Waermebildkameras.org – Ratgeberportal

Was ist eine Wärmebildkamera?

Wärmebildkamera
Bildaufnahmen einer Wärmebildkamera

Eine Wärmebildkamera, wird auch als Thermografiekamera, sowie Thermalkamera und Infrarotkamera bezeichnet. Diese Kamera, welche auch beim Militär eingesetzt wird, ist ein Gerät, welches Infrarotstrahlen empfängt und Bilder wieder gibt. Diese Strahlung liegt in einem Wellenlängenbereich von etwa 0,7 µm bis Tausend µm.

Die Wärmebildkamera verwendet aufgrund der Emissionswellenlängen nahe der Umgebungstemperatur mittlere und langwellige Infrarotstrahlen. In der Kunststoffindustrie wird diese Kamera mit Infrarotstrahlen zur Optimierung von Fertigungsprozessen eingesetzt. Ebenfalls in Anlagen zur Glashärtung und bei der Luft-Thermografie wird die Kamera verwendet.

Die Wärmebildkameras sehen lokale Erwärmungen und decken dadurch Schwachstellen in der Umgebung auf. Die moderne Wärmebildtechnik ist eine effektive Methode bei der Herstellung der infrarot optischen Bildsensoren. Diese kompakten Geräte sind technisch moderner geworden, sind zudem robuster und benötigen weniger Strom.

Die neue und gut durchdachte Technologie von Detektoren, sowie die automatische Funktion erlauben kostengünstige Lösungen.

Was sieht und misst eine Wärmebildkamera?

Eine Wärmebildkamera mit Infrarotstrahlen zeichnet die Strahlungsintensität im Infrarotbereich auf. Diese Strahlung kann das menschliche Auge nicht wahr nehmen.
Die Infrarotkamera wandelt die Infrarotstrahlen um, sodass ein erkennbares Bild zu sehen ist. Dieses Bild wird als Grauwert oder durch eine Farbpalette dargestellt. Dies erleichtert die Auswertung. Die Wärmebildkamera erkennt die Strahlung an einer Oberfläche. Ebenfalls die Temperatur einer Oberfläche wird von der Kamera berechnet. Die Wärme, welche von der Kamera aufgenommen wird, kann punktgenau gemessen werden. Wärmemuster können überwacht werden und thermische Schwierigkeiten werden durch die Kamera erkannt und ausgewertet. Häufig kommen bei den Wärmebildkameras thermische Detektoren zum Einsatz. Die Strahlung erwärmt jede einzelne Detektorzelle und zeichnet jede Änderung der Temperatur auf. Damit die aufgenommenen und gespeicherten Infrarotbilder leichter ausgewertet werden können, kann gemeinsam mit dem Infrarotbild auch ein Digitalbild zu sehen sein. Durch dieses Bildes erkennt der Nutzer präzise, wo genau das Infrarotbild aufgenommen wurde und was darauf zu sehen ist. Die Integration der optischen Bildgebung, sowie die entwickelte Software, welche zur Analyse und Auswertung der Infrarotbilder eingesetzt wird, ist zwischenzeitlich sehr preisgünstig.

Wie funktioniert eine Wärmebildkamera?

Genau wie bei gewöhnlichen Digitalkameras auch, fällt das Licht bei einer Wärmebildkamera zunächst in ein Objektiv ein. Mittels spezieller Optiken (z.B. aus Germanium), die bei Wärmebildkameras mit Wechselobjektiven eigens kalibriert werden müssen, wird die Wärmestrahlung im mittleren Infrarotbereich fokussiert. Darauf hin erreicht die Strahlung das eigentliche Herzstück der Wärmebildkamera, das sogenannte Focal Plane Array (FPA), welches je nach Auflösung bis zu einer Million Pixel enthält. Jeder dieser Pixel ist ein sogenanntes Bolometer, also ein Detektor für elektromagnetische Wellen. Die Bolometer bestehen meist aus Vanadiumoxid oder amorphem Silizium, was die extrem geringe Wärmekapazität und damit die hohe Empfindlichkeit der Oberfläche ermöglicht. Durch die eintreffende Wärmestrahlung wird der dünne thermische Empfänger innerhalb von etwa 10 ms auf ein Fünftel des Temperaturunterschiedes zwischen dem beobachteten Objekt und der Eigentemperatur des FPA in der Wärmebildkamera erwärmt. Dadurch ändert sich der elektrische Widerstand des Bolometers messbar. Diese Widerstandsänderung wird in ein elektrisches Spannungssignal umgewandelt, verstärkt und anschließend digitalisiert. Zum Schluss berechnet eine digitale Signalverarbeitung für jeden einzelnen Pixel den entsprechenden Temperaturwert und erzeugt aus deren Gesamtheit ein Wärmebild.

Welche Wärmebildkamera für welchen Zweck?

Wärmebildkamera Bildaufnahme
Wärmebildkameras kommen bei der Feuerwehr, de Polizei, und der Jagd zum Einsatz

Je nach Einsatz- und Verwendungszweck sollte eine Wärmebildkamera eine extreme hohe Widerstandsfähigkeit gegen Hitze, Stöße und äußere Einflüsse (Schmutz, Wasser, Staub, Sand, usw.) besitzen, ein geringes Gewicht aufweisen und durch eine einfache Bedienung leicht in der Handhabung sein. Daraus ergibt sich, dass die Feuerwehr ein anderes Anforderungsprofil an eine Wärmebildkamera haben wird als ein Energieberater oder Bausachverständiger.

Wärmebildkameras bei der  Feuerwehr, Polizei, Bausanierung, Jagd

Bei der Feuerwehr wird die Wärmebildkamera bei einem Brand zur Ersteinschätzung und Lagebeurteilung, zur Lokalisierung des Brandherdes für eine schnelle und effektive Brandbekämpfung, zum Aufspüren von Glutnestern bei der Brandwache sowie zum raschen Auffinden von verletzten und vermissten Personen eingesetzt.
Der Energieberater verwendet die Wärmebildkamera um bei der Thermografie-Untersuchung eines Gebäudes, die Schwachstellen, die zu Energieverlusten führen, ausfindig machen zu können. Mit dem Ergebnis der Thermografie-Messung und der Bilderauswertung können Empfehlungen zur punktgenauen energetischen Sanierung des Gebäudes abgeleitet werden.
Im Zuge der Qualitätskontrollen bei einem Neubau oder einer Gebäudesanierung verwenden die Sachverständigen eine Wärmebildkamera um etwaige bauphysikalische Mängel, insbesondere Wärmebrücken, aufspüren zu können. Damit kann leicht festgestellt werden, ob von den ausführenden Baufirmen im Bereich der Wärmedämmung korrekt gearbeitet wurde.
Bei Jägern, Naturfreunden, professionellen Fotografen und Dokumentarfilmern sind Wärmebildkameras für die Beobachtung von Wildtieren in freier Natur bei Tag und Nacht sehr beliebt. Da diese auch bei Tag sehr geringe Temperaturunterschiede sichtbar macht, können Tiere, die sich z. B. hinter Büschen verbergen und nur schwer zu entdecken sind, wahrgenommen werden.
Wärmebildkameras sind ebenfalls in den Hubschraubern der Polizei eingebaut. Mit den Aufnahmen aus der Luft kann ein größeres Gebiet abgesucht und kontrolliert werden. Verunglückte Personen oder Täter können durch den Temperaturunterschied leicht ausfindig gemacht und anschließend gerettet bzw. in Gewahrsam genommen werden.

Überprüfung von Photovoltaikanlagen

Thermografie-Untersuchungen werden oft zur Überprüfung der Funktionalität von Photovoltaikanlagen eingesetzt. Mit der Wärmebildkamera werden während des Betriebes der Anlage Bilder angefertigt, um feststellen zu können, ob bei der Herstellung, beim Transport oder bei der Montage unsichtbare Beschädigungen entstanden sind.

Wo bekomme ich eine Wärmebildkamera?

Eine Wärmebildkamera kann man im Fachgeschäft vor Ort kaufen, oder online im Internet bestellen. Es gibt zahlreiche Fachgeschäfte in denen so eine spezielle Kamera zum Kauf angeboten wird. Zu den bekanntesten zählen unter anderem Saturn und der Elektronik Riese Conrad. Bei Conrad sind diese selbstverständlich auch über den Online-Handel erhältlich.

Im Internet ist eine Wärmebildkamera bei Ebay oder auf Amazon vorrätig. Wer für diese Kamera weniger Geld ausgeben möchte, der kann sich auf Ebay nach einer Gebrauchten umsehen.
Das hat allerdings den Nachteil, dass diese nicht zurückgenommen werden. Ganz anders bei neuen Kameras, diese können bei Nichtgefallen umgetauscht oder zurückgegeben werden. Außerdem wird bei neuen Geräten die gesetzlich vorgeschriebene Garantie gewährt.

Fazit: In den letzten Jahren hat das Interesse an Wärmebildkameras, nicht zuletzt wegen erforderlicher Energieausweise, stark zugenommen.
Wer sich unsicher ist, welcher Typ Wärmebildkamera für Ihn in Frage kommt, der kann sich im Fachgeschäft telefonisch oder persönlich beraten lassen. Oder eben unser Ratgeber-Portal konsultieren. Selbstverständlich kostenlos und unverbindlich.

Wie teuer ist eine Wärmebildkamera?

Wärmebildkamera kaufen
Wärmebildkamera gibt es in unterschiedlichen Preisklassen zu kaufen. Gute Modelle gibt es ab 2.500 Euro, High-tech Produkte kosten zwischen 10.000 bis 50.000 Euro.

Die Kosten für eine Wärmebildkamera unterscheiden sich erheblich. Beim Kauf einer Wärmebildkamera gibt es sehr große Unterschiede hinsichtlich des Anschaffungspreises. Letztendlich ist entscheidend, für welche Zwecke Sie die Kamera benötigen. Eine Wärmebildkamera ist eher spezielles Produkt, was oftmals auch nur für einen einmaligen Einsatz benötigt wird. In einem solchen Fall sollten Sie eventuell auf ein Mietgerät zurückgreifen, da sonst die Investitionskosten nicht in der Relation zum einmaligen Gebrauch stehen. Bei regelmäßigen Einsätzen empfehlen wir Ihnen allerdings den Kauf einer solchen Kamera.

Einsatzzweck der Infrarotkamera entscheidet über die Investitionskosten

Wärmebildkameras können Sie schon ab ca. 2.500,00 € erwerben. Ob dieses Modell dann Ihren Ansprüchen genügt, hängt ganz vom Einsatz ab. Solche günstigen Wärmebildkameras sind dann ausreichend, wenn sie keinen besonderen äußeren Einflüssen wie extremer Hitze, Kälte oder Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Kameras, die gegen solche Einflüsse resistent sind, können Kosten bis zu 50.000,00 € verursachen. High-Tech-Produkte in dieser Preisklasse werden vorrangig in der Industrie wie beispielsweise in Gießereien eingesetzt. Andere Einsatzgebiete von diesen teuren Modellen ist das Baugewerbe.

Sehr beliebt sind sie auch bei Energieberatern, da diese mittels dieser Kameras Gebäude hinsichtlich der Einhaltung von Energieeinsparungsverordnungen untersuchen können. Kameras, die sich im mittleren Preissegment zwischen 5.000,00 und 10.000,00 € befinden, werden häufig bei der Feuerwehr eingesetzt. Auch diese müssen eine hohe Hitzebeständigkeit aufweisen, da sie Temperaturen jenseits von 250 Grad Celsius standhalten müssen.

Mit Hilfe der Kameras kann die Feuerwehr neben dem Ermitteln von Brandherden auch im Rahmen der Vorsorge sogenannte Glutnester finden, um so einen bevorstehenden Brand zu vermeiden. Daneben finden sie ebenfalls ihren Einsatz bei der Suche nach vermissten Personen.

Wann wurde die Wärmebildkamera erfunden? Wer hat die Wärmebildkamera erfunden?

Wer hats erfunden? Die Schweizer! Nein die Schweden waren es. 1958 wurde vom schwedischen Unternehmen AGA die erste Wärmebild- oder auch Infrarotkamera hergestellt. Für wen? Für das Militär. Dieses 1958 entwickelte System ist heute allgemein als FLIR Technik bekannt.
Bereits sechs Jahre später wurde die erste kommerzielle Infrarotkamera auf den Markt gebracht. Sie wurde vornehmlich für das Inspizieren von Hochspannungsleitungen eingesetzt. 1973 wurde dann die erste batteriebetriebene, tragbare Wärmebildkamera für die Allgemeinheit zugänglich gemacht. Tragbar war 1973 jedoch etwas anderes, als wir es heute verstehen. Die Kameras waren sehr unhandlich. Grund hierfür lag in dem flüssigen Stickstoff, der benötigt wurde um die Infrarotdetektoren abzukühlen.
1985 wurde ein weiterer Entwicklungsschritt im Bereich der Infrarot- und Wärmebildkameras gemacht. Denn FLIR konnte sein System weiterentwickeln und machte die Verwendung von flüssigem Stickstoff zur Kühlung irrelevant. Gekühlt wird seitdem mit einem kyrogenischen Kühlungssystem.
Weitere zehn Jahre strichen ins Land, bis die Infrarotkamera auch ohne Kühlungsdetektoren erhältlich war. Die Wärmekameras waren nun mit einem Mikrobolometer ausgestattet. Mit dieser Entwicklung hat sich auch die kommerzielle Nutzung von Wärmebildkameras mehr und mehr durchgesetzt. Das Mikrobolometersystem ist kostengünstiger in der Herstellung, macht die Infrarotkameras als solche weniger störanfällig und das ganze System wesentlich stärker praktikabel.

Schnell wurde deutlich, dass die Infrarotkamera nützliche Informationen zu den unterschiedlichste elektrischen Betriebsmitteln liefern kann. Anschlüsse, Sicherungen, Hochspannungsgeräte und Transformatoren können problemlos und ohne direkte Berührung mit einer Wärmebildkamera untersucht werden. Auftretende Anomalien und Störungen sind daher schnell aufspüre- und erkennbar. Einhergehend damit sind kostspielige Ausfälle im Vorfeld auszuschließen, wodurch Zeit und auch Geld gespart werden kann.

Der Schritt zur Serienfertigung war schließlich mit Hilfe von BMW möglich. … und hier auch nicht unmittelbar an die Wärmetechnik als solche gekuppelt, sondern viel wurde die Entwicklung von dem Gedanken getragen, die eingeschränkte Sicht bei Nachtfahrten zu verbessern. So sollte eine höhere Sicherheit von Fahrer und Insassen gewährleistet werden. Diese Technologie wurde übrigens auch wieder vom Militär aufgegriffen. Hier handelt es sich vor allem um den Einsatz von unbemannten Aufklärungsflugzeugen.

Wie baut man eine Wärmebildkamera selbst?

wärmebildkamera messung
Wärmebildkameras lassen sich aus Digitalkameras oder Infrarotgeräten auch selber bauen. Das erfordert allerdings technisches Geschick und Know-How.

Eine Digitalkamera zur Wärmebildkamera umbauen

Digitalkameras und sogar WebCams neuerer Bauart können an sich schon einen Teil der Infrarotstrahlen verarbeiten. Davon kann man sich selbst überzeugen, wenn man die Infrarot-Fernbedienung des Fernsehers betätigt und in die Kamera leuchtet. Dann sieht man die Infrarotlampe deutlich. Aber um im sichtbaren Licht scharfe Bilder mit der Kamera zu erhalten, sind diese mit einem Infrarotfilter ausgestattet. Meist zwischen Linse und Sensor befindet sich deshalb eine Folie oder eine beschichtete Glasscheibe, die sichtbares Licht durchlässt und den Großteil der Infrarotstrahlung absorbiert. Dieser Filter muss entfernt werden, was je nach Kamerahersteller ein aufwendiges feinmechanisches Puzzle sein kann. Um nun ein echtes Infrarotbild zu erhalten, muss alles sichtbares Licht ausgefiltert werden. Dazu eignet sich entweder ein spezielles Filterglas, das sichtbares Licht absorbiert und Infrarotlicht durchlässt oder man benutzt die Folie aus dem Inneren einer 3,5-Zoll-Diskette als Filterfolie. Dieser Filter kann am besten anstelle des alten eingesetzt werden oder einfach direkt vor der Linse befestigt werden. Dabei ist auf absolut staubfreies Arbeiten zu achten. Die wieder zusammengebaute Kamera macht Bilder, die ähnlich wie Schwarz/Weiß-Fotos sind, aber in Lila-Farbtönen. Durch eine Nachbearbeitung mit einer Fotosoftware können die Lila-Nuancen in für das Auge besser wahrnehmbare Farben umgewandelt werden.

Eine Wärmebildkamera aus einem Infrarotthermometer bauen

Ein einzelner Sensor eines Infrarotthermometers wird drehbar und schwenkbar gelagert. Drehung und Schwenkung werden durch Servomotoren ausgeführt. Der Sensor tastet so mittels der Motoren punkt- und zeilenweise ein Objekt ab und meldet an den angeschlossenen Mikrocomputer die jeweils gemessene Temperatur. Eine entsprechende Software wandelt die Zahlenwerte in Farbtöne um. Das so mit nur einem Sensor erzeugte Bild ist grob gerastert und kaum nutzbar. Eine Sensorleiste, ähnlich wie bei einem Flachbettscanner, anstelle des einzelnen Sensors kann die Bildqualität deutlich verbessern. Dann ist der Schwenk-Motor nicht nötig. Schließlich wird auf einem Monitor das bekannte Blau-Gelb-Rot-Bild erzeugt, das bei guter Abstimmung aller Komponenten feine Temperaturunterschiede anzeigt. Für diesen Aufbau sind handwerkliches Geschick, Kenntnisse im Umgang mit Computerhardware und bildverarbeitender Software nötig.

Reichweite und Auflösung von Wärmebildkameras

Moderne Wärmebildkameras können Temperaturunterschiede von nur 30 Millikelvin auflösen. Das entspricht nur einem Dreißigstel Grad Celsius und damit viel weniger, als mit normalen Thermometern messbar ist. Die optische Auflösung hingegen ist vergleichsweise gering: Bilder mit einer Auflösung von mehreren Megapixeln, wie sie selbst bei Handykameras normal sind, erreichen nur professionelle Geräte. Die meisten Wärmebildkameras bieten Auflösungen zwischen 320 mal 240 und 1280 mal 960 Pixeln an. Das reicht aus um ein klar abgehobenes Objekt von einem bis wenigen Millimetern Größe auf 10 Meter Entfernung aufzunehmen.

Kaum Schutz vor Infrarotsichtgeräten möglich

Aufgrund der gestiegenen Auflösungen von Wärmebildkameras gibt es kaum Möglichkeiten sich vor ihnen zu verstecken. Selbst dicke Kleidung lässt genug Wärme hindurch, dass die feinen Sensoren der Kameras dies wahrnehmen. Einzig in einer Menschenmasse könnte es gelingen unter zu tauchen, da dann kaum noch zugeordnet werden kann welche „Wärmeflecken“ zueinander gehören. Bei freier Sicht kann ein dünn bekleideter Mensch hingegen noch auf einen Kilometer Entfernung erkannt werden. Ist nur das Gesicht unverdeckt, sinkt diese Distanz jedoch auf etwa 100 Meter. Details lassen sich so oder so kaum ausmachen, denn die Kamera misst nur Temperaturunterschiede. Einzelheiten wie Gesichtszüge sind schon auf kurze bis mittlere Distanz praktisch nicht mehr zu erkennen.