Erhö­hung der geome­tri­schen Auflö­sung mit Micro­Scan

Das bewirkt Micro­Scan

Je nach Betrachtungsrichtung hat MicroScan folgende Wirkung.

Es …

• vervierfacht die Pixelanzahl

• verdoppelt die räumliche Abtastrate und damit die (räumliche) Nyquist-Frequenz des Messsystems

• halbiert das Pixelraster

• reduziert Aliasingartefakte

• verbessert die Bildqualität deutlich

Was der Unterschied zwischen der Verwendung des nativen Detektorformates einer Wärmebildkamera und des unter Einsatz von MicroScan zustande gekommenen Bildformates praktisch bedeutet, lässt sich am besten bildlich darstellen. Der folgende Vergleich zeigt die Aufnahmen eines Siemenssterns – jeweils ohne und mit aktivierter MicroScan-Funktion. In beiden Abbildungen sind je zwei rote, kreisförmige Markierungen erkennbar. Innerhalb des großen Kreises übersteigt die Frequenz der Strahlen des Siemenssterns die Nyquist-Frequenz des Detektors. Der kleinere Kreis umschließt den Teil des Siemenssternes, in dem die Frequenz der Strahlen die Nyquist-Frequenz mit MicroScan übersteigt. Aus Gründen der mechanischen Stabilität trägt der Siemensstern hier aber keine Strahlenstruktur mehr sondern ist kompakt.

Alia­sing und Nyquist-Frequenz

Das Beispiel des Siemenssterns offenbart die deutliche Verbesserung der Abbildungsqualität mit MicroScan. Die nichtlinearen Verzerrungen, welche im Bild ohne MicroScan deutlich hervortreten, entstehen durch die Abbildung auf das Pixelraster des Detektors und werden als Aliasing bezeichnet. Es handelt sich um Effekte, die sich nicht durch die Anwendung softwarebasierter Filter beseitigen lassen.

Aliasing tritt auf, wenn die Abtastfrequenz eines Messinstrumentes niedriger ist als die Hälfte der Frequenz des gemessenen Signals. Diese Frequenz nennt man auch Nyquist-Frequenz:

ƒnyquist = ½ · ƒabtast

In unserer Anwendung handelt es sich allerdings nicht um eine zeitliche Frequenz, die in Hz angegeben wird, sondern um räumliche Frequenzen mit der Einheit m-1 (1 / Meter). Die Abtastfrequenz einer Wärmebildkamera ergibt sich aus dem Kehrwert des sogenannten Pixel-Pitch, des Abstandes zwischen der Mitte zweier benachbarter Pixel. Angenommen, dieser Pixel-Pitch eines Thermogramms entspräche einer Distanz von 2 mm auf dem Messobjekt, so wäre die Nyquist-Frequenz 1/2 * 1/ (2 mm) = 0,25 mm-1. Strukturen im Objekt, die eine Periodizität < 4 mm haben, erzeugen damit Aliasingartefakte.

Dementsprechend muss die Abtastfrequenz, mit der das Originalsignal gemessen wird, mehr als doppelt so hoch sein, wie die höchste im Originalsignal enthaltene Frequenz ƒsignal:

ƒabtast > 2 · ƒsignal

So funk­tio­niert Micro­Scan bei der Kame­ra­serie ImageIR®

In den Modellen der Kameraserie ImageIR® sorgt ein schnell rotierendes MicroScan-Rad, das in die Wärmebildkamera integriert ist, für die praktische Umsetzung von MicroScan. Im Rad befinden sich vier infrarotdurchlässige Planscheiben, die jeweils um einen exakt definierten Winkel gekippt sind. Die Verkippung sorgt dafür, dass die Abbildung auf dem Detektor für jede Planscheibe um je ein halbes Pixel-Pitch lateral versetzt wird. Diese Einzelaufnahmen werden in Echtzeit zu einem Thermogramm mit der vierfachen Anzahl an Pixeln zusammengeführt. Jedes Pixel im Bild stellt damit einen echten Temperaturmesswert dar und keinen interpolierten Bildpunkt.

Bei der Kameraserie VarioCAM® High Definition ist die MicroScan-Funktion über eine zwischen IR-Detektor und Optik positionierte, gekippte Germanium-Scheibe umgesetzt.

Von diesen Vorteilen profi­tieren Nutzer der Micro­Scan-Funk­tion

Im alltäglichen Einsatz der Wärmebildkameras bewährt sich MicroScan vor allem durch einen augenscheinlichen Qualitätsgewinn hinsichtlich der Erkennbarkeit von Details. Die Aufnahmen zeigen die Messobjekte ausgesprochen fein aufgelöst. Das verdeutlicht ein Blick auf Kanten und Strukturen der Objekte: Auch schräge Objektkanten oder Rundungen werden selbst beim starken Vergrößern eines Bildausschnittes per Digitalzoom exakt abgebildet. Mit der Nutzung von MicroScan vereinfacht sich für Anwender das Auswerten und Analysieren im Bereich der Thermografie, weil auf den Aufnahmen einfach deutlich mehr Details zu erkennen sind. Die MicroScan-Funktion ist für den Dauerbetrieb geeignet und lässt sich zeitlich uneingeschränkt nutzen.