Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Verwendung alternierender Integrationszeiten bei Infrarotkameras zur Erweiterung des Dynamikbereichs (Superframing)

25.05.2007
Infrarotkameras werden in Industrie, Entwicklung und Forschung häufig für die bildliche Aufnahme von sehr schnellen und auch extrem hohen Temperaturänderungen genutzt.

Ein Beispiel dafür ist der Startvorgang eines Motors. Da der dynamische Bereich von Infrarotkameras typischerweise auf 12 – 14 bits eingeschränkt ist, wird ein Infrarotbild, auf dem Objekte mit sehr unterschiedlichen Temperaturen zu sehen sind, bei einer gewählten Integrationszeit teilweise über – bzw. untersteuert sein. Um das Problem der partiellen Sättigung bzw. des Untergehens des Signals im Rauschen zu vermeiden, kann die Technik des so genannten „Superframing“ eingesetzt werden. Mit dieser Methode ist es möglich, sowohl den thermischen Kontrast in der Aufnahme zu erhalten als auch stark variierende Temperaturbereiche klar und deutlich darzustellen.


Aufnahme von 4 Infrarot-Subframes mit 320 Hz


Infrarot-Superframe (60 Hz) mit einem dynamischen Bereich von 18 – 22 bits.

Je nach Temperatur und thermischer Abstrahlung der einzelnen Objekte im Bild ergibt sich – bei gegebenem Kamerasystem – eine optimale Integrationszeit. Mit Superframing ist es nun möglich, unterschiedliche, den jeweiligen Temperaturen angepasste, Integrationszeiten zu wählen. Ein einziger „Superframe“ ist ein Bild, welches aus einem Datensatz von N aufeinander folgenden aufgenommenen Bildern, zusammengesetzt wird. Jedes einzelnes Bild des Datensatzes, das sogenannte „Subframe“, wird mit einer eigenen, für eine bestimmte Temperatur optimalen, Integrationszeit aufgenommen. Das Infrarotkamerasystem nimmt also mit einer bestimmten Geschwindigkeit eine Anzahl M Einzelbilder auf, die dann per Bildverarbeitung auf M/N Superframes reduziert werden. Üblicherweise besteht ein Superframe aus 4 Subframes, so dass z.B. bei einer Aufnahmegeschwindigkeit von 100 Hz die resultierende Sequenz noch eine zeitliche Auflösung von ca. 25 Hz besitzt.

Jeder der Subframes besitzt sowohl thermisch gut aufgelöste Pixel, als auch über- und untersteuerte Pixel. Aufgrund der 4 unterschiedlichen Integrationszeiten sind in den verschiedenen Subframes unterschiedliche Pixel gut und schlecht. Ziel ist es, die jeweils am besten ausgesteuerten Bildpunkte von jeweils 4 Subframes zu einem optimal ausgesteuerten Gesamtbild zusammenzufügen. Bei Verwendung des einfachsten Algorithmus wird für jeden übersteuerten Pixel im ersten Subframe, der entsprechenden Bildpunkt im folgenden Subframe ausgewählt und überprüft. Dieser Vorgang wird zyklisch wiederholt. Voraussetzung dafür ist, dass die Integrationszeit im ersten Subframe am längsten und im letzen Subframe am kürzesten ist. Bei Objekten, die sich durch den Bildausschnitt bewegen, wird allerdings ein komplexerer Algorithmus benötigt, der auch eine Ausrichtung der Subframes bezogen auf charakteristische Markierungspunkte des Objektes berücksichtigt.

Zyklisches Durchlaufen von 4 Belichtungsperioden (Subframes) mit Verrechnung zu einem Superframe

Voraussetzung für Superframing ist ein Infrarotkamerasystem, das

1. eine hohe Bildwiederholrate besitzt,
2. 4 vordefinierte Grundeinstellungen (Presets) samt NUC- und Kalibrierdaten verwalten kann,

3. für die verwendeten Integrationszeiten kalibriert ist und

4. an einen ausreichend kraftvollen PC angeschlossen ist.

Ist die Aufnahmegeschwindigkeit der Kamera zu langsam, werden die zu einem Superframe gehörenden Subframes nicht „gleichzeitig“ genug aufgenommen und der jeweilige Subframe gibt eine undefinierte zeitliche Mittelung der Strahlungs- bzw. Temperaturwerte wieder. Weiterhin leidet die Abspielqualität der resultierenden Sequenz aus Superframes, da diese nur ein Viertel der ursprünglichen Bildanzahl enthält.

Ohne kalibrierte Daten können die Temperatur- bzw. Strahlungswerte der jeweiligen Bildpunkte der einzelnen Subframes nicht miteinander verglichen werden, da für jede Integrationszeit eine bestimmte Anzahl auf den Detektor einfallender Photonen einer anderen Strahlungsmenge und somit anderen Temperatur entspricht. Der zum System gehörende PC sollte die Datenmenge von 64 MB/s ohne Probleme verarbeiten können und entsprechend mit high-speed RAM und ausreichend Speicherplatz ausgerüstet sein, da bei der Aufnahme längeren Sequenzen Datenmengen bis in den Terabyte-Bereich anfallen können.

FLIR Systems GmbH
Joachim Sarfels
Business Development
Forschung/Entwicklung und Automation
Berner Strasse 81, 60437 Frankfurt am Main
Tel.: +49 69 950090-0
Mobil: +49 171 6755252
Fax: +49 69 950090-40

Joachim Sarfels | FLIR Systems GmbH
Weitere Informationen:
http://www.flirthermography.de
http://www.infrarottraining.de
http://www.innovations-report.de/html/profile/profil-1747.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Innovative Produkte:

nachricht Erster Elektro-Rollstuhl der Treppen steigen kann, nimmt an Start-up Challenge 2018 in Hannover teil
19.01.2018 | B-Free Europa

nachricht Roboter schafft den Salto rückwärts
17.11.2017 | Boston Dynamics

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Innovative Produkte >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Optisches Nanoskop ermöglicht Abbildung von Quantenpunkten

Physiker haben eine lichtmikroskopische Technik entwickelt, mit der sich Atome auf der Nanoskala abbilden lassen. Das neue Verfahren ermöglicht insbesondere, Quantenpunkte in einem Halbleiter-Chip bildlich darzustellen. Dies berichten die Wissenschaftler des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel zusammen mit Kollegen der Universität Bochum in «Nature Photonics».

Mikroskope machen Strukturen sichtbar, die dem menschlichen Auge sonst verborgen blieben. Einzelne Moleküle und Atome, die nur Bruchteile eines Nanometers...

Im Focus: Optical Nanoscope Allows Imaging of Quantum Dots

Physicists have developed a technique based on optical microscopy that can be used to create images of atoms on the nanoscale. In particular, the new method allows the imaging of quantum dots in a semiconductor chip. Together with colleagues from the University of Bochum, scientists from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute reported the findings in the journal Nature Photonics.

Microscopes allow us to see structures that are otherwise invisible to the human eye. However, conventional optical microscopes cannot be used to image...

Im Focus: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

23.01.2018 | Veranstaltungen

Gemeinsam innovativ werden

23.01.2018 | Veranstaltungen

Leichtbau zu Ende gedacht – Herausforderung Recycling

23.01.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Lebensrettende Mikrobläschen

23.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

3D-Druck von Metallen: Neue Legierung ermöglicht Druck von sicheren Stahl-Produkten

23.01.2018 | Maschinenbau

CHP1-Mutation verursacht zerebelläre Ataxie

23.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics