Wärmebildkamera

Wie bei vielen optoelektronischen Geräten ist es auch bei Wärmebildkameras nicht sinnvoll, die Kaufentscheidung nur von einem einzelnen technischen Parameter wie der Pixelzahl abhängig zu machen. Entscheidend für die praktische Brauchbarkeit einer Wärmebildkamera ist die Systemleistung, die von der Leistungsfähigkeit von Sensor, Optik und Software und dem Zusammenspiel dieser Komponenten maßgeblich bestimmt wird. Auch das Gehäuse und das Handling spielen eine Rolle. Hochwertige Wärmebildkameras kosten ein Vielfaches von Einsteigergeräten, aber die Leistungsfähigkeit ist auch entsprechend größer. Preiswerte Geräte liefern häufig nur im Nahbereich bis 50 Meter brauchbare Ergebnisse.

Viele aktuelle Wärmebildkameras verfügen über die Möglichkeit, das Sucherbild als Standbild oder Video abzuspeichern. Das ist für viele eine sinnvolle Option und bequemer, als mit dem Smartphone durch das Okular zu fotografieren. Wärmebildkameras, die an Smartphones angeschlossen werden, punkten mit extremer Kompaktheit, außerdem stellen sie den gesamten Funktionsempfang des Smartphones für die Nutzung mit der Wärmebildkameras zur Verfügung: So können ebenfalls Standbilder und Videos aufgenommen, mit GPS-Positionsdaten versehen und schnell und unkompliziert verschickt und geteilt werden.

Für Wärmebildkameras gibt es eine Vielzahl von Anwendungen im technischen, wissenschaftlichen, polizeilich-militärischen und Freizeitbereich. Mit Wärmebildkameras lässt sich die Wärmedämmung von Häusern überprüfen, Polizei und Militär nutzen die Technik für ihre Zwecke, Feuerwehren spüren Brandherde damit auf, in Wissenschaft, Materialprüfung und Medizin ergeben sich weitere Anwendungen. Zunehmender Beliebtheit erfreut sich Wärmebildtechnik unter Jägern und anderen Outdoor-Enthusiasten, weil damit eine schnelle Erfassung tierischer Aktivitäten in der Dunkelheit möglich ist.

Eine Wärmebildkamera misst keine Temperatur, sondern zeichnet die von einem Objekt abgestrahlte und für das menschliche Auge unsichtbare Wärmestrahlung im Infrarotbereich auf und wandelt sie in ein sichtbares Bild um. Die Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Objekten werden als unterschiedlich helle Grautöne oder wahlweise als Falschfarbenbild wiedergegeben.

Eine Wärmebildkamera funktioniert im Prinzip wie eine Digitalkamera, nur dass der verwendete Sensor nicht für sichtbares Licht, sondern für Wärme- bzw. Infrarotstrahlung empfindlich ist. Ein Pixel im Sensor einer Wärmebildkamera besteht aus einer Vielzahl wärmeempfindlicher Messinstrumente, sogenannter Mikrobolometer. Das sind wenige Quadratmikrometer kleine und hauchdünne (150 Nanometer) Detektoren, die von der Wärmestrahlung, die ein mit der Wärmebildkamera betrachtetes Objekt abstrahlt, erwärmt werden. Die Wärmekapazität der Detektoren, also deren Fähigkeit, Wärme zu speichern, ist extrem gering. Deshalb können Unterschiede in der Intensität der Wärmestrahlung im Abstand von wenigen Millisekunden gemessen und elektronisch in ein sichtbares Echtzeit-Bild umgewandelt werden.

Die Reichweite einer Wärmebildkamera - also die Entfernung, auf die der Sensor Temperaturunterschiede auswerten kann - ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Zum einen von der technischen Auslegung der Kamera selbst, von der Auflösung des Sensors, der Art und Güte des verwendeten Objektivs und der zur Auswertung und Bildgebung eingesetzten Software.

Mit einer hochwertigen Wärmebildkamera ist es durchaus möglich, zum Beispiel Menschen oder Tiere auf große Entfernungen von einigen hundert Metern wahrzunehmen. Diese Menschen oder Tiere genau zu erkennen, ist auf diese Entfernung in der Regel oft nicht mehr möglich: Dazu reicht die Auflösung der bislang im Zivilbereich erhältlichen Sensoren nicht aus. Feinheiten zu erkennen gelingt meist nur auf deutlich kürzere Entfernung oder mit Hilfe eines Nachtsichtgeräts. Wetterbedingungen wie Nebel oder Regen wirken sich stark auf die Bildqualität und damit die Reichweite von Wärmebildkameras aus.

Eines vorneweg: So teuer sind Wärmebildkameras gar nicht mehr. In den letzten Jahren ist der Preis für Wärmebildkameras stark gesunken, Einsteigermodelle gibt es schon für wenige hundert Euro, was vor kurzem noch undenkbar schien. Dennoch sind höheren Ansprüchen genügende oder gar professionelle Wärmebildkameras mit höheren Auflösungen immer noch kostspielig.

Dafür gibt es eine Reihe nachvollziehbarer Gründe: Zum einen sind Wärmebildkameras kein Produkt für einen Massenmarkt, wie es herkömmliche Digitalkameras sind. Schon deshalb lassen sich die Sensoren nicht vergleichbar günstig produzieren. Auch ist die in Wärmebildkameras zum Einsatz kommende Messtechnik extrem empfindlich, aufwändig in der Herstellung und erfordert eine hervorragende thermische Isolation der Kamera. Zudem können nur Optiken mit speziellen Vergütungen und Glassorten Wärmestrahlung fokussieren, was die Herstellungskosten zusätzlich in die Höhe treibt.

Eine Wärmebildkamera ist ein technisches Gerät, das die von einem Körper abgestrahlte Wärme in sichtbares Licht umwandelt. Die Unterschiede in der Temperatur werden dabei als Graustufen wiedergegeben. Ein mehr Wärme als die Umgebung abstrahlendes Objekt wird dann wahlweise als deutlich sichtbarer weißer oder schwarzer Fleck dargestellt. Auf kurze Entfernung sind auch feine Strukturen erkennbar.

Handelsübliche Wärmebildkameras stellen die Temperaturunterschiede in einem aus 256 Graustufen (8 bit) gebildeten Schwarzweißbild dar. Da das menschliche Auge nicht in der Lage ist, diese Vielzahl von Graustufen in ein detailliertes Bild aufzulösen, ist bei vielen Geräten optional eine Falschfarbendarstellung möglich.

Handelsübliche Wärmebildkameras stellen die Temperaturunterschiede in einem aus 256 Graustufen (8 bit) gebildeten Schwarzweißbild dar. Da das menschliche Auge nicht in der Lage ist, diese Vielzahl von Graustufen in ein detailliertes Bild aufzulösen, ist bei vielen Geräten optional eine Falschfarbendarstellung möglich.

Diese Frage lässt sich leider nicht so eindeutig beantworten, da Nachtsichtgerät und Wärmebildkamera im jagdlichen Einsatz unterschiedliche Funktionen erfüllen und sich ergänzen. Eine hochwertige Wärmebildkamera ist hervorragend geeignet, um sich ein Bild von der nächtlichen Bewegung im Revier zu machen. Ein Blick durch den Sucher und man sieht sofort als deutlich sichtbare helle oder dunkle Flecke die durchziehende Rotte, das äsende Rudel. Auf kurze Entfernungen ist es auch möglich, ein Tier damit anzusprechen.

Auf weitere Entfernungen gelingt das mit der Wärmebildkamera nicht mehr, weil die Auflösung der Wärmebildsensoren dafür zu gering ist – dann schlägt die Stunde des Nachtsichtgeräts. Insbesondere in Verbindung mit einem leistungsfähigen Laser-Infrarotaufheller und einem Televorsatz lässt sich Wild mit dem Nachtsichtgerät auch noch auf weite Entfernungen ansprechen.

Für den schnellen Überblick taugt das Nachtsichtgerät aber nicht: Selbst wenn man dank Wärmebildkamera weiß, wo das Wild steht, ist es oft schwierig und langwierig, weit entfernt stehendes Wild auf dem kontrastarmen Bild des Nachtsichtgeräts zu entdecken.

Primitive Versuche, Wärmestrahlung sichtbar zu machen gibt es bereits seit 1840. Die Entwicklung von Wärmebildkameras wurde dann seit Beginn des Koreakrieges 1950 massiv vorangetrieben. Seit den Sechzigerjahren sind Wärmebildkameras für den zivilen Bereich erhältlich.

Schon der Entdecker der Wärme- bzw. Infrarotstrahlung, der englische Astronom deutscher Abstammung Friedrich Wilhelm beziehungsweise William Herschel, hatte um 1840 ein Verfahren entwickelt, Wärmestrahlung sichtbar zu machen. Dazu wurde ein Ölfilm, der je nach Wärme unterschiedlich schnell verdunstete, später ein wärmeempfindliches Spezialpapier auf den Wärme abstrahlenden Gegenstand aufgebracht. Zu den späteren und heutigen kontaktlosen Methoden der Wärmemessung war es noch ein weiter Weg.

Als bahnbrechend gilt die Erfindung des Bolometers durch den US-amerikanischen Astrophysiker Samuel Pierpoint Langley, das erstmals eine berührungslose Messung von Wärmestrahlung ermöglichte. Heutige Wärmebildkameras verwenden Sensoren, die denen in Digitalkameras ähneln, aber für andere Wellenlängen empfindlich sind. Die Pixel, aus denen der Sensor einer Wärmebildkamera aufgebaut ist, sind Mikrobolometer.