DE102016218295A1

DE102016218295A1 - Verfahren zur kontaktfreien Ermittlung einer zweidimensionalen Temperaturin-formation sowie Infrarot-Messsystem

Info

Publication number: DE102016218295A1
Application number: DE102016218295.1A
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: EP3516355A1; CN109716080A; WO2018054670A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur kontaktfreien Ermittlung einer zweidimensionalen Temperaturinformation (12) einer Szenerie (14), insbesondere zur kontaktfreien Ermittlung eines Wärmebildes (12a) einer Szenerie (14), mittels eines Infrarot-Messsystems (10) vorgeschlagen, das zumindest folgende Verfahrensschritte aufweist: • Messen von Infrarotstrahlung mittels eines Infrarot-Detektorarrays (44) des Infrarot-Messsystems (10), das aus einer Vielzahl von für Infrarotstrahlung empfindlichen Pixeln (52) besteht, • Ermitteln einer zweidimensionalen Temperaturinformation (12), insbesondere eines Wärmebildes (12a), aus gemessener Infrarotstrahlung, • Ermitteln einer Entfernungsinformation (36) zwischen dem Infrarot-Messsystem (10) und der Szenerie (14) mittels einer Entfernungsbestimmungsvorrichtung (34) des Infrarot-Messsystems (10). Erfindungsgemäß wird die zweidimensionale Temperaturinformation (12), insbesondere das Wärmebild (12a), unter Verwendung der Entfernungsinformation (36) hinsichtlich einer geometrischen Größe ausgewertet. Ferner wird ein entsprechendes Infrarot-Messsystems (10) vorgeschlagen.

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.
Stand der Technik
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.
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 zwischen insbesondere 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.
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.
Offenbarung der Erfindung
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.
Das Infrarot-Messsystem, insbesondere die handgehaltene Wärmebildkamera, weist zumindest ein Infrarot-Detektorarray, das aus einer Vielzahl von für Infrarotstrahlung empfindlichen Pixeln besteht, sowie eine Entfernungsbestimmungsvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Entfernungsinformation zwischen dem Infrarot-Messsystem und der Szenerie zu ermitteln. Erfindungsgemäß ist eine Auswertevorrichtung dazu vorgesehen, die zweidimensionale Temperaturinformation, insbesondere das Wärmebild, unter Verwendung der Entfernungsinformation hinsichtlich einer geometrischen Größe, insbesondere hinsichtlich einer Distanz und/oder eines Flächeninhalts, unter Anwendung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens auszuwerten.
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.
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 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 – 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 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.
Zum Messen von Infrarotstrahlung weist das Infrarot-Messsystem zumindest ein 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 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 ermitteln und daraus ein Detektionssignal erzeugen. Das von jedem Pixel bereitgestellte Detektionssignal kann anschließend zur Bestimmung einer Temperaturinformation 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.
Jedes Pixel des Infrarot-Detektorarrays stellt ein für Infrarotstrahlung 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 jeweiligen Element auftreffenden Infrarotstrahlungsintensität. Beispiele derartiger für Infrarotstrahlung empfindlicher 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, für Infrarotstrahlung empfindliche Elemente verstanden werden.
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 gemessenen zweidimensionalen Temperaturinformation. Durch die Matrix-artige Anordnung kann eine besonders homogene und insbesondere lückenlose Erfassung von Infrarotstrahlung aus dem Raumwinkelbereich erfolgen, da das Infrarot-Detektorarray homogen und insbesondere lückenlos mit Pixeln versehen ist.
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.
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.
Ferner kann das Infrarot-Messsystem in einer Ausführungsform auch eine Optik, insbesondere eine abbildende Optik zur Abbildung von Infrarotstrahlung aus dem Raumwinkelbereich auf das Infrarot-Detektorarray, aufweisen. Eine derartige Optik ist dazu vorgesehen, aus dem Raumwinkelbereich emittierte Infrarotstrahlung, vorzugsweise im mittleren Infrarotspektrum im Wellenlängenbereich zwischen 3 µm und 50 µm, 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, d.h. eine Größe des Messbereichs des Infrarot-Messsystems, unter Verwendung der Optik veränderbar einzustellen, insbesondere stufenlos „zoombar“ einzustellen.
Die Entfernungsbestimmungsvorrichtung des Infrarot-Messsystems ist dazu eingerichtet, eine Entfernungsinformation zwischen dem Infrarot-Messsystem und der zu untersuchenden Szenerie, auf die das Infrarot-Messsystem gerichtet ist, zu ermitteln. Unter der „Entfernungsinformation“ ist im Rahmen dieser Schrift eine Information zu verstehen, die den Abstand oder die Distanz zwischen dem Infrarot-Messsystem und der zu untersuchenden Szenerie betrifft. Die Entfernungsinformation umfasst vorzugsweise eine Längenangabe, die in einem Ausführungsbeispiel in Metern spezifiziert sein kann.
In einer Ausführungsform des Infrarot-Messsystems kann die Entfernungsinformation auch als eine zweidimensionale Entfernungsinformation realisiert sein. Unter einer derartigen „zweidimensionalen Entfernungsinformation“ kann beispielsweise eine Entfernungsinformation verstanden werden, die richtungs- und/oder raumwinkel- und/oder ortsaufgelöste, insbesondere pixelaufgelöste oder pixelzugehörige, Entfernungsinformationen umfasst. Die zweidimensionale Entfernungsinformation ordnet somit 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. In einer Ausführungsform kann die zweidimensionalen Entfernungsinformation beispielsweise in Form einer insbesondere zweidimensionalen Matrix, Tabelle, Array, Liste oder dergleichen verarbeitet und/oder gespeichert werden. Insbesondere kann diese zweidimensionale Entfernungsinformation als eine „Entfernungskarte“ interpretiert werden, die ein Tiefenprofil der zu untersuchenden Szenerie enthält.
In einer Ausführungsform des Infrarot-Messsystems ist die Entfernungsbestimmungsvorrichtung als ein Laserentfernungsmesser oder eine Stereokamera oder als ein scannendes Laserentfernungsmesssystem 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 einem Raumwinkelbereich der Entfernungsbestimmungsvorrichtung die gleichzeitige Aufnahme von für 3D-Bilder erforderlichen stereoskopischen Halbbildern. Insbesondere können eine Belichtungssteuerung und eine mögliche Schärfeneinstellung beider Kameras gekoppelt 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. Ferner kann unter Verwendung der Stereokamera auf besonders einfache und wirtschaftlich günstige Weise eine zweidimensional aufgelöste Entfernungsinformation, beispielsweise in Form einer zweidimensionalen Entfernungskarte, ermittelt werden.
In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform des Infrarot-Messsystems ist die Entfernungsbestimmungsvorrichtung als ein Laserentfernungsmesser und/oder als ein scannendes Laserentfernungsmesssystem realisiert, insbesondere als ein LIDAR-System.
Unter einem „Laserentfernungsmesser“ ist ein optisches Entfernungsmessgerät zu verstehen, das einen zeitlich modulierten Laserstrahl in Richtung auf die Szenerie aussendet. Das von der Szenerie, insbesondere einem Objekt der Szenerie, reflektierte oder gestreute, rücklaufende Licht wird von dem Laserentfernungsmesser zumindest teilweise detektiert und zur Ermittlung der zu messenden Entfernung verwendet. Um die Entfernung zu der Szenerie mit dem Laserstrahl messen zu können, wird der Laserstrahl beispielsweise in seiner Intensität zeitlich moduliert. Es können beispielsweise Laserpulse ausgesendet werden und eine Laufzeit eines Laserpulses von der Aussendung bis zur Detektion gemessen werden und daraus die Entfernung zu der Szenerie errechnet werden. Alternativ kann ein Laserstrahl in seiner Intensität zeitlich periodisch moduliert werden und eine Phasenverschiebung zwischen dem ausgesendeten und dem detektierten Lasersignal verwendet werden, um die Laufzeit und damit die Entfernung zu er Szenerie zu bestimmen. Das Prinzip der Laserentfernungsmessung ist allgemein unter der Bezeichnung „Time-of-Flight-Ranging“ bekannt. Unter Verwendung des Laserentfernungsmessers kann auf besonders genaue Weise eine Entfernung zwischen dem Infrarot-Messsystem und der Szenerie bestimmt werden und als (hier eindimensionale) Entfernungsinformation dem Infrarot-Messsystem zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden. Ein scannendes Laser-Entfernungsmesssystem kombiniert die Funktion der Laserentfernungsmessung mit einem mechanischen Scanner, der die Möglichkeit bietet, Entfernungsmessungen sequentiell unter definierten Abstrahlwinkeln in unterschiedliche Richtungen bzw. in unterschiedliche Raumwinkelbereiche zu realisieren. Das scannende Laser-Entfernungsmesssystem oder LIDAR (Abkürzung für engl. Light Detection and Ranging“) als Entfernungsbestimmungsvorrichtung erlaubt somit, auf einfache Weise eine zumindest zweidimensionale Vermessung der Szenerie durchzuführen, wobei Entfernungen zwischen dem Infrarot-Messsystem und Punkten oder Bereichen der Szenerie in einer Vielzahl von Richtungen und/oder Raumwinkelbereichen ermittelt werden. Dabei wird der emittierte Lichtstrahl, insbesondere sukzessiv, über die gesamte zu vermessende Szenerie geführt und die Szenerie somit abgerastert. Die mechanische Ablenkeinheit kann insbesondere als ein Scanner unter Verwendung eines Mikro-Spiegels realisiert sein. Ein derartiges scannendes Laserentfernungsmesssystem ist beispielsweise in EP 01209441 B1 beschrieben.
Es sei angemerkt, dass die Entfernungsbestimmungsvorrichtung auch auf anderen, einem Fachmann geläufigen Verfahren der Entfernungsbestimmung wie beispielsweise einer Radarmessung oder dergleichen, basieren kann und nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt ist.
Erfindungsgemäß weist das Infrarot-Messsystem eine Auswertevorrichtung auf, die dazu vorgesehen ist, die zweidimensionale Temperaturinformation, insbesondere das Wärmebild, unter Verwendung der Entfernungsinformation hinsichtlich einer geometrischen Größe, insbesondere hinsichtlich einer Distanz und/oder eines Flächeninhalts, auszuwerten.
Unter der „Auswertevorrichtung“ des Infrarot-Messsystems soll eine Vorrichtung verstanden werden, die zumindest einen Informationseingang zur Annahme von Detektionssignalen und Entfernungsinformationen, eine Informationsverarbeitungseinheit zur Bearbeitung, insbesondere Auswertung der angenommenen Detektionssignale und Entfernungsinformationen, sowie eine Informationsausgabe zur Weitergabe der bearbeiteten und/oder ausgewerteten Detektionssignale und/oder Auswerteinformationen 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, insbesondere von den mit der Auswertevorrichtung signaltechnisch verbindbaren Pixeln, 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. Auf diese Weise dient die Auswertevorrichtung der „Ermittlung einer zweidimensionalen Temperaturinformation, insbesondere eines Wärmebildes, aus gemessener Infrarotstrahlung“. Die ausgewertete zweidimensionale Temperaturinformation, insbesondere ein 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.
Des Weiteren ist die Auswertevorrichtung dazu eingerichtet und dazu vorgesehen, die zweidimensionale Temperaturinformation, insbesondere das Wärmebild, hinsichtlich einer geometrischen Größe, insbesondere hinsichtlich einer Distanz und/oder eines Flächeninhalts, unter Verwendung der Entfernungsinformation gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuwerten.
In einer Ausführungsform des Infrarot-Messsystems weist das Infrarot-Messsystem einen Bildschirm auf, mittels dem eine Information betreffend die ausgewertete geometrische Größe mit der zweidimensionalen Temperaturinformation überlagert oder überblendet, insbesondere mit dem Wärmebild überlagert oder überblendet, darstellbar ist. Insbesondere ist unter der „Überlagerung“ die Überlagerung, Überblendung, Kombination oder dergleichen zumindest der zweidimensionalen Temperaturinformation sowie der Information betreffend die ausgewertete geometrische Größe zu verstehen. Auf diese Weise kann eine kombinierte Darstellung in Form eines „integrierten Bildes“ realisiert werden. Die kombinierte Darstellung ist dazu vorgesehen, mittels des Bildschirms an einen Benutzer des Infrarot-Messsystems ausgegeben zu werden. Die überlagerte oder überblendete Darstellung stellt eine intuitiv besonders verständliche Interpretationshilfe und/oder Darstellungshilfe dar, die einem Benutzer des Infrarot-Messsystems die Interpretation und Bewertung der mittels des Bildschirms dargestellten zweidimensionalen Temperaturinformation erleichtert.
Die Formulierung „darstellbar“ macht deutlich, dass bei Betrieb des Infrarot-Messsystems die Information betreffend die ausgewertete geometrische Größe mit der zweidimensionalen Temperaturinformation überlagert oder überblendet auch tatsächlich dargestellt wird.
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 die Auswertevorrichtung des Infrarot-Messsystems zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens ausgebildet und vorgesehen.
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 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.

Erfindungsgemäß wird die zweidimensionale Temperaturinformation, insbesondere das Wärmebild, unter Verwendung der Entfernungsinformation hinsichtlich einer geometrischen Größe, insbesondere hinsichtlich einer Distanz und/oder eines Flächeninhalts, ausgewertet.
Dazu ist die Auswertevorrichtung eingerichtet und vorgesehen, die zweidimensionale Temperaturinformation, insbesondere das Wärmebild, hinsichtlich einer geometrischen Größe, insbesondere hinsichtlich einer Distanz und/oder eines Flächeninhalts, unter Verwendung der Entfernungsinformation auszuwerten. Insbesondere ist die Auswertevorrichtung zur Berechnung von geometrischen Größen, beispielsweise von Distanzen, Flächeninhalten, Volumina, Winkeln, Raumwinkeln oder dergleichen, unter Verwendung der zweidimensionalen Temperaturinformation sowie der Entfernungsinformation vorgesehen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens betrifft die geometrische Größe zumindest eine laterale Distanz, insbesondere eine laterale Distanz einer frei auswählbaren oder automatisch ausgewählten Länge, in der Szenerie. Insbesondere lässt sich die mittels des Infrarot-Messsystems aufgenommene zweidimensionale Temperaturinformation, insbesondere das Wärmebild, unter Verwendung der Auswertevorrichtung bezüglich eines Raumwinkels auswerten. Dies bedeutet, dass insbesondere jedes Pixel der mittels des Infrarot-Detektorarrays aufgenommenen zweidimensionalen Temperaturinformation einem bekannten, von der Winkelauflösung der verwendeten Optik abhängigen Raumwinkel entspricht. Dieser Raumwinkel kann, unter Verwendung der mittels der Entfernungsbestimmungsvorrichtung ermittelten Entfernungsinformation zwischen dem Infrarot-Messsystem und der Szenerie, in eine Distanz, insbesondere eine laterale Distanz, umgerechnet werden. Somit ist die Auswertevorrichtung eingerichtet, die zweidimensionale Temperaturinformation hinsichtlich einer „Distanz auszuwerten“. Eine derartige Umrechnung kann beispielsweise mittels einer trigonometrischen Funktion erfolgen. Somit lassen sich aus der zweidimensionalen Temperaturinformation unter Verwendung der Entfernungsinformation indirekte, d.h. laterale, Distanz ermitteln bzw. errechnen, die einem Abstand von in der Szenerie befindlichen Punkten zugeordnet werden können. Indem beispielsweise durch einen wählbaren Pixel-Abstand zwischen zwei Pixeln in einem dargestellten Wärmebild die indirekt zu bestimmende laterale Distanz definiert wird, kann über die bekannte Winkelauflösung und die Entfernungsinformation eine prinzipielle Umrechnung dieses Pixel-Abstands (in der zweidimensionalen Temperaturinformation) in eine tatsächliche Distanz zweier Punkte in der Szenerie erfolgen. Somit kann in einem Anwendungsbeispiel ein Benutzer des Infrarot-Messsystems nach Auswahl zweier Pixel in einem dargestellten Wärmebild eine Information betreffend die reale Distanz in der Szenerie – beispielsweise in Metern – mit dem Wärmebild überblendet angezeigt bekommen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens betrifft die geometrische Größe zumindest eine Position zumindest eines Merkmals in der Szenerie.
Somit kann auf besonders einfache und intuitiv verständliche Weise eine Position eines in der zweidimensionalen Temperaturinformation identifizierten Merkmals, beispielsweise einer Kältebrücke, durch zumindest zwei Distanzen hinsichtlich der realen Position in der Szenerie bestimmt werden. Die Distanzen können beispielsweise in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen ermittelt werden und somit eine Art Koordinatenangabe des identifizierten Merkmals bezogen auf die Szenerie erlauben. Eine derartige Koordinatenangabe kann beispielsweise bezogen auf einen horizontalen Abstand und bezogen auf einen vertikalen Abstand jeweils zu einer markanten Referenzstelle (z.B. einer Kante oder einer Ecke) als (x, y)-Angabe definiert sein. Durch Auswertung der Position ist einem Benutzer des Infrarot-Messsystems die unmittelbare Übertagung der Position eines in der ausgewerteten und dargestellten zweidimensionalen Temperaturinformation identifizierten Merkmals auf die reale Szenerie besonders einfach möglich.
In einer Ausführungsform des Verfahrens betrifft die geometrische Größe einen Flächeninhalt einer Fläche, insbesondere einen Flächeninhalt einer frei auswählbaren oder automatisch ausgewählten Fläche, in der Szenerie. Unter „hinsichtlich eines Flächeninhalts auswerten“ ist insbesondere zu verstehen – in Analogie zur Berechnung einer Distanz – Flächeninhalte prinzipiell beliebiger geometrischer Figuren unter Verwendung der zweidimensionalen Temperaturinformation und der Entfernungsinformation zu bestimmen bzw. zu berechnen. Beispielsweise kann diese Berechnung unter Verwendung ermittelter Distanzen und/oder Winkel, insbesondere auch unter Anwendung trigonometrischer Funktionen, erfolgen. Auf diese Weise lassen sich auf einfache Weise Flächeninhalte beispielsweise von Rechtecken, Dreiecken, Quadraten oder dergleichen bestimmen. Insbesondere kann ein Benutzer in einem Anwendungsbeispiel des Infrarot-Messsystems nach Auswahl einer Fläche – beispielsweise definiert über vier Pixel, die die Ecken eines Rechtecks definieren – in einem dargestellten Wärmebild eine Information betreffend die reale Fläche – beispielsweise in Quadratmetern – mit dem Wärmebild überblendet angezeigt bekommen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Fläche durch einen Benutzer des Infrarot-Messsystems durch Vorgabe einer Isotherme bestimmt. Somit kann eine besonders einfache, technisch relevante Definition einer auszuwertenden Fläche durchgeführt werden. In einem Anwendungsbeispiel des Infrarot-Messsystems kann der Benutzer beispielsweise mit der Suche nach einer Kältebrücke in einer Hausfassade und deren Größenbestimmung beschäftigt sein. Durch Vorgabe einer Isotherme, beispielsweise in Form einer Schwellwerttemperatur, kann die zweidimensionale Temperaturinformation als Grundlage zur Bestimmung des Flächeninhalts nach Temperaturwerten, die der Isotherme entsprechen (oder alternativ diese über- oder unterschreiten) durchsucht werden. Basierend auf der somit definierten Fläche, für die die Temperaturwerte der Isotherme entsprechen (oder alternativ diese über- oder unterschreiten), kann anschließend der reale Flächeninhalt bezogen auf die Szenerie berechnet werden.
Es sei angemerkt, dass unter Verwendung einer zweidimensionalen Entfernungsinformation, insbesondere einer Entfernungskarte, die Auswertung der zweidimensionalen Temperaturinformation, insbesondere des Wärmebilds, hinsichtlich einer geometrischen Größe, insbesondere hinsichtlich einer Distanz und/oder eines Flächeninhalts, noch genauer realisiert werden kann. Steht beispielsweise die zu untersuchende Szenerie in ihrer lateralen Erstreckung nicht senkrecht zu der Verbindungslinie zwischen dem Infrarot-Messsystem und der Szenerie, so kann unter Verwendung der zweidimensionalen Temperaturinformation der Winkel zwischen dieser Verbindungslinie und der lateralen Erstreckungsrichtung der Szenerie berücksichtigt werden. In einer Ausführungsform des Verfahrens kann auf diese Weise eine Art dreidimensionales Rechenmodell aufgestellt werden, das ferner auch die Auswertung der zweidimensionale Temperaturinformation hinsichtlich einer Volumeninformationen erlaubt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die geometrische Größe mit der zweidimensionalen Temperaturinformation überlagert oder überblendet, insbesondere mit dem Wärmebild überlagert oder überblendet, auf einem Bildschirm, insbesondere einem Bildschirm des Infrarot-Messsystems, dargestellt. Auf diese Weise kann eine kombinierte Darstellung in Form eines „integrierten Bildes“ realisiert werden. Die kombinierte Darstellung ist dazu vorgesehen, mittels des Bildschirms an einen Benutzer des Infrarot-Messsystems ausgegeben zu werden. Die überlagerte oder überblendete Darstellung stellt eine intuitiv besonders verständliche Interpretationshilfe und/oder Darstellungshilfe dar, die einem Benutzer des Infrarot-Messsystems die Interpretation und Bewertung der mittels des Bildschirms dargestellten zweidimensionalen Temperaturinformation erleichtert. Vorteilhaft kann unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine besonders einfache und intuitiv verständliche Untersuchung einer Szenerie erfolgen, in der beispielsweise die Ausdehnung oder der Flächeninhalt von Wärmebereichen (z.B. Kältebrücken in Hausfassaden) zusammen mit der ermittelten zweidimensionalen Temperaturinformation überlagert dargestellt wird.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die geometrische Größe als Maßstab und/oder als Größenskala und/oder als bemaßtes Gitternetz mit der zweidimensionalen Temperaturinformation überlagert auf dem Bildschirm dargestellt. Auf diese Weise kann der Benutzer des Infrarot-Messsystems aus Abständen zwischen Merkmalen oder Punkten in der Darstellung der zweidimensionalen Temperaturinformation unmittelbar und auf intuitive Weise auf eine reale Distanz, insbesondere einen realen Abstand, der Merkmale in der Szenerie schließen. Insbesondere kann eine Darstellung als untergliederter Maßstab und/oder als untergliederte Größenskala erfolgen. „Untergliedert“ bedeutet, dass der Maßstab in irgendeiner Form Regelmäßigkeiten aufweist, beispielsweise realisiert als Teilstriche, als Unterbrechungen, als Symbole, als numerische Werte oder dergleichen. Die Untergliederung des Maßstabs dient dem intuitiven Ablesen einer Länge bereits ohne Ausgabe eines einzelnen (eine Distanz betreffenden) numerischen Werts. So ist es denkbar, dass der Maßstab beispielsweise als Metermaßstab oder Zentimetermaßstab dargestellt wird.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die geometrische Größe als Zahlenwert mit der zweidimensionalen Temperaturinformation überlagert auf dem Bildschirm dargestellt. Die Darstellung als Zahlenwert erlaubt, das Auswerteergebnis besonders schnell erfassbar an einen Benutzer des Infrarot-Messsystems auszugeben. Beispielsweise kann eine Distanz als metrische Angabe in Form von „2 m“ ausgegeben werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die geometrische Größe als eine eine physikalische Eigenschaft und/oder eine Wirtschaftlichkeit bewertende Information aufbereitet, insbesondere als eine einen Energieverlust bewertende Information aufbereitet, mit der zweidimensionalen Temperaturinformation überlagert auf dem Bildschirm dargestellt.
Unter einer „eine physikalische Eigenschaft bewertenden Information“ ist insbesondere eine Information zu verstehen, die nicht unmittelbar der zweidimensionalen Temperaturinformation, der Entfernungsinformation oder aus diesen Informationen berechnete geometrische Größe wie beispielsweise eine Distanz oder einen Flächeninhalts, entspricht. Die „eine physikalische Eigenschaft bewertenden Information“ ist vielmehr als eine ausgewertete oder berechnete Information zu verstehen, die auf Grundlage der ermittelten zweidimensionalen Temperaturinformation, der Entfernungsinformation sowie auf Grundlage einer berechneten geometrischen Größe ermittelt wird. Die eine physikalische Eigenschaft bewertenden Information erlaubt zumindest eine physikalische Bewertung oder Abschätzung einer Eigenschaft, beispielsweise auf Grundlage einer Energiebetrachtung (beispielsweise Betrachtung einer Energiebilanz), einer Kostenbetrachtung (beispielsweise Betrachtung eines Einsparpotentials, Betrachtung der Kosten von Renovierungsmaterial bei ermittelter Fläche (z.B. durch Skalierung mit Kosten Dämmmaterial pro Quadratmeter)), einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung (beispielsweise Gewinn-Verlust-Betrachtung) oder dergleichen. Somit stellt die eine physikalische Eigenschaft bewertenden Information einem Benutzer des Infrarot-Messsystems eine weitere, vorteilhaft intuitiv verständliche und eine physikalische Eigenschaft und/oder eine Wirtschaftlichkeit bewertende Information bereit.
Zeichnungen
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.
Es zeigen:
1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Infrarot-Messsystems in einer perspektivischen Frontansicht,
2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Infrarot-Messsystems in einer perspektivischen Rückansicht,
3 eine perspektivische, schematische Rückansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Infrarot-Messsystems vor einer zu vermessenden Szenerie,
4 die wesentlichen Komponenten einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Infrarot-Messsystems,
5 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
6 schematische Wiedergaben von Darstellungen einer zweidimensionalen Temperaturinformationen (a) ohne Überlagerung mit einer geometrischen Information, (b) bis (h) jeweils mit Überlagerung mit einer geometrischen Information.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Infrarot-Messsystem 10 in Form einer handgehaltenen Wärmebildkamera 10a vorgestellt. 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 unterbrechen und ein auf dem Bildschirm 22 dargestelltes Wärmebild 12a einfrieren kann.
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 ist in 3 durch den Raumwinkelbereich 30 gestrichelt dargestellt. Die in diesem Raumwinkelbereich 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 (vgl. Bezugszeichen 48 in 4; hier nicht näher dargestellt) der Wärmebildkamera 10a.
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 Entfernungsinformation 36 (in 3 ist die Entfernungsinformation schematisch als Distanzpfeil 36 wiedergegeben) zwischen der Wärmebildkamera 10a und der zu untersuchenden Szenerie 14 zu ermitteln. Die Entfernungsbestimmungsvorrichtung 34 besteht aus einem Laserentfernungsmesser 34a, der in dem Gehäuse 16 der Wärmebildkamera 10a angeordnet ist.
Die Entfernungsinformation 36 dient dazu, die zweidimensionale Temperaturinformation 12, insbesondere das Wärmebild 12a, hinsichtlich einer geometrischen Größe, insbesondere hinsichtlich einer Distanz 38a und/oder eines Flächeninhalts 38b, auszuwerten (vgl. Verfahren in 5 und 6, 7).
Ferner kann die Wärmebildkamera 10a eine im visuellen Spektrum arbeitende Kamera (hier nicht näher dargestellt) zur Aufnahme von visuellen Bildern aufweisen. Derartige Bilder können 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.
Auf der Unterseite der Wärmebildkamera 10a weist der Griff 18 ferner eine Aufnahme 40 zur Aufnahme eines Energiespeichers 42 auf, der beispielhaft in Form eines aufladbaren Akkumulators oder in Form von Batterien ausgeführt sein kann.
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 44, eine Auswertevorrichtung 46 sowie ein Infrarot-Detektorarray 48 zum Detektieren von in die Eintrittsöffnung 28 der Wärmebildkamera 10a eintretender Infrarotstrahlung. Die Steuervorrichtung 44 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 44 ist mit den anderen Komponenten der Wärmebildkamera 10a, insbesondere dem Infrarot-Detektorarray 48, der Auswertevorrichtung 46, einer Datenkommunikationsschnittstelle 50, dem Energiespeicher 42, einem Datenspeicher 52, ggf. einem Verschlussmechanismus 54 („Shutter“), aber auch mit den Bedienelementen 24, 24a und dem berührungssensitiven Bildschirm 22 signaltechnisch verbunden.
Das Infrarot-Detektorarray 48 der Wärmebildkamera 10a besteht aus einer Vielzahl von für Infrarotstrahlung empfindlichen Pixeln 56. Die Pixel 56 sind dazu vorgesehen, Infrarotstrahlung aus dem infraroten Strahlungsspektrum, die in dem Raumwinkelbereich 30 ausgehend von der zu untersuchenden Szenerie 14 in die Eintrittsöffnung 28 der Wärmebildkamera 10a eintritt (vgl. 3), zu erfassen. Jedes Pixel 56 ist dazu vorgesehen, ein elektrisches Detektionssignal an seinem Ausgang bereitzustellen, dass mit der eingestrahlten Wärmeleistung der Infrarotstrahlung auf das Pixel 56 korreliert. Diese Pixel-abhängigen Detektionssignale werden einzeln oder in Kombination mit anderen Detektionssignalen anderer Pixel 56 zunächst an die Steuervorrichtung 44 der Wärmebildkamera 10a ausgegeben und von dieser an die Auswertevorrichtung 46 weitergeleitet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Pixel 56 als Infrarotstrahlungsempfindliche p/n-Dioden realisiert. Vorteilhaft sind die Pixel 56 des Infrarot-Detektorarrays 48 Matrix-artig an der der Szenerie 14 zugewandten Oberfläche des Infrarot-Detektorarrays 48 angeordnet. Die Anzahl von Pixeln 56 beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere 80×80 Pixel, bevorzugt 360×240 Pixel, besonders bevorzugt 640×480 Pixel.
Die Auswertevorrichtung 46 dient dem Empfangen und Auswerten von Detektionssignalen des Infrarot-Detektorarrays 48, wobei die Auswertevorrichtung 46 basierend auf Detektionssignalen zumindest einer Mehrzahl von mit Infrarotstrahlung beleuchteten Pixeln 56 eine Auswertung der zweidimensionalen Temperaturinformation 12, insbesondere des Wärmebilds 12a, der untersuchten Szenerie 14 durchführt. Die Auswertevorrichtung 46 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 46 zur weiteren Verarbeitung und/oder zur Ausgabe einem Benutzer der Wärmebildkamera 10a mittels einer Ausgabevorrichtung und/oder einem externen Gerät mittels der Datenkommunikationsschnittstelle 50 bereitgestellt werden. Ferner ist die Auswertevorrichtung 46 dazu vorgesehen, die zweidimensionale Temperaturinformation 12, insbesondere das Wärmebild 12a, unter Verwendung der Entfernungsinformation 36 hinsichtlich einer geometrischen Größe, insbesondere hinsichtlich einer Distanz 38a und/oder eines Flächeninhalts 38b auszuwerten.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das von dem Messszenario der 3 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 30 abgestrahlte Infrarotstrahlung zu detektieren.
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 vorgestellt wird.
Ausgehend von dem in 3 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 misst die Wärmebildkamera 10a mittels des Infrarot-Detektorarrays 48 Infrarotstrahlung aus dem Raumwinkelbereich 30. Die jeweiligen Detektionssignale des Infrarot-Detektorarrays 48 werden dabei an die Auswertevorrichtung 46 weitergeleitet, von der sie ausgewertet werden und anschließend zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stehen. In Verfahrensschritt 202 wird aus gemessener Infrarotstrahlung eine zweidimensionale Temperaturinformation 12, insbesondere ein Wärmebild 12a, ermittelt. Die ermittelte zweidimensionale Temperaturinformation 12 wird in Verfahrensschritt 204 über den Bildschirm 22 an den Benutzer der Wärmebildkamera 12a ausgegeben. Insbesondere können diese drei Verfahrensschritte wiederholt ablaufen, wie dies durch den Pfeil 220 angedeutet ist. Durch eine schnelle Wiederholrate der Verfahrensschritte 200 bis 204 erscheint dem Benutzer das auf dem Bildschirm 22 ausgegeben Wärmebild 12a wie ein kontinuierlich aktualisiertes Wärmebild 12a, insbesondere wie ein „Live-Wärmebild“ der Szenerie 14.
Nach Betätigen eines Bedienelements 24, insbesondere des Tasters 24a, in Verfahrensschritt 206 friert das Infrarot-Messsystem 10 das zuletzt ermittelte Wärmebild 12a in Verfahrensschritt 208 ein, sodass, auch bei weiterer Bewegung des Infrarot-Messsystems 10 im Raum, keine Aktualisierung des auf dem Bildschirm 22 dargestellten Wärmebilds 12a mehr erfolgt. Gleichzeitig oder anschließend wird in Verfahrensschritt 210 eine Entfernungsinformation 36 zwischen dem Infrarot-Messsystem 10 und der Szenerie 14 mittels der Entfernungsbestimmungsvorrichtung 34 des Infrarot-Messsystems 10 ermittelt. Die Detektionssignale der Entfernungsbestimmungsvorrichtung 34 werden dabei an die Auswertevorrichtung 46 weitergeleitet, von der sie ausgewertet werden und anschließend zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stehen. In Verfahrensschritt 212 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel eine manuelle Definition einer zu bestimmenden geometrischen Größe, beispielsweise einer zu bestimmenden Distanz 38a oder eines zu bestimmenden Flächeninhalts 38b, durch den Benutzer der Wärmebildkamera 10a. Insbesondere wählt der Benutzer dazu zwei oder mehrere Punkte (für eine Fläche beispielsweise vier Punkte) in dem auf dem Bildschirm 22 ausgegebenen Wärmebild 12a, über die er die zu bestimmende Distanz 38a oder die hinsichtlich eines Flächeninhalts 38b zu bestimmende Fläche auf dem Bildschirm 22 definiert. Alternativ oder zusätzlich kann die Definition der zu bestimmenden geometrischen Größe auch automatisiert erfolgen. Eine automatisierte Definition kann beispielsweise unter Verwendung einer Kantenerkennungsroutine erfolgen. Ferner kann eine automatisierte Definition auch unter Verwendung einer Schwellwerttemperatur erfolgen, sodass die Fläche, deren Flächeninhalt zu bestimmen ist, als all diejenigen Bereiche der Szenerie definiert wird, für die die gemessene Temperatur oberhalb oder unterhalb der Schwellwerttemperatur liegt.
Anschließend wird die nunmehr vorliegende zweidimensionale Temperaturinformation 12, insbesondere das Wärmebild 12a, in Verfahrensschritt 214 unter Verwendung der Entfernungsinformation 36 hinsichtlich der zu bestimmenden geometrischen Größe, insbesondere hinsichtlich der Distanz 38a und/oder des Flächeninhalts 38b, ausgewertet.
Die ermittelte geometrische Größe wird anschließend in Verfahrensschritt 216 mit der zweidimensionalen Temperaturinformation 12 überlagert, insbesondere mit dem Wärmebild 12a überlagert, auf dem Bildschirm 22 des Infrarot-Messsystems 10 dargestellt. 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 50 erfolgen. Die Datenkommunikationsschnittstelle 50 ist dabei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eine WLAN- und/oder Bluetooth-Schnittstelle ausgeführt. Außerdem ist eine Ausgabe an den Datenspeicher 52 zur Abspeicherung der ermittelten Daten und Wärmebilder 12a denkbar.
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.
In 6a ist beispielhaft eine Darstellung einer zweidimensionalen Temperaturinformation, insbesondere eines Wärmebilds 12a, wiedergegeben, wie sie insbesondere auf dem Bildschirm der Wärmebildkamera 10a nach Verfahrensschritt 204 des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgegeben wird. Die Figur repräsentiert dabei die aus 3 bekannte Szenerie 14 einer zu untersuchenden Hausfassade. Bereiche relativ hoher Temperatur 58 sind gestrichelt dargestellt, während Bereiche relativ niedriger Temperatur 60 nicht weiter gekennzeichnet dargestellt sind. Die Bereiche relativ hoher Temperatur 58 können als Wärmebrücken interpretiert werden, die auf eine mangelnde Wärmedämmung der Hausfassade schließen lassen.
In den 6b bis 6h sind darüber hinaus beispielhaft verschiedene Darstellungen derselben zweidimensionalen Temperaturinformationen wie in 6a wiedergegeben, die jedoch mit jeweils zumindest einer geometrischen Größe überlagert wiedergegeben sind. Eine derartige Darstellung wird auf dem Bildschirm 22 des Infrarot-Messsystems 10 nach der Durchführung des Verfahrensschritts 216 des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgegeben.
In 6b wird die geometrische Größe als Maßstab 38c mit der zweidimensionalen Temperaturinformation 12a überlagert auf dem Bildschirm 22 dargestellt.
In 6c wird die geometrische Größe als bemaßtes Gitternetz 38d mit der zweidimensionalen Temperaturinformation überlagert auf dem Bildschirm 22 dargestellt.
In 6d wird die geometrische Größe als zumindest eine laterale Distanz 38a, die die Szenerie betrifft, mit der zweidimensionalen Temperaturinformation überlagert auf dem Bildschirm 22 dargestellt. Insbesondere wird die geometrische Größe als Zahlenwert mit der zweidimensionalen Temperaturinformation überlagert auf dem Bildschirm 22 dargestellt.
In 6e betrifft die geometrische Größe zumindest eine Position 38e zumindest eines Merkmals der Szenerie und wird unter Verwendung zumindest zweier Distanzen mit der zweidimensionalen Temperaturinformation 12 überlagert auf dem Bildschirm 22 dargestellt. Insbesondere wird die Position 38e unter Verwendung von Zahlenwerten und Pfeilen mit der zweidimensionalen Temperaturinformation 12 überlagert auf dem Bildschirm 22 dargestellt.
In 6f betrifft die geometrische Größe einen Flächeninhalt 38b einer Fläche in der Szenerie 14. Insbesondere wird der Flächeninhalt 38b unter Verwendung eines Zahlenwerts und unter Verwendung eines Rechtecks, das die Ausdehnung der Fläche andeutet, mit der zweidimensionalen Temperaturinformation 12 überlagert auf dem Bildschirm 22 dargestellt.
In 6g betrifft die geometrische Größe einen Flächeninhalt 38b einer Fläche in der Szenerie 14, die durch Vorgabe einer Isotherme (angedeutet durch das eingeblendete Kriterium „T > T_s“ unten links) durch den Benutzer des Infrarot-Messsystems 10 bestimmt wird. Die geometrische Größe des Flächeninhalts wird unter Verwendung eines Zahlenwerts und unter Verwendung einer flächigen Markierung mit der zweidimensionalen Temperaturinformation 12 überlagert auf dem Bildschirm 22 dargestellt.
In 6h betrifft die geometrische Größe die Bewertung einer physikalischen Eigenschaft 38f, hier beispielhaft die Bewertung eines Energieverlust (in Watt) durch die Kältebrücke, die mit der zweidimensionalen Temperaturinformation 12 überlagert auf dem Bildschirm 22 dargestellt wird. Die geometrische Größe wird unter Verwendung eines Zahlenwerts und unter Verwendung einer Markierung (hier Rechtecke) für die zu dem Energieverlust beitragenden Flächen mit der zweidimensionalen Temperaturinformation 12 überlagert auf dem Bildschirm 22 dargestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014226342 A1 [0004]
EP 01209441 B1 [0021]

Claims

Verfahren zur kontaktfreien Ermittlung einer zweidimensionalen Temperaturinformation (12) einer Szenerie (14), insbesondere zur kontaktfreien Ermittlung eines Wärmebildes (12a) einer Szenerie (14), mittels eines Infrarot-Messsystems (10), aufweisend zumindest folgende Verfahrensschritte: • Messen von Infrarotstrahlung mittels eines Infrarot-Detektorarrays (44) des Infrarot-Messsystems (10), das aus einer Vielzahl von für Infrarotstrahlung empfindlichen Pixeln (52) besteht, • Ermitteln einer zweidimensionalen Temperaturinformation (12), insbesondere eines Wärmebildes (12a), aus gemessener Infrarotstrahlung, • Ermitteln einer Entfernungsinformation (36) zwischen dem Infrarot-Messsystem (10) und der Szenerie (14) mittels einer Entfernungsbestimmungsvorrichtung (34) des Infrarot-Messsystems (10), dadurch gekennzeichnet, dass die zweidimensionale Temperaturinformation (12), insbesondere das Wärmebild (12a), unter Verwendung der Entfernungsinformation (36) hinsichtlich einer geometrischen Größe ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Größe zumindest eine laterale Distanz (38a), insbesondere eine laterale Distanz (38a) einer frei auswählbaren oder automatisch ausgewählten Länge, in der Szenerie (14) betrifft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Größe zumindest eine Position (38e) zumindest eines Merkmals in der Szenerie (14) betrifft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Größe einen Flächeninhalt (38b) einer Fläche, insbesondere einen Flächeninhalt (38b) einer frei auswählbaren oder automatisch ausgewählten Fläche, in der Szenerie (14) betrifft.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche durch Vorgabe einer Isotherme (62) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Größe mit der zweidimensionalen Temperaturinformation (12) überlagert, insbesondere mit dem Wärmebild (12a) überlagert, auf einem Bildschirm (22), insbesondere einem Bildschirm (22) des Infrarot-Messsystems (10), dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Größe als Maßstab (38c) und/oder als Größenskala und/oder als bemaßtes Gitternetz (38d) mit der zweidimensionalen Temperaturinformation (12) überlagert auf dem Bildschirm (22) dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Größe als Zahlenwert mit der zweidimensionalen Temperaturinformation (12) überlagert auf dem Bildschirm (22) dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Größe als eine eine physikalische Eigenschaft bewertende Information aufbereitet, insbesondere als eine einen Energieverlust (38f) bewertende Information aufbereitet, mit der zweidimensionalen Temperaturinformation (12) überlagert auf dem Bildschirm (22) dargestellt wird.
Infrarot-Messsystem (10), insbesondere handgehaltene Wärmebildkamera (10a), zur kontaktfreien Ermittlung einer zweidimensionalen Temperaturinformation (12) einer Szenerie (14), insbesondere zur kontaktfreien Ermittlung eines Wärmebildes (12a) einer Szenerie (14), aufweisend zumindest ein Infrarot-Detektorarray (44), das aus einer Vielzahl von für Infrarotstrahlung empfindlichen Pixeln (52) besteht, sowie eine Entfernungsbestimmungsvorrichtung (34), die dazu eingerichtet ist, eine Entfernungsinformation (36) zwischen dem Infrarot-Messsystem (10) und der Szenerie (14) zu ermitteln, gekennzeichnet durch eine Auswertevorrichtung (46), die dazu vorgesehen ist, die zweidimensionale Temperaturinformation (12), insbesondere das Wärmebild (12a), unter Verwendung der Entfernungsinformation (36) hinsichtlich einer geometrischen Größe nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–9 auszuwerten.
Infrarot-Messsystem (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernungsbestimmungsvorrichtung (34) als ein Laserentfernungsmesser (34a) oder eine Stereokamera oder als ein scannendes Laserentfernungsmesssystem realisiert ist.
Infrarot-Messsystem (10) nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch einen Bildschirm (22), mittels dem eine Information betreffend die ausgewertete geometrische Größe mit der zweidimensionalen Temperaturinformation (12) überlagert, insbesondere mit dem Wärmebild (12a) überlagert, darstellbar ist.