Smartphones machen das Unsichtbare sichtbar

  • 14. October 2016

Mit dem externen Infrarotsensor FLIR One und der gleichnamigen App kann ein Smartphone auch als Wärmebildkamera eingesetzt werden.

Wärmebildkameras detektieren den langwelligeren infraroten Spektralbereich und stellen diesen in Form eines Falschfarbenbildes dar: Dunkle, bläuliche Bildbereiche signalisieren niedrige Temperaturen, helle, gelbliche Bereiche hohe Temperaturen. Ähnlich wie Infrarotthermometer ermöglichen sie eine kontaktlose Temperaturmessung.

Der FLIR-One-Kamerasensor besitzt eine Bildauflösung von nur 160 x 120 Pixel, entsprechend also einer Temperaturmessung mit 19200 Infrarot-Thermometern (die App ist kostenfrei, der Sensor kostet ab 270,- €). Er wird von unten auf den Ladeanschluss des Smartphones aufgesteckt (iOS: Lightning-Anschluss; Android: Mini-USB-Anschluss) und kann durch die FLIR-One-App betrieben werden. Der Kamerasensor besitzt einen eigenen Akku, der über einen separaten Mini-USB geladen werden muss.

Neben der Wärmebildkamera ist die FLIR One zusätzlich noch mit einer normalen visuellen Kamera ausgestattet. Sie berechnet aus der normalen Aufnahme ein Linienbild, das aus den Grenzlinien zwischen verschiedenen Farbbereichen besteht. Dieses Linienbild legt die App über das Wärmebild in Falschfarbendarstellung. Dadurch können einzelne Bereiche des Wärmebildes deutlich besser den realen Gegebenheiten zugeordnet werden als bei einer herkömmlichen IR-Kamera, und man erhält trotz der geringen Anzahl an Pixeln der Wärmebildkamera ein gutes Bild. Das Smartphone berechnet die Bilder und stellt sie dar. Sowohl die Kamera als auch die App sind für iOS wie auch Android-basierte Smartphones und Tablet-PCs verfügbar.

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Abb. Einige mögliche Farbdarstellungen der Infrarotstrahlung.

Im Hauptfenster der App erscheint das Livebild der aufgesteckten Kamera. Je nach eingestelltem Modus lassen sich Fotos, Videos, Panoramabilder oder Zeitraffervideos aufnehmen. Durch die automatische Kontrastabstimmung im Standardmodus werden die Bildfarben basierend auf den im jeweiligen Aufnahmebereich herrschenden Temperaturen automatisch angepasst. Aus diesem Grund kann die Farbe eines Objektes mit einer bestimmten Temperatur je nach den im Aufnahmebereich herrschenden Temperaturen variieren. Bei eingeschalteter Spot-Messfunktion wird die Temperatur des Bildzentrums in das Livebild wahlweise in Grad Celsius oder Fahrenheit eingeblendet.

Wurde ein Bild gespeichert, kann in der iOS-Version im Bibliothekfenster unter dem Menüpunkt „Bild bearbeiten“ nachträglich die Temperatur eines beliebigen Bildausschnittes bestimmt werden, indem man das eingeblendete Fadenkreuz auf die entsprechende Stelle verschiebt. Besonders schön ist, dass man durch vertikales Wischen das Wärmebild in das herkömmliche Bild der optischen Kamera verwandeln kann, um die Objekte genauer anzuschauen.

Das Farbpalettenfenster ermöglicht die Auswahl zwischen neun verschiedenen Möglichkeiten der Falschfarbendarstellung.
Im Steuerungsfenster lässt sich die angezeigte Temperaturspanne festlegen. Dadurch wird die oben beschriebene automatische Kontrastabstimmung deaktiviert und stattdessen die Temperaturspanne und damit auch die Farbzuweisung, basierend auf dem aktuellen Bild, festgelegt. Im diesem Menüpunkt definiert man auch den thermischen Emissionsgrad des Zielobjektmaterials. Anwender können hier zwischen matt, halbmatt, seidenmatt und hochglänzend wählen, wobei laut Hersteller die Einstellung „matt“ für die meisten Materialien als guter Näherungswert angesehen werden kann. Es besteht zudem die Möglichkeiten die GPS-Koordinaten des Aufnahmeortes zu speichern.

Schließlich kann im Steuerungsfenster mithilfe eines virtuellen Schiebereglers in den Nahaufnahme-Modus gewechselt werden. Für Bildabstände unter einem Meter lassen sich damit beide Kamerabilder – das der Wärmebildkamera und das der Digitalkamera – manuell deckungsgleich übereinanderlegen. Für Bildabstände über einem Meter optimiert die Kamera die beiden Bilder automatisch.

Alexander Molz, Jochen Kuhn, TU Kaiserslautern; Thomas Wilhelm, Uni Frankfurt

Der ausführlichere Originalbeitrag ist in der aktuellen Ausgabe von Physik in unserer Zeit erschienen (Download frei bis zum 28.10.2016, danach nur mit Online-Abo). Er beschreibt zudem ein Experiment zur Messgenauigkeit.

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