhängigen Messfehler raumwinkelaufgelöst. Insbesondere kann die Korrektur jeweils spezifisch für unterschiedliche Raumwinkelteilbereiche φ der zweidimensionalen Temperaturinformation oder jeweils spezifisch für unterschiedliche Raumwinkelteilbereiche δ der zweidimensionalen Entfernungsinformation durchgeführt werden.According to the invention, the two-dimensional distance information serves to correct the two-dimensional temperature information, in particular the thermal image, in order to correct a distance-dependent measurement error. Preferably, the correction is performed by a distance-dependent measurement error spatial angle resolved. In particular, the correction can be carried out in each case specifically for different solid angle partial regions φ of the two-dimensional temperature information or in each case specifically for different solid angle partial regions δ of the two-dimensional distance information.

In einer Ausführungsform des Infrarot-Messsystems weist das Infrarot-Messsystem ferner einen Umgebungstemperaturfühler zur Ermittlung einer Umgebungstemperatur und/oder einen Umgebungsluftfeuchtefühler zur Ermittlung einer Umgebungsluftfeuchte und/oder einen Kohlenstoffdioxidsensor zur Ermittlung einer Kohlenstoffdioxidkonzentration der das Infrarot-Messsystem umgebenden Luft auf. Auf diese Weise lässt sich eine Ermittlung einer Umgebungstemperatur und/oder einer Umgebungsluftfeuchte und/oder einer Kohlenstoffdioxidkonzentration der umgebenden Luft auf besonders einfache und kostengünstige Weise realisieren. Die entsprechende Information über die Beschaffenheit der das Infrarot-Messsystem umgebenden Luft, d.h. über die Umgebungstemperatur und/oder über die Umgebungsluftfeuchte und/oder über die Kohlenstoffdioxidkonzentration, kann dazu verwendet werden, eine genauere Korrektur des entfernungsabhängigen Messfehlers durchzuführen.In an embodiment of the infrared measuring system, the infrared measuring system further comprises an ambient temperature sensor for determining an ambient temperature and / or an ambient air humidity sensor for determining an ambient humidity and / or a carbon dioxide sensor for determining a carbon dioxide concentration of the air surrounding the infrared measuring system. In this way, a determination of an ambient temperature and / or an ambient air humidity and / or a carbon dioxide concentration of the surrounding air can be realized in a particularly simple and cost-effective manner. The corresponding information about the nature of the air surrounding the infrared measuring system, i. ambient temperature and / or ambient humidity and / or carbon dioxide concentration may be used to provide a more accurate correction of the distance-dependent measurement error.

Das beschriebene Infrarot-Messsystem dient als Grundlage für das im Folgenden beschriebene Verfahren zur kontaktfreien Ermittlung einer zweidimensionalen Temperaturinformation einer Szenerie, insbesondere zur kontaktfreien Ermittlung eines Wärmebilds einer Szenerie. Insbesondere ist in einer Ausführungsform des Infrarot-Messsystems die Auswertevorrichtung des Infrarot-Messsystems zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens ausgebildet und vorgesehen.The infrared measuring system described serves as the basis for the method described below for non-contact determination of a two-dimensional temperature information of a scene, in particular for non-contact determination of a thermal image of a scene. In particular, in one embodiment of the infrared measuring system, the evaluation device of the infrared measuring system is designed and provided for carrying out the proposed method.

Das Verfahren zur kontaktfreien Ermittlung einer zweidimensionalen Temperaturinformation einer Szenerie, insbesondere zur kontaktfreien Ermittlung eines Wärmebildes einer Szenerie, geht von dem vorgestellten Infrarot-Messsystem aus und weist zumindest folgende Verfahrensschritte auf:

– Messen von Infrarotstrahlung aus einem Raumwinkelbereich Φ mittels eines Infrarot-Detektorarrays des Infrarot-Messsystems, das aus einer Vielzahl von für Infrarotstrahlung empfindlichen Pixeln besteht,
– Ermitteln einer zweidimensionalen Temperaturinformation, insbesondere eines Wärmebildes, aus gemessener Infrarotstrahlung,
– Ermitteln einer Entfernungsinformation zwischen dem Infrarot-Messsystem und der Szenerie mittels einer Entfernungsbestimmungsvorrichtung des Infrarot-Messsystems,
– Korrigieren der zweidimensionalen Temperaturinformation, insbesondere des Wärmebildes, um einen entfernungsabhängigen Messfehler.

The method for non-contact determination of a two-dimensional temperature information of a scene, in particular for non-contact determination of a thermal image of a scene, is based on the presented infrared measuring system and has at least the following method steps:

Measuring infrared radiation from a solid angle range Φ by means of an infrared detector array of the infrared measuring system consisting of a plurality of pixels sensitive to infrared radiation,
Determining a two-dimensional temperature information, in particular a thermal image, from measured infrared radiation,
Determining a distance information between the infrared measuring system and the scene by means of a distance determining device of the infrared measuring system,
Correcting the two-dimensional temperature information, in particular the thermal image, by a distance-dependent measurement error.

Erfindungsgemäß wird die Entfernungsinformation als eine zweidimensionale Entfernungsinformation, insbesondere eine Entfernungskarte, zumindest teilweise in dem Raumwinkelbereich Φ bestimmt, in dem Infrarotstrahlung gemessen wird, wobei die zweidimensionale Temperaturinformation, insbesondere das Wärmebild, um einen entfernungsabhängigen Messfehler raumwinkelaufgelöst korrigiert wird.According to the invention, the distance information is determined as a two-dimensional distance information, in particular a distance map, at least partially in the solid angle range Φ, in which infrared radiation is measured, wherein the two-dimensional temperature information, in particular the thermal image, is corrected for a distance-dependent measurement error with spatial-angle resolution.

Unter „korrigieren einer Temperaturinformation“ ist insbesondere zu verstehen, dass zumindest eine während einer Messung mittels des Infrarot-Messsystems ermittelte zweidimensionale Temperaturinformation mit einem multiplikativen oder additiven Korrekturwert korrigiert wird, wobei der Korrekturwert entfernungsabhängige Effekte, die zu entfernungsabhängigen Messfehlern führen, berücksichtigt.By "correcting temperature information" is meant, in particular, that at least one two-dimensional temperature information determined during a measurement by means of the infrared measuring system is corrected with a multiplicative or additive correction value, the correction value taking into account distance-dependent effects which lead to distance-dependent measurement errors.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die zweidimensionale Temperaturinformation, insbesondere das Wärmebild, unter Verwendung von im Infrarot-Messsystem vorgehaltenen, entfernungsabhängigen Korrekturwerten korrigiert. Insbesondere können dazu in einer in dem Infrarot-Messsystem gespeicherten Tabelle oder Matrix oder dergleichen zu unterschiedlichen Entfernungen jeweils zugehörige Korrekturwerte hinterlegt sein. Die Zuordnung von Entfernungen zu jeweiligen Korrekturwerten kann vorzugsweise bei einer Werkskalibrierung des Infrarot-Messsystems ermittelt werden.In one embodiment of the method, the two-dimensional temperature information, in particular the thermal image, is corrected using distance-dependent correction values provided in the infrared measurement system. In particular, associated correction values may be stored for this purpose in a table or matrix or the like stored at different distances in the infrared measuring system. The assignment of distances to respective correction values can preferably be determined during a factory calibration of the infrared measurement system.

Unter „raumwinkelaufgelöst korrigieren“ ist insbesondere zu verstehen, dass die zweidimensionale Entfernungsinformation nicht unter Verwendung eines einzigen Entfernungsmesswerts korrigiert wird, sondern unter Verwendung von für unterschiedliche Raumwinkelteilbereiche δ der zu untersuchenden Szenerie ermittelten Entfernungsmesswerten. Auf diese Weise kann eine besonders genaue und ortsaufgelöste oder raumwinkelaufgelöste Korrektur um einen entfernungsabhängigen Messfehler, insbesondere um einen geometrischen Abbildungsfehler und/oder um einen Messfehler resultierend aus einer atmosphärischen Dämpfung, realisiert werden. Insbesondere kann unter Verwendung der raumwinkelaufgelösten oder ortsaufgelösten Korrektur der zweidimensionalen Temperaturinformation eine situationsabhängige Korrektur der zweidimensionalen Temperaturinformation erfolgen. Beispielsweise kann bei der Korrektur von Temperaturinformationen (beispielsweise Temperaturmesswerte), die aus der Auswertung von solcher Infrarotstrahlung resultieren, die von einem in der untersuchten Szenerie relativ entfernt liegenden Bereich (oder Objekt) ausgesendet wird, die relativ große Distanz zwischen der Szenerie und dem Infrarot-Messsystem berücksichtigt werden. Genauso kann bei der Korrektur von Temperaturinformationen (beispielsweise Temperaturmesswerte), die aus der Auswertung von solcher Infrarotstrahlung resultieren, die von einem in der untersuchten Szenerie relativ nah liegenden Bereich (oder Objekt) ausgesendet wird, die relativ geringe Distanz zwischen der Szenerie und dem Infrarot-Messsystem berücksichtigt werden. Eine besonders genaue Korrektur, die die lokalen Begebenheiten, insbesondere unterschiedliche Distanzen von Infrarotstrahlung-emittierenden Bereichen (Objekten) der Szenerie zu dem Infrarot-Messsystem, berücksichtigt, ist auf diese Weise darstellbar.In particular, "correcting for room-angle resolved" is to be understood as meaning that the two-dimensional distance information is not corrected using a single distance measurement value, but using distance measurement values determined for different spatial angle partial areas δ of the scene to be examined. This way can be a special accurate and spatially resolved or spatial angle resolved correction to a distance-dependent measurement error, in particular to a geometric aberration and / or a measurement error resulting from an atmospheric damping, realized. In particular, a situation-dependent correction of the two-dimensional temperature information can take place using the spatial-angle-resolved or spatially-resolved correction of the two-dimensional temperature information. For example, when correcting temperature information (eg, temperature readings) resulting from the evaluation of such infrared radiation emitted by a relatively remote area (or object) in the scene under investigation, the relatively large distance between the scene and the infrared Measuring system are taken into account. Similarly, when correcting temperature information (eg, temperature readings) resulting from the evaluation of such infrared radiation emitted by a relatively close range (or object) in the scene under investigation, the relatively small distance between the scene and the infrared Measuring system are taken into account. A particularly accurate correction, which takes into account the local conditions, in particular different distances of infrared radiation-emitting regions (objects) of the scene to the infrared measuring system, can be represented in this way.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die zweidimensionale Temperaturinformation, insbesondere das Wärmebild, für diejenigen Pixel korrigiert, für die eine Entfernungsinformation ermittelt wurde. Insbesondere muss die Korrektur somit nicht auf die gesamte, für einen Raumwinkelbereich Φ ermittelte zweidimensionale Temperaturinformation angewandt werden, sondern kann sich auch lediglich auf Teile der zweidimensionalen Temperaturinformation, beispielsweise auf einen Punkt und/oder auf einen Ausschnitt der zweidimensionalen Temperaturinformation, beziehen.In one embodiment of the method, the two-dimensional temperature information, in particular the thermal image, is corrected for those pixels for which distance information was determined. In particular, the correction thus does not have to be applied to the entire two-dimensional temperature information determined for a solid angle range Φ, but may also refer only to parts of the two-dimensional temperature information, for example to a point and / or a section of the two-dimensional temperature information.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die zweidimensionale Temperaturinformation, insbesondere das Wärmebild, hinsichtlich eines entfernungsabhängigen geometrischen Messfehlers korrigiert. Beispielsweise kann das Infrarot-Messsystem zur Kompensation eines geometrischen Abbildungsfehlers in bestimmten, insbesondere definierten, zeitlichen Abständen unter Berücksichtigung der zweidimensionalen Entfernungsinformation kalibriert werden. Dabei können Korrektur- und/oder Kompensationswerte im Infrarot-Messsystem hinterlegt sein. In one embodiment of the method, the two-dimensional temperature information, in particular the thermal image, is corrected with regard to a distance-dependent geometric measurement error. For example, the infrared measuring system can be calibrated to compensate for a geometric aberration in certain, in particular defined, time intervals taking into account the two-dimensional distance information. Correction and / or compensation values can be stored in the infrared measuring system.

Vorteilhaft lässt sich auf diese Weise ein Messfehler auf Grund eines geometrischen Abbildungsfehlers korrigieren bzw. kompensieren.Advantageously, a measurement error due to a geometric aberration can be corrected or compensated in this way.

In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform des Verfahrens wird die zweidimensionale Temperaturinformation, insbesondere das Wärmebild, hinsichtlich eines durch atmosphärische Dämpfung oder atmosphärische Absorption oder Streuung der gemessenen Infrarotstrahlung verursachten, entfernungsabhängigen Messfehlers korrigiert. Somit kann eine besonders genaue Ermittlung der zu bestimmenden zweidimensionalen Temperaturinformation realisiert werden, die unabhängig ist von den atmosphärischen Gegebenheiten, wie beispielsweise Lufttemperatur oder Luftfeuchte, während der Durchführung der Messung.In an alternative or additional embodiment of the method, the two-dimensional temperature information, in particular the thermal image, is corrected for a distance-dependent measurement error caused by atmospheric damping or atmospheric absorption or scattering of the measured infrared radiation. Thus, a particularly accurate determination of the two-dimensional temperature information to be determined can be realized, which is independent of the atmospheric conditions, such as air temperature or humidity, during the performance of the measurement.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die zweidimensionale Temperaturinformation, insbesondere das Wärmebild, in zeitlichen Abständen wiederholt, insbesondere regelmäßig, bevorzugt kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich, um einen entfernungsabhängigen Messfehler korrigiert. Durch die in zeitlichen Abständen wiederholte Korrektur der zweidimensionalen Temperaturinformation kann realisiert werden, dass die mittels des Infrarot-Messsystems ermittelte zweidimensionale Temperaturinformation, insbesondere ein an einen Benutzer des Infrarot-Messsystems ausgegebenes Wärmebild, stets korrigiert vorliegt. Vorteilhaft ist Auswertevorrichtung dazu vorgesehen, durch eine hohe Verarbeitungsrate der zweidimensionalen Temperaturinformation sowie der Entfernungsinformationen eine regelmäßige, insbesondere eine kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche, Korrektur der zweidimensionalen Temperaturinformation, insbesondere des Wärmebilds, zu ermöglichen. Unter „quasi-kontinuierlich“ ist insbesondere zu verstehen, dass die sich wiederholende Korrektur eine geräteinterne Verarbeitungsdauer durch die Auswertevorrichtung bis zur fertigen Korrektur der zweidimensionalen Temperaturinformation von weniger als 10 Sekunden, bevorzugt von weniger als 5 Sekunde, besonders bevorzugt von weniger als 1 Sekunde aufweist. Auf diese Weise wird bei einem Benutzer des Infrarot-Messsystems der Eindruck erweckt, dass die für die untersuchte Szenerie ermittelte Temperaturinformation, insbesondere das Wärmebild, unmittelbar, bevorzugt in Echtzeit und kontinuierlich, korrigiert wird.In one embodiment of the method, the two-dimensional temperature information, in particular the thermal image, is repeated at time intervals, in particular regularly, preferably continuously or quasi-continuously, corrected for a distance-dependent measurement error. By repeated intervals of correction of the two-dimensional temperature information can be realized that the determined by means of the infrared measurement system two-dimensional temperature information, in particular a thermal image output to a user of the infrared measurement system, is always corrected. Advantageously, the evaluation device is provided to allow a high processing rate of the two-dimensional temperature information and the distance information a regular, in particular a continuous or quasi-continuous, correction of the two-dimensional temperature information, in particular the thermal image. By "quasi-continuous" is meant, in particular, that the repetitive correction has a device-internal processing time by the evaluation device to the finished correction of the two-dimensional temperature information of less than 10 seconds, preferably less than 5 seconds, more preferably less than 1 second , In this way, a user of the infrared measuring system is given the impression that the temperature information determined for the scene examined, in particular the thermal image, is corrected directly, preferably in real time and continuously.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird ferner die Beschaffenheit der das Infrarot-Messsystem umgebenden Luft, insbesondere eine Umgebungstemperatur und/oder eine Umgebungsluftfeuchte und/oder eine Kohlenstoffdioxidkonzentration der Luft, beim Korrigieren der zweidimensionalen Temperaturinformation, insbesondere des Wärmebilds, berücksichtigt. Vorteilhaft kann auf diese Weise berücksichtigt werden, dass die Entfernungsabhängigkeit einer ermittelten Temperaturinformation auf Grund variabler atmosphärischer Bedingungen, wie insbesondere einer variablen Luftfeuchte, einer variablen Lufttemperatur und/oder einer variablen Kohlendioxidkonzentration in der Luft, nicht konstant ist. Insbesondere können auf diese Weise zeitliche Schwankungen und/oder Unterschiede auf Grund unterschiedlicher Anwendungsorte des Infrarot-Messsystems berücksichtigt werden. Die auf eine Messung anzuwendenden Korrekturwerte werden somit in Abhängigkeit der Eigenschaften der das Infrarot-Messsystem umgebenden Luft gewählt. In einer Ausführungsform werden die genannten Eigenschaften der Luft, d.h. eine Luftfeuchte, eine Lufttemperatur und/oder eine Kohlendioxidkonzentration in der Luft, unter Verwendung von Messsensoren des Infrarot-Messsystems ermittelt. Somit kann auf die Annahme von Modellparametern, die die Luftfeuchte, die Lufttemperatur und/oder die Kohlendioxidkonzentration der umgebenden Luft charakterisieren, verzichtet werden. Unter Berücksichtigung der während einer Messung tatsächlich vorliegenden Beschaffenheit der das Infrarot-Messsystem umgebenden Luft kann eine besonders genaue Bestimmung der auf eine Messung anzuwendenden Korrekturwerte erfolgen. Derart kann eine besonders genaue Korrektur der entfernungsabhängigen Messfehler realisiert werden.In one embodiment of the method, furthermore, the nature of the air surrounding the infrared measuring system, in particular an ambient temperature and / or an ambient air humidity and / or a carbon dioxide concentration of the air, is taken into account when correcting the two-dimensional temperature information, in particular the thermal image. Advantageously, it can be considered in this way that the distance dependence of a determined temperature information due to variable atmospheric conditions, such as in particular a variable air humidity, a variable air temperature and / or a variable carbon dioxide concentration in the air, is not constant. In particular, temporal fluctuations and / or differences due to different application sites of the infrared measuring system can be taken into account in this way. The correction values to be applied to a measurement are thus selected as a function of the properties of the air surrounding the infrared measuring system. In one embodiment, the stated properties of the air, ie a humidity, an air temperature and / or a carbon dioxide concentration in the air, are determined using measuring sensors of the infrared measuring system. Thus, the assumption of model parameters, which characterize the humidity, the air temperature and / or the carbon dioxide concentration of the surrounding air, can be dispensed with. Taking into account the actual nature of the air surrounding the infrared measuring system during a measurement, a particularly accurate determination of the correction values to be applied to a measurement can take place. In this way, a particularly accurate correction of the distance-dependent measurement errors can be realized.

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:

1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Infrarot-Messsystems in einer perspektivischen Frontansicht, 1 An embodiment of an infrared measuring system according to the invention in a perspective front view,

2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Infrarot-Messsystems in einer perspektivischen Rückansicht, 2 an embodiment of an infrared measuring system according to the invention in a perspective rear view,

3 eine perspektivische, schematische Rückansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Infrarot-Messsystems vor einer zu vermessenden Szenerie, 3 a perspective, schematic rear view of an embodiment of the infrared measuring system according to the invention in front of a scenery to be measured,

4 die wesentlichen Komponenten einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Infrarot-Messsystems, 4 the essential components of an embodiment of the infrared measuring system according to the invention,

5 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, 5 an embodiment of the method according to the invention,

6 beispielhafte Ausführungsformen (a) einer zweidimensionalen Temperaturinformation, (b) einer zweidimensionalen Entfernungsinformation, (c) einer zweidimensionalen Korrekturkarte; (d) eine schematische Aufsicht auf die geometrische Anordnung zur Verdeutlichung des Zusammenhangs von Raumwinkelbereich Φ, Raumwinkelteilbereich φ sowie Pixel der zweidimensionalen Temperaturinformation, (e) eine schematische Aufsicht auf die geometrische Anordnung zur Verdeutlichung des Zusammenhangs von Raumwinkelbereich Δ, Raumwinkelteilbereich δ sowie Pixel der zweidimensionalen Entfernungsinformation, 6 exemplary embodiments of (a) two-dimensional temperature information, (b) two-dimensional distance information, (c) a two-dimensional correction map; (D) is a schematic plan view of the geometric arrangement to illustrate the relationship of solid angle portion Φ, solid angle portion φ and pixels of the two-dimensional temperature information, (e) is a schematic plan view of the geometric arrangement to illustrate the relationship of solid angle range Δ, solid angle portion δ and pixels of the two-dimensional Distance information

7 eine Darstellung von Messergebnissen zur Absorption von Infrarotstrahlung durch atmosphärische Luft, 7 a representation of measurement results for the absorption of infrared radiation by atmospheric air,

8 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Infrarot-Messsystems in einer perspektivischen Frontansicht. 8th an alternative embodiment of an infrared measuring system according to the invention in a perspective front view.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Infrarot-Messsystem 10 in Form einer handgehaltenen Wärmebildkamera 10a vorgestellt. Die Ausführungen beziehen sich auf die Wärmbildkamera 10a, lassen sich aber ohne Einschränkung auf ein allgemeines Infrarot-Messsystem 10 übertragen. 1 und 2 zeigen jeweils eine beispielhafte Ausführungsform dieser Wärmebildkamera 10a in perspektivischer Frontansicht bzw. in einer perspektivischen Rückansicht. Die Wärmebildkamera 10a dient dazu, eine zweidimensionale Temperaturinformation 12, in diesem Ausführungsbeispiel ein Wärmebild 12a, einer zu untersuchenden Szenerie 14 zu ermitteln. Die Szenerie 14 kann eine beliebige zu untersuchende Anordnung sein, die typischerweise Gegenstände, insbesondere Oberflächen von Gegenständen, oder dergleichen umfasst. Beispiele für eine derartige Szenerie 14 können eine Hausfassade (vgl. 3), ein Sicherungskasten, eine Personengruppe, eine Landschaft oder dergleichen sein. Eine perspektivische, schematische Rückansicht einer erfindungsgemäßen Wärmebildkamera 10a vor einer exemplarisch zu vermessenden Szenerie 14 ist in 3 dargestellt. Die Wärmebildkamera 10a umfasst ein Gehäuse 16 mit einem Griff 18. Mit dem Griff 18 kann die Wärmebildkamera 10a während ihrer Benutzung bequem in einer Hand gehalten werden. Das Gehäuse 16 der Wärmebildkamera 10a weist weiterhin auf einer einem Benutzer während der Benutzung der Wärmebildkamera 10a zugewandten Seite 20 eine Ausgabevorrichtung in Form eines berührungssensitiven Bildschirms 22 sowie Bedienelemente 24 zur Benutzereingabe und Steuerung der Wärmebildkamera 10a auf. Insbesondere weist die Wärmebildkamera 10a auch einen Taster 24a auf, mit dem ein Benutzer die kontaktfreie Ermittlung einer zweidimensionalen Temperaturinformation 12 der zu untersuchenden Szenerie 14, d.h. die Erzeugung eines Wärmebilds 12a, auslösen kann.The following is an infrared measuring system according to the invention 10 in the form of a handheld thermal imaging camera 10a presented. The explanations refer to the thermal imaging camera 10a , but can be applied without restriction to a general infrared measuring system 10 transfer. 1 and 2 each show an exemplary embodiment of this thermal imaging camera 10a in a perspective front view or in a perspective rear view. The thermal imager 10a serves to provide two-dimensional temperature information 12 , in this embodiment, a thermal image 12a , a scene to be examined 14 to investigate. The scenery 14 can be any arrangement to be examined, which typically comprises objects, in particular surfaces of objects, or the like. Examples of such scenery 14 can a house facade (cf. 3 ), a fuse box, a group of people, a landscape or the like. A perspective, schematic rear view of a thermal imaging camera according to the invention 10a in front of an example to be measured scenery 14 is in 3 shown. The thermal imager 10a includes a housing 16 with a handle 18 , With the handle 18 can the thermal imager 10a be conveniently held in one hand during use. The housing 16 the thermal imager 10a also indicates a user while using the thermal imager 10a facing side 20 an output device in the form of a touch-sensitive screen 22 as well as operating elements 24 for user input and control of the thermal imager 10a on. In particular, the thermal imager has 10a also a button 24a on, with which a user can determine the non-contact two-dimensional temperature information 12 the scene to be examined 14 ie the generation of a thermal image 12a , can trigger.

Auf der dem Benutzer abgewandten Seite 26 des Gehäuses 16 ist eine Eintrittsöffnung 28 in dem Gehäuse 16 vorgesehen. Die Eintrittsöffnung 28 definiert (ggf. in Zusammenwirken mit einer hier nicht näher dargestellten Optik der Wärmebildkamera 10a) den Erfassungsbereich der Wärmebildkamera 10a. Der Erfassungsbereich der Wärmebildkamera 10a ist in 3 durch den Raumwinkelbereich Φ 30 gestrichelt dargestellt. Die in diesem Raumwinkelbereich Φ 30 oder in diesen Raumwinkelbereich Φ 30 von der Szenerie 14, insbesondere von den Gegenständen der Szenerie 14, ausgestrahlte Infrarotstrahlung wird von der Wärmebildkamera 10a erfasst. Unmittelbar hinter der Eintrittsöffnung 28 befindet sich in einem Streulicht mindernden Lichttubus 32 ein Linsensystem als Optik (hier nicht näher dargestellt). Das Linsensystem ist für Strahlung im mittleren Infrarotbereich durchlässig und dient der Fokussierung von Infrarotstrahlung auf ein Infrarot-Detektorarray der Wärmebildkamera 10a (vgl. Bezugszeichen 54 in 4; hier nicht näher dargestellt).On the side facing away from the user 26 of the housing 16 is an entrance opening 28 in the case 16 intended. The entrance opening 28 defined (if necessary in conjunction with a not shown here optics of the thermal imaging camera 10a ) the detection range of the thermal imager 10a , The detection range of the thermal imager 10a is in 3 through the solid angle range Φ 30 shown in dashed lines. The in this solid angle range Φ 30 or in this solid angle range Φ 30 from the scenery 14 , especially of the objects of the scenery 14 , Radiated infrared radiation is emitted by the thermal imager 10a detected. Immediately behind the entrance opening 28 is located in a stray light-reducing light tube 32 a lens system as optics (not shown here). The lens system is transparent to radiation in the mid-infrared range and serves to focus infrared radiation on an infrared detector array of the thermal imaging camera 10a (see reference numeral 54 in 4 ; not shown here).

Auf der dem Benutzer während der Benutzung der Wärmebildkamera 10a abgewandten Seite 26 des Gehäuses 16 befindet sich eine Entfernungsbestimmungsvorrichtung 34, die dazu vorgesehen ist, eine zweidimensionale Entfernungsinformation 36 (vgl. 6b) zwischen der Wärmebildkamera 10a und der zu untersuchenden Szenerie 14 zu ermitteln. Die Entfernungsbestimmungsvorrichtung 34 besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei im visuellen Spektrum arbeitenden Kameras 38, die in einem Abstand von 70 mm zueinander in dem Gehäuse 16 der Wärmebildkamera 10a angeordnet sind. Die Kameras 38 sind in diesem Ausführungsbeispiel als CCD-Bildsensoren realisiert. Die Kameras 38 sind dazu vorgesehen, jeweils im Wesentlichen zeitgleich ein visuelles Bild der Szenerie 14 in einem Raumwinkelbereich Δ (vgl. Bezugszeichen 76 in 6e), der in diesem Ausführungsbeispiel dem Raumwinkelbereich Φ 30 entspricht, aufzunehmen. Die beiden Kameras 38 sind zueinander leicht angewinkelt, sodass die Bildmitten zweier mittels der Kameras 38 aufgenommener Bilder im Unendlichen übereinander liegen. Sowohl die Belichtungssteuerung als auch die Schärfeneinstellung beider Kameras 38 sind gekoppelt. Derart bilden die beiden Kameras 38 eine dem Fachmann bekannte „Stereokamera“. Aus mittels der zwei Kameras 38 aufgenommenen Bildern lassen sich unter Anwendung bekannter Berechnungsroutinen eine zweidimensionale Entfernungsinformation 36 – im Sinne eines Tiefenprofils oder einer Entfernungskarte 36a – bestimmen. Derartige Berechnungsroutinen sind dem Fachmann bekannt.On the user while using the thermal imager 10a opposite side 26 of the housing 16 there is a distance determining device 34 , which is intended to provide two-dimensional distance information 36 (see. 6b ) between the thermal imager 10a and the scene to be examined 14 to investigate. The distance determining device 34 consists in the illustrated embodiment of two working in the visual spectrum cameras 38 at a distance of 70 mm from each other in the housing 16 the thermal imager 10a are arranged. The cameras 38 are realized in this embodiment as CCD image sensors. The cameras 38 are intended, each essentially at the same time a visual image of the scenery 14 in a solid angle range Δ (see reference numeral 76 in 6e ), which in this embodiment, the solid angle range Φ 30 corresponds to record. The two cameras 38 are slightly angled to each other, so the picture centers two by means of the cameras 38 taken pictures in infinity on top of each other. Both the exposure control and the focus adjustment of both cameras 38 are coupled. That's how the two cameras make up 38 a "stereo camera" known to those skilled in the art. Off by means of the two cameras 38 recorded images can be using known calculation routines a two-dimensional distance information 36 - in the sense of a depth profile or a distance map 36a - determine. Such calculation routines are known to the person skilled in the art.

Die zweidimensionale Entfernungsinformation 36 dient dazu, einen entfernungsabhängigen Messfehler der zu ermittelnden zweidimensionalen Temperaturinformation 12, insbesondere des Wärmebilds 12a, raumwinkelaufgelöst zu korrigieren (vgl. Verfahren in 5).The two-dimensional distance information 36 serves to provide a distance-dependent measurement error of the two-dimensional temperature information to be determined 12 , in particular the thermal image 12a to correct for room angle resolution (see method in 5 ).

Ferner können von zumindest einer der Kameras 38 aufgenommene visuelle Bilder auch gemeinsam mit einem aus einer von dem Benutzer initiierten Temperaturmessung generierten Wärmebild 12a ausgegeben werden, insbesondere zumindest teilweise mit dem Wärmebild 12a überlagert oder überblendet ausgegeben werden.Furthermore, from at least one of the cameras 38 recorded visual images together with a generated from a user-initiated temperature measurement thermal image 12a are output, in particular at least partially with the thermal image 12a superimposed or faded out.

In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Wärmebildkamera 10a zumindest einen Umgebungstemperaturfühler 40a zur Ermittlung einer Umgebungstemperatur, einen Umgebungsluftfeuchtefühler 40b zur Ermittlung einer Umgebungsluftfeuchte sowie einen Kohlenstoffdioxidsensor 40c zur Ermittlung einer Kohlenstoffdioxidkonzentration der die Wärmebildkamera 10a umgebenden Luft auf. Die Sensoren 40a, 40b, 40c sind auf Grund eines verbesserten Gleichgewichts mit der umgebenden Luft vorteilhaft außerhalb des (Haupt-)Gehäuses 16 der Wärmebildkamera 10a vorgesehen und können, wie in 1 dargestellt, in einem Extra-Gehäuse 42 an diesem angeordnet sein. Die Sensoren Umgebungstemperaturfühler 40a, Umgebungsluftfeuchtefühler 40b sowie Kohlenstoffdioxidsensor 40c detektieren während des Betriebs der Wärmebildkamera 10a eine relative oder absolute Luftfeuchte, eine Umgebungstemperatur der die Wärmebildkamera 10a umgebenden Luft sowie den Kohlenstoffdioxidgehalt der die Wärmebildkamera 10a umgebenden Luft. Die von den Sensoren Umgebungstemperaturfühler 40a, Umgebungsluftfeuchtefühler 40b sowie Kohlenstoffdioxidsensor 40c ermittelten Messdaten werden geräteintern an eine Auswertevorrichtung 44 geliefert und dienen der besonders genauen Korrektur des entfernungsabhängigen Messfehlers auf Grund atmosphärischer Dämpfung (vgl. 5).In the in 1 illustrated embodiment, the thermal imaging camera 10a at least one ambient temperature sensor 40a for determining an ambient temperature, an ambient air humidity sensor 40b for determining an ambient humidity and a carbon dioxide sensor 40c for determining a carbon dioxide concentration of the thermal imaging camera 10a surrounding air. The sensors 40a . 40b . 40c are advantageously outside the (main) housing due to an improved balance with the surrounding air 16 the thermal imager 10a provided and can, as in 1 shown in an extra housing 42 be arranged on this. The sensors ambient temperature sensor 40a , Ambient humidity sensor 40b and carbon dioxide sensor 40c detect during operation of the thermal imager 10a a relative or absolute humidity, an ambient temperature of the thermal imager 10a surrounding air as well as the carbon dioxide content of the thermal imaging camera 10a surrounding air. The sensors ambient temperature sensor 40a , Ambient humidity sensor 40b and carbon dioxide sensor 40c The measured data obtained are sent internally to an evaluation device 44 supplied and serve the particularly accurate correction of the distance-dependent measurement error due to atmospheric damping (see. 5 ).

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass in einem alternativen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmebildkamera 10a auch auf in der Wärmebildkamera 10a hinterlegte Kalibrierparameter zurückgegriffen werden kann, sodass – unter Inkaufnahme einer Verschlechterung der Auswerteergebnisse – auf die zusätzlichen Sensoren verzichtet werden kann.It should be noted at this point that in an alternative embodiment of the thermal imaging camera according to the invention 10a also in the thermal imager 10a stored calibration parameters can be used, so that - at the expense of a deterioration of the evaluation results - can be dispensed with the additional sensors.

Weitere Komponenten der Wärmebildkamera 10a, wie sie in dem Ausführungsbeispiel der 1, 2 und 3 dargestellt sind, können beispielsweise durch eine Beleuchtungseinheit 46 gegeben sein. Auf der Unterseite der Wärmebildkamera 10a weist der Griff 18 ferner eine Aufnahme 48 zur Aufnahme eines Energiespeichers 50 auf, der beispielhaft in Form eines aufladbaren Akkumulators oder in Form von Batterien ausgeführt sein kann.Other components of the thermal imager 10a as used in the embodiment of 1 . 2 and 3 can be represented, for example, by a lighting unit 46 be given. On the bottom of the thermal imager 10a has the handle 18 also a recording 48 for receiving an energy store 50 on the by way of example in the form of a rechargeable accumulator or in the form of batteries.

Wie in 4 dargestellt, sind im Inneren der Wärmebildkamera 10a, beispielsweise auf einer Leiterplatte, elektrische Bauteile der Wärmebildkamera 10a angebracht und verschaltet. Die elektrischen Bauteile umfassen zumindest eine Steuervorrichtung 52, die Auswertevorrichtung 44 sowie ein Infrarot-Detektorarray 54 zum Detektieren von in die Eintrittsöffnung 28 der Wärmebildkamera 10a eintretender Infrarotstrahlung. Die Steuervorrichtung 52 stellt insbesondere eine Vorrichtung dar, die zumindest eine Steuerelektronik sowie Mittel zur Kommunikation mit den anderen Komponenten der Wärmebildkamera 10a umfasst, insbesondere Mittel zur Steuerung und Regelung der Wärmebildkamera 10a. Die Steuervorrichtung 52 ist mit den anderen Komponenten der Wärmebildkamera 10a, insbesondere dem Infrarot-Detektorarray 54, der Auswertevorrichtung 44, einer Datenkommunikationsschnittstelle 56, dem Energiespeichers 50, einem Datenspeicher 58, ggf. einem Verschlussmechanismus 60 („Shutter“) sowie ggf. mit den Sensoren Umgebungstemperaturfühler 40a, Umgebungsluftfeuchtefühler 40b sowie Kohlenstoffdioxidsensor 40c, aber auch mit den Bedienelementen 24, 24a und dem berührungssensitiven Bildschirm 22 signaltechnisch verbunden.As in 4 are shown inside the thermal imager 10a For example, on a circuit board, electrical components of the thermal imager 10a attached and interconnected. The electrical components comprise at least one control device 52 , the evaluation device 44 and an infrared detector array 54 for detecting into the inlet opening 28 the thermal imager 10a incoming infrared radiation. The control device 52 represents in particular a device which comprises at least one control electronics and means for communication with the other components of the thermal imaging camera 10a includes, in particular means for controlling and regulating the thermal imaging camera 10a , The control device 52 is with the other components of the thermal imager 10a , in particular the infrared detector array 54 , the evaluator 44 , a data communication interface 56 , the energy store 50 , a data store 58 , if necessary, a locking mechanism 60 ("Shutter") and if necessary with the sensors ambient temperature sensor 40a , Ambient humidity sensor 40b and carbon dioxide sensor 40c but also with the controls 24 . 24a and the touch-sensitive screen 22 connected by signal technology.

Das Infrarot-Detektorarray 54 der Wärmebildkamera 10a besteht aus einer Vielzahl von für Infrarotstrahlung empfindlichen Pixeln 62. Die Pixel sind dazu vorgesehen, Infrarotstrahlung aus dem infraroten Strahlungsspektrum, die in dem Raumwinkelbereich Φ 30 ausgehend von der zu untersuchenden Szenerie 14 in die Eintrittsöffnung 28 der Wärmebildkamera 10a eintritt (vgl. 3), zu erfassen. Jedes Pixel 62 ist dazu vorgesehen, ein elektrisches Detektionssignal an seinem Ausgang bereitzustellen, dass mit der eingestrahlten Wärmeleistung der Infrarotstrahlung auf das Pixel 62 korreliert. Diese Pixel-abhängigen Detektionssignale werden einzeln oder in Kombination mit anderen Detektionssignalen anderer Pixel 62 zunächst an die Steuervorrichtung 52 der Wärmebildkamera 10a ausgegeben und von dieser an die Auswertevorrichtung 44 weitergeleitet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Pixel 62 als Infrarotstrahlungsempfindliche p/n-Dioden realisiert. Vorteilhaft sind die Pixel 62 des Infrarot-Detektorarrays 54 Matrix-artig an der der Szenerie 14 zugewandten Oberfläche des Infrarot-Detektorarrays 54 angeordnet. Die Anzahl von Pixeln 62 beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere 80×80 Pixel, bevorzugt 360×240 Pixel, besonders bevorzugt 640×480 Pixel. The infrared detector array 54 the thermal imager 10a consists of a large number of infrared-sensitive pixels 62 , The pixels are intended to emit infrared radiation from the infrared radiation spectrum which is in the solid angle range Φ 30 starting from the scene to be examined 14 in the entrance opening 28 the thermal imager 10a entry (cf. 3 ), capture. Every pixel 62 is intended to provide an electrical detection signal at its output that with the radiated heat output of the infrared radiation to the pixel 62 correlated. These pixel-dependent detection signals are used singly or in combination with other detection signals of other pixels 62 first to the control device 52 the thermal imager 10a output and from this to the evaluation device 44 forwarded. In the illustrated embodiment, the pixels are 62 realized as infrared radiation sensitive p / n diodes. The pixels are advantageous 62 of the infrared detector array 54 Matrix-like at the scene 14 facing surface of the infrared detector array 54 arranged. The number of pixels 62 is in the illustrated embodiment, in particular 80 × 80 pixels, preferably 360 × 240 pixels, more preferably 640 × 480 pixels.

Die Auswertevorrichtung 44 dient dem Empfangen und Auswerten von Detektionssignalen des Infrarot-Detektorarrays 54, wobei die Auswertevorrichtung 44 basierend auf Detektionssignalen zumindest einer Mehrzahl von mit Infrarotstrahlung beleuchteten Pixeln 62 eine Auswertung der zweidimensionalen Temperaturinformation 12, insbesondere des Wärmebilds 12a, der untersuchten Szenerie 14 durchführt. Die Auswertevorrichtung 44 weist zumindest einen Prozessor, einen Speicher und ein Betriebsprogramm mit Auswerte- und Berechnungsroutinen auf (jeweils nicht näher bezeichnet). Die ausgewertete zweidimensionale Temperaturinformation 12, insbesondere das erzeugte Wärmebild 12a, kann von der Auswertevorrichtung 44 zur weiteren Verarbeitung und/oder zur Ausgabe einem Benutzer der Wärmebildkamera 10a mittels einer Ausgabevorrichtung und/oder einem externen Gerät mittels der Datenkommunikationsschnittstelle 56 bereitgestellt werden. Ferner ist die Auswertevorrichtung 44 dazu vorgesehen, das Wärmebild 12a um einen entfernungsabhängigen Messfehler zu korrigieren. Dazu kann die Auswertevorrichtung 44 ferner in dem Datenspeicher 58 gespeicherte Korrekturtabellen abrufen und verarbeiten. Die Korrekturtabellen dienen insbesondere der Zuordnung von Korrekturwerten zu Entfernungen, sodass für jede ermittelte Entfernung ein Korrekturwert aus der Tabelle ausgelesen werden kann. Die Zuordnung von Entfernungen zu jeweiligen Korrekturwerten erfolgt bei einer Werkskalibrierung der Wärmebildkamera 10a.The evaluation device 44 serves to receive and evaluate detection signals of the infrared detector array 54 , wherein the evaluation device 44 based on detection signals of at least a plurality of infrared ray illuminated pixels 62 an evaluation of the two-dimensional temperature information 12 , in particular the thermal image 12a , the scene studied 14 performs. The evaluation device 44 has at least one processor, a memory and an operating program with evaluation and calculation routines (each unspecified). The evaluated two-dimensional temperature information 12 , in particular the generated thermal image 12a , can from the evaluation device 44 for further processing and / or output to a user of the thermal imager 10a by means of an output device and / or an external device by means of the data communication interface 56 to be provided. Furthermore, the evaluation device 44 provided the thermal image 12a to correct a distance-dependent measurement error. For this purpose, the evaluation device 44 further in the data memory 58 retrieve and process stored correction tables. The correction tables serve, in particular, for the assignment of correction values to distances, so that a correction value can be read from the table for each determined distance. The assignment of distances to respective correction values takes place during a factory calibration of the thermal imaging camera 10a ,

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das von dem Messszenario der 4 ausgeht, in dem ein Benutzer der Wärmebildkamera 10a an einer Untersuchung der Temperaturverteilung der Szenerie 14 interessiert ist. Dabei dient die Wärmebildkamera 10a der Erfassung eines Wärmebilds 12a der zu untersuchenden Szenerie 14. Das ermittelte Wärmebild 12a ist aus einer Vielzahl von ortsaufgelösten und/oder raumwinkelaufgelösten Temperaturmesswerten zusammengesetzt (entsprechend Pixeln des Wärmebilds 12a). Die Wärmebildkamera 10a ist dazu eingerichtet, zur kontaktfreien Ermittlung des Wärmebilds 12a der Szenerie 14 aus oder in dem Raumwinkelbereich Φ 30 abgestrahlte Infrarotstrahlung zu detektieren. In the following, the method according to the invention will be explained using an exemplary embodiment which is based on the measurement scenario of FIG 4 goes out in which a user of the thermal imager 10a on an investigation of the temperature distribution of the scenery 14 is interested. The thermal imaging camera serves this purpose 10a the capture of a thermal image 12a the scene to be examined 14 , The determined thermal image 12a is composed of a plurality of spatially resolved and / or spatial angle resolved temperature measurements (corresponding to pixels of the thermal image 12a ). The thermal imager 10a is set up for non-contact determination of the thermal image 12a the scenery 14 from or in the solid angle range Φ 30 to detect radiated infrared radiation.

In 5 ist ein Verfahrensdiagramm dargestellt, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur kontaktfreien Ermittlung der zweidimensionalen Temperaturinformation 12 der Szenerie 14, insbesondere zur kontaktfreien Ermittlung des Wärmebildes 12a der Szenerie 14, wiedergibt. Das Verfahren ist dazu vorgesehen, von einer Wärmebildkamera 10a betrieben zu werden, wie sie im Zusammenhang mit den 1 bis 4 und 8 vorgestellt wird. In 5 a process diagram is shown, which is an embodiment of the method according to the invention for non-contact determination of the two-dimensional temperature information 12 the scenery 14 , in particular for non-contact determination of the thermal image 12a the scenery 14 , reproduces. The method is intended by a thermal imaging camera 10a to be operated as related to the 1 to 4 and 8th is presented.

Ausgehend von dem in 4 dargestellten Messszenario richtet der Benutzer der Wärmebildkamera 10a zur Vermessung der Szenerie 14 die Wärmebildkamera 10a auf die zu untersuchende Szenerie 14. In einem ersten Verfahrensschritt 200 betätigt der Benutzer daraufhin den Taster 24a der Wärmebildkamera 10a und initiiert dadurch das Messen von Infrarotstrahlung aus dem Raumwinkelbereich Φ 30 (Verfahrensschritt 202) mittels des Infrarot-Detektorarrays 54 der Wärmebildkamera 10a sowie das Ermitteln einer zweidimensionalen Entfernungsinformation 36 (Verfahrensschritt 204) zwischen der Wärmebildkamera 10a und der Szenerie 14 mittels der Entfernungsbestimmungsvorrichtung 34. Die zweidimensionale Entfernungsinformation wird in dem vorgestellten Ausführungsbeispiel für denselben Raumwinkelbereich Φ 30 bestimmt, in dem Infrarotstrahlung gemessen wird. Die jeweiligen Detektionssignale des Infrarot-Detektorarrays 54 bzw. der Entfernungsbestimmungsvorrichtung 34 werden dabei an die Auswertevorrichtung 54 weitergeleitet, von der sie ausgewertet werden und anschließend zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stehen. Somit erzeugt die Wärmebildkamera 10a in Verfahrensschritt 202 eine (unkorrigierte) zweidimensionale Temperaturinformation 12, insbesondere ein Wärmebild 12a, wie beispielhaft in 6a dargestellt ist. Ferner erzeugt die Wärmebildkamera 10a in Verfahrensschritt 204 eine zweidimensionale Entfernungsinformation 36 in Form einer Entfernungskarte 36a, wie sie beispielhaft in 6b dargestellt ist.Starting from the in 4 The measuring scenario shown is directed by the user of the thermal imager 10a to measure the scenery 14 the thermal imager 10a to be examined scenery 14 , In a first process step 200 The user then actuates the button 24a the thermal imager 10a and thereby initiates the measurement of infrared radiation from the solid angle range Φ 30 (Step 202 ) by means of the infrared detector array 54 the thermal imager 10a and determining a two-dimensional distance information 36 (Step 204 ) between the thermal imager 10a and the scenery 14 by the distance determining device 34 , The two-dimensional distance information is in the presented embodiment for the same solid angle range Φ 30 determines, is measured in the infrared radiation. The respective detection signals of the infrared detector array 54 or the distance determining device 34 are doing to the evaluation device 54 from which they are evaluated and then available for further processing. Thus, the thermal imager creates 10a in process step 202 an (uncorrected) two-dimensional temperature information 12 , in particular a thermal image 12a as exemplified in 6a is shown. Furthermore, the thermal imager generates 10a in process step 204 a two-dimensional distance information 36 in the form of a distance map 36a as exemplified in 6b is shown.

Anschließend wird in dem mit 206 bezeichneten Verfahrensblock die zweidimensionale Temperaturinformation 12, insbesondere das Wärmebild 12a, um einen entfernungsabhängigen Messfehler raumwinkelaufgelöst korrigiert. Die ermittelte zweidimensionale Temperaturinformation 12 wird dabei mit einem multiplikativen oder additiven Korrekturwert ortsaufgelöst korrigiert. Insbesondere wird dazu in Verfahrensschritt 208 unter Verwendung der zweidimensionalen Entfernungsinformation 36 eine Korrekturkarte 64 (vgl. 6c) mit einzelnen Korrekturwerten 66 erzeugt. Die jeweils entfernungsabhängigen Korrekturwerte 66 werden dazu aus einer in der Wärmebildkamera gespeicherten Tabelle oder alternativ mittels einer hinterlegten Funktion für diejenigen Entfernungen 68 ausgelesen bzw. berechnet, die der zweidimensionalen Entfernungsinformation 36 entnommen werden. Die Tabelle hält hierfür zu unterschiedlichen Entfernungen 68 jeweils zugehörige Korrekturwerte 66 bereit (Tabelle oder Funktion nicht näher dargestellt). Anschließend wird die Korrekturkarte 64 in Verfahrensschritt 210 auf die zweidimensionale Temperaturinformation 12, insbesondere das Wärmebild 12a, angewandt. Subsequently, in the process block designated by 206, the two-dimensional temperature information 12 , especially the thermal image 12a , corrected for a distance-dependent measurement error spatial angle resolved. The determined two-dimensional temperature information 12 is corrected in a spatially resolved manner with a multiplicative or additive correction value. In particular, this is in process step 208 using the two-dimensional distance information 36 a correction card 64 (see. 6c ) with individual correction values 66 generated. The distance-dependent correction values 66 This is done from a table stored in the thermal imager or alternatively by means of a stored function for those distances 68 read out or calculated, the two-dimensional distance information 36 be removed. The table holds for this to different distances 68 respectively associated correction values 66 ready (table or function not shown). Subsequently, the correction map 64 in process step 210 on the two-dimensional temperature information 12 , especially the thermal image 12a , applied.

Dies sei im Folgenden näher erläutert: Der von der Wärmebildkamera 10a erfasste Raumwinkelbereich Φ 30 wird in der zweidimensionalen Temperaturinformation 12, insbesondere in dem Wärmebild 12a, wiedergegeben bzw. abgebildet (vgl. untereinander dargestellte 6a/6d bzw. 6b/6e). Da das Infrarot-Detektorarray 54 eine Vielzahl von Pixeln 62 aufweist, die den Raumwinkelbereich Φ 30 in jeweils Raumwinkelteilbereiche φ 30a unterteilen (vgl. 6d), wobei die Gesamtheit der Raumwinkelteilbereiche φ 30a dem gesamten Raumwinkelbereich Φ 30 entspricht, weist auch die zweidimensionale Temperaturinformation 12 (vgl. 6a), insbesondere das Wärmebild 12a, eine entsprechende Unterteilung in eine Vielzahl von Pixel auf. Dies ist Zusammenschau von 6a und 6d dargestellt. Hat das Infrarot-Detektorarray 54 beispielsweise insgesamt 10×10 Pixel, so kann der Raumwinkelbereich Φ 30 und damit auch die zweidimensionale Temperaturinformation 12, insbesondere das Wärmebild 12a, in besonders einfacher Weise in 100 (10×10) Raumwinkelteilbereiche φ 30a (in 6d nur in einer Dimension gezeigt, daher 10 Raumwinkelteilbereiche φ 30a) bzw. Bildpixel (6a) unterteilt werden. Analog zu dieser Unterteilung kann auch der von der Entfernungsbestimmungsvorrichtung 34 erfasste Raumwinkelbereich Δ 76 (der hier dem Raumwinkelbereich Φ 30 entspricht, vgl. 6b) bzw. die für den Raumwinkelbereich Δ 76 ermittelte zweidimensionale Entfernungsinformation 36 in 100 (10×10) Raumwinkelteilbereiche δ 76a (6e) und somit in 100 (10×10) einzelne Entfernungswerte 68 unterteilt werden. Ferner können analog zu dieser Unterteilung aus den 100 Entfernungswerten 68 der zweidimensionale Entfernungsinformation 36 ebenso 100 Korrekturwerte 66 der Korrekturkarte 64 ermittelt werden. Auf diese Weise kann eine einfache, direkte Zuordnung von Temperaturwerten 74 und Korrekturwerten 66 erfolgen. Dabei werden in der in 6 dargestellten Ausgestaltung die diskreten, ortsaufgelösten Temperaturwerte 74 jeweils mit entsprechenden diskreten, ortsaufgelösten Korrekturwerten 66 verrechnet, insbesondere addiert. Weisen die Kameras 38 eine höhere Pixelanzahl auf als das Infrarot-Detektorarray 54, so können jeweils mehrere dieser Kamerapixel gemittelt werden, um auf die gleiche, von der Anzahl der Raumwinkelteilbereiche φ 30 definierten, Anzahl von Raumwinkelteilbereichen δ 76a zu kommen. This will be explained in more detail below: The of the thermal imager 10a detected solid angle range Φ 30 is in the two-dimensional temperature information 12 , especially in the thermal image 12a , reproduced or mapped (cf. 6a / 6d respectively. 6b / 6e ). Because the infrared detector array 54 a variety of pixels 62 having the solid angle range Φ 30 in each solid angle partial areas φ 30a subdivide (cf. 6d ), wherein the totality of the solid angle partial regions φ 30a the entire solid angle range Φ 30 corresponds, also indicates the two-dimensional temperature information 12 (see. 6a ), especially the thermal image 12a , a corresponding subdivision into a plurality of pixels. This is synopsis of 6a and 6d shown. Has the infrared detector array 54 For example, a total of 10 × 10 pixels, so the solid angle range Φ 30 and hence the two-dimensional temperature information 12 , especially the thermal image 12a , in a particularly simple manner in 100 (10 × 10) solid angle partial areas φ 30a (in 6d shown only in one dimension, therefore 10 solid angle sections φ 30a ) or image pixels ( 6a ). Analogous to this subdivision can also be that of the distance determining device 34 detected solid angle range Δ 76 (here the solid angle range Φ 30 corresponds, cf. 6b ) or for the solid angle range Δ 76 determined two-dimensional distance information 36 in 100 (10 × 10) solid angle portions δ 76a ( 6e ) and thus in 100 (10 × 10) individual distance values 68 be divided. Furthermore, analogous to this subdivision of the 100 distance values 68 the two-dimensional distance information 36 as well as 100 correction values 66 the correction map 64 be determined. In this way can be a simple, direct assignment of temperature values 74 and correction values 66 respectively. It will be in the in 6 illustrated embodiment, the discrete, spatially resolved temperature values 74 each with corresponding discrete, spatially resolved correction values 66 charged, in particular added. Assign the cameras 38 a higher number of pixels than the infrared detector array 54 , so each of several of these camera pixels can be averaged to the same, by the number of solid angle portions φ 30 defined, number of solid angle partial areas δ 76a get.

Insbesondere weist die aus der Entfernungskarte 36a ermittelte Korrekturkarte 64 die gleiche Anzahl (hier 100 (10×10)) ortsaufgelöster Korrekturwerte 66 auf. Somit wird die zweidimensionale Entfernungsinformation 12 nicht unter Verwendung eines einzigen Entfernungsmesswerts 68 korrigiert, sondern unter Verwendung einer Vielzahl der für unterschiedliche Raumwinkelteilbereiche δ 76a der Szenerie 14 ermittelten Entfernungsmesswerte 68. In particular, the points from the distance map 36a determined correction map 64 the same number (here 100 (10 × 10)) of spatially resolved correction values 66 on. Thus, the two-dimensional distance information becomes 12 not using a single ranging value 68 but using a plurality of for different solid angle portions δ 76a the scenery 14 determined distance measurement values 68 ,

Die Korrektur der zweidimensionalen Temperaturinformation 12, insbesondere des Wärmebilds 12a, in Verfahrensblock 206 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel hinsichtlich eines entfernungsabhängigen geometrischen Messfehlers sowie hinsichtlich eines durch atmosphärische Dämpfung der gemessenen Infrarotstrahlung verursachten, entfernungsabhängigen Messfehlers (vgl. Ausführungen zu 7). Insbesondere können hierfür auch zwei oder mehrere unabhängige Tabellen mit Korrekturwerten 66 (oder Korrekturfunktionen) in der Wärmebildkamera 10a vorgehalten werden, beispielsweise zur Erzeugung einer ersten Korrekturkarte für einen geometrischen entfernungsabhängigen Messfehler sowie zur Erzeugung einer zweiten Korrekturkarte für einen durch atmosphärische Dämpfung der gemessenen Infrarotstrahlung verursachten entfernungsabhängigen Messfehler.The correction of the two-dimensional temperature information 12 , in particular the thermal image 12a , in process block 206 takes place in this embodiment in terms of a distance-dependent geometrical measurement error and in terms of a caused by atmospheric attenuation of the measured infrared radiation, distance-dependent measurement error (see comments on 7 ). In particular, two or more independent tables with correction values can also be used for this purpose 66 (or correction functions) in the thermal imager 10a be maintained, for example, to generate a first correction map for a geometric distance-dependent measurement error and for generating a second correction map for a caused by atmospheric attenuation of the measured infrared radiation distance-dependent measurement error.

Vorteilhaft werden in einem modifizierten Verfahren ferner die Beschaffenheit der die Wärmebildkamera 10a umgebenden Luft, d.h. in diesem Ausführungsbeispiel die Umgebungstemperatur, die Umgebungsluftfeuchte und die Kohlenstoffdioxidkonzentration der Luft, für die Korrektur der zweidimensionalen Temperaturinformation 12, insbesondere des Wärmebilds 12a, bei der Korrektur des Wärmebilds 12a berücksichtigt. Hierzu wertet die Auswertevorrichtung 44 zunächst in Verfahrensschritt 207 die von den Sensoren Umgebungstemperaturfühler 40a, Umgebungsluftfeuchtefühler 40b sowie Kohlenstoffdioxidsensor 40c ermittelten Werte zur relativen oder absoluten Luftfeuchte, zur Umgebungstemperatur sowie zum Kohlenstoffdioxidgehalt der die Wärmebildkamera 10a umgebenden Luft aus. Anschließend wird die Korrekturkarte 64, insbesondere die entfernungsabhängigen Korrekturwerte 66, – neben der Abhängigkeit von der Entfernung – auch in Abhängigkeit von den ermittelten Messdaten zur Luftfeuchte, zur Umgebungstemperatur sowie zum Kohlenstoffdioxidgehalt ermittelt. Die derart auf die gemessene zweidimensionale Temperaturinformation 12 anzuwendenden Korrekturwerte 66 werden somit vorteilhaft in Abhängigkeit der Eigenschaften der die Wärmebildkamera 10a umgebenden Luft gewählt. Also advantageous in a modified method, the nature of the thermal imaging camera 10a surrounding air, ie in this embodiment, the ambient temperature, the ambient humidity and the carbon dioxide concentration of the air, for the correction of the two-dimensional temperature information 12 , in particular the thermal image 12a , in the correction of the thermal image 12a considered. For this evaluates the evaluation device 44 first in process step 207 that of the sensors ambient temperature sensor 40a , Ambient humidity sensor 40b and carbon dioxide sensor 40c determined values for the relative or absolute humidity, the ambient temperature and the carbon dioxide content of the thermal imager 10a surrounding air. Subsequently, the correction map 64 , in particular the distance-dependent correction values 66 , - in addition to the dependence on the distance - also determined as a function of the measured air humidity, ambient temperature and carbon dioxide content. The thus measured on the two-dimensional temperature information 12 correction values to be applied 66 thus become advantageous depending on the characteristics of the thermal imaging camera 10a chosen ambient air.

In Verfahrensschritt 212 wird die von der Auswertevorrichtung 44 ausgewertete und korrigierte zweidimensionale Temperaturinformation 12, d.h. das Wärmebild 12a, der Steuervorrichtung 52 zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt. Derart kann eine Ausgabe an einen Benutzer der Wärmebildkamera 10a unter Verwendung des Bildschirms 22 erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Ausgabe an ein externes Datengerät (nicht näher dargestellt) wie beispielsweise an ein Smartphone, an einen Computer oder dergleichen unter Verwendung der Datenkommunikationsschnittstelle 56 erfolgen. Die Datenkommunikationsschnittstelle 56 ist dabei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eine WLAN- und/oder Bluetooth-Schnittstelle ausgeführt. Außerdem ist eine Ausgabe an den Datenspeicher 58 zur Abspeicherung der ermittelten Daten und Wärmebilder 12a denkbar.In process step 212 becomes that of the evaluation device 44 evaluated and corrected two-dimensional temperature information 12 ie the thermal image 12a , the control device 52 provided for further processing. Thus, an output can be sent to a user of the thermal imager 10a using the screen 22 respectively. Alternatively or additionally, the output may be to an external data device (not shown) such as a smartphone, a computer or the like using the data communication interface 56 respectively. The data communication interface 56 is executed in the illustrated embodiment as a WLAN and / or Bluetooth interface. There is also an output to the data store 58 for storing the determined data and thermal images 12a conceivable.

Es sei angemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren in diesem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit einer Benutzereingabe unter Verwendung des Tasters 24a initiiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren auch in zeitlichen Abständen wiederholt, insbesondere regelmäßig, bevorzugt kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich, initiiert werden (vgl. gestrichelter Pfeil 214 in 5). Insbesondere kann das Verfahren auch automatisch auf jedes auf dem Bildschirm 22 anzuzeigende Wärmebild 12a angewandt werden.It should be noted that the inventive method in this embodiment in response to a user input using the button 24a is initiated. Alternatively or additionally, the method can also be repeated at intervals, in particular regularly, preferably continuously or quasi-continuously, initiated (cf., dashed arrow 214 in 5 ). In particular, the method can also automatically affect each on the screen 22 thermal image to be displayed 12a be applied.

In 7 ist eine beispielhafte Absorptionskurve für Infrarotstrahlung in Luft dargestellt, in der die Transmission in Abhängigkeit der eingestrahlten Wellenlänge der Infrarotstrahlung wiedergegeben ist. Die Messung wurde dabei bei einer Feuchtigkeit von 60%, einer Lufttemperatur von 25 °C, einem Kohlenstoffdioxidgehalt von 0.03% sowie einer Distanz von 5 Metern durchgeführt. Es ist ersichtlich, dass die wesentlichen Absorptionsbanden für Infrarotstrahlung unterhalb von 7 µm und oberhalb von 13 µm liegen.In 7 an exemplary absorption curve for infrared radiation in air is shown, in which the transmission is reproduced as a function of the irradiated wavelength of the infrared radiation. The measurement was carried out at a humidity of 60%, an air temperature of 25 ° C, a carbon dioxide content of 0.03% and a distance of 5 meters. It can be seen that the substantial absorption bands for infrared radiation are below 7 μm and above 13 μm.

Abschließend ist in 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmebildkamera dargestellt. Die Erläuterungen zu 1 lassen sich unmittelbar übertragen. Lediglich die Entfernungsbestimmungsvorrichtung 34 ist in 8 als ein scannendes Laserentfernungsmesssystem 72 realisiert (alternativ zu der in 1 dargestellten Stereokamera).Finally, in 8th another embodiment of the thermal imaging camera according to the invention shown. The explanations to 1 can be transferred directly. Only the distance determining device 34 is in 8th as a scanning laser rangefinder 72 realized (alternatively to the in 1 shown stereo camera).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014226342 A1 [0004]
EP 01209441 B1 [0025]

Claims

Method for non-contact determination of two-dimensional temperature information ( 12 ) of a scenery ( 14 ), in particular for non-contact determination of a thermal image ( 12a ) of a scenery ( 14 ), by means of an infrared measuring system ( 10 ), comprising at least the following method steps: measuring infrared radiation from a solid angle range Φ ( 30 ) by means of an infrared detector array ( 54 ) of the infrared measuring system ( 10 ), which consists of a plurality of infrared-radiation-sensitive pixels ( 62 ), determining a two-dimensional temperature information ( 12 ), in particular a thermal image ( 12a ), from measured infrared radiation, • determining a distance information ( 36 ) between the infrared measuring system ( 10 ) and the scenery ( 14 ) by means of a distance determining device ( 34 ) of the infrared measuring system ( 10 ), • Correcting the two-dimensional temperature information ( 12 ), in particular the thermal image ( 12a ), a distance-dependent measurement error, characterized in that the distance information ( 36 ) as a two-dimensional distance information ( 36 ), in particular a distance map ( 36a ), at least partially in the solid angle range Φ ( 30 ), in which infrared radiation is measured, the two-dimensional temperature information ( 12 ), in particular the thermal image ( 12a ) to correct a distance-dependent measurement error with spatial angle resolution.

Method according to claim 1, characterized in that the two-dimensional temperature information ( 12 ), in particular the thermal image ( 12a ), for those pixels ( 62 ) for which distance information ( 36 ) was determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the two-dimensional temperature information ( 12 ), in particular the thermal image ( 12a ), using in the infrared measuring system ( 10 ), distance-dependent correction values ( 66 ) is corrected.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the two-dimensional temperature information ( 12 ), in particular the thermal image ( 12a ) is corrected for a distance-dependent geometric measurement error.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the two-dimensional temperature information ( 12 ), in particular the thermal image ( 12a ) is corrected for a distance-dependent measurement error caused by atmospheric attenuation of the measured infrared radiation.

A method according to claim 5, characterized in that further the nature of the infrared measuring system ( 10 ) surrounding air, in particular an ambient temperature and / or an ambient humidity and / or a carbon dioxide concentration of the air, when correcting the two-dimensional temperature information ( 12 ), in particular the thermal image ( 12a ).

Infrared measuring system ( 10 ), in particular handheld thermal imaging camera ( 10a ), for non-contact determination of a two-dimensional temperature information ( 12 ) of a scenery ( 14 ), in particular for non-contact determination of a thermal image ( 12a ) of a scenery ( 14 ), comprising at least one infrared detector array ( 54 ), which consists of a plurality of infrared-radiation-sensitive pixels ( 62 ) characterized by a distance determining device ( 34 ) arranged to provide two-dimensional distance information ( 36 ), in particular a distance map ( 36a ), between the infrared measuring system ( 10 ) and the scenery ( 14 ) to investigate.

Infrared measuring system ( 10 ) according to claim 7, characterized in that one of the distance determining device ( 34 ) detected solid angle range Δ ( 70 ) at least partially that solid angle range Φ ( 30 ), preferably substantially that solid angle range Φ ( 30 ), in the infrared radiation by means of the infrared detector array ( 10 ) is measured.

Infrared measuring system ( 10 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the distance determining device ( 34 ) is realized as a stereo camera.

Infrared measuring system ( 10 ) according to one of claims 7 to 9, characterized in that the distance determining device ( 34 ) as a scanning laser rangefinding system ( 72 ) is realized, in particular as a LIDAR system is realized.

Infrared measuring system ( 10 ) according to one of claims 7 to 10, characterized in that the infrared measuring system ( 10 ) an ambient temperature sensor ( 40a ) for determining an ambient temperature and / or an ambient air humidity sensor ( 40b ) for determining an ambient humidity and / or a carbon dioxide sensor ( 40c ) for determining a carbon dioxide concentration of the air.

Infrared measuring system ( 10 ) according to one of claims 7 to 11, further comprising at least one Evaluation device ( 44 ), characterized in that the evaluation device ( 44 ) is adapted to perform the method according to any one of claims 1-6.