IR-Kompaktkameras

Vor wenigen Jahrzehnten noch hatten Wärmebildkameras die Größe und das Gewicht eines Handkoffers. Mit der Erfindung des Focal Plane Array-Detektors (FPA) wurden sie transportabel und einfacher in der Handhabung. Weil sie immer kompakter, leistungsfähiger und preiswerter werden, finden Thermografie-, Infrarot- (IR) oder Wärmebildkameras im TGA-Bereich eine immer breitere Anwendung: beispielsweise für die Lokalisierung von Wärmebrücken unzureichend gedämmter Heizleitungen oder Pufferspeicher, von Heizleitungsleckagen, Strömungsblockaden an Heizkörpern oder ungünstig verlegten Fußbodenheizungen etc. Bei der Kameraauswahl sollte man allerdings einiges beachten.

Hightech für die Hosentasche

IR-Kameras werden immer leichter und portabler: Inzwischen gibt es – neben der herkömmlichen Pistolen-Bauform – auch aufsteckbare IR-Kameraaufsätze für Smartphones oder Tablets, in Smartphones oder Tabletts integrierte Infrarot-Detektoren oder Infrarot-Kompaktkameras im Smartphone-Look. Dank ihrer kompakten Abmessungen hat man ein nützliches Analyse- und Dokumentationswerkzeug in der Hemd-, Mantel- oder Hosentasche stets zur Hand. Wärmebrücken lassen sich damit ebenso schnell aufdecken wie Leitungs- oder Wärmelecks an Pufferspeichern.

Technische Neuerungen haben es möglich gemacht, dass die ehemals hochsensible Messtechnik inzwischen sogar in ein streichholzschachtel­­großes Gehäuse passt. Die Miniaturisierung wurde u.a. durch die Entwicklung ultrakompakter Infrarot-Detektoren mit Abmessungen von nur wenigen Millimetern ermöglicht. Auch die integrierte Optik wurde kompakter: Während in hochwertigen IR-Kameras große, schwere und teuere Germanium-Linsen mit fokussierbarer Optik verbaut sind, verfügen IR-Kameras der Kompaktklasse meist über ein winziges Silizium-Objektiv mit einstellbarer oder fester Brennweite. Letzteres erübrigt eine Fokussierung auf das Objekt, so dass man nur noch auf den Auslöseknopf drücken muss. Allerdings mindert es die Bildschärfe und Bildqualität. Kompakte Einsteiger-Wärmebildkameras gibt es inzwischen schon für unter 500 €.

Zahlreiche Anbieter haben ultrakompakte Modelle in ihrem Portfolio: Thermografie-Spezialist Flir offeriert beispielsweise mit der „C5“ eine Einsteiger-Wärmebildkamera in der Größe eines Outdoor-Smartphones, die per Touch-Display bedient wird. Auch Wärmebildkameras im Tabletgehäuse wie die „AC060V“ von Trotec oder die „Ulirvision T2“ von irPOD folgen auf dem Touch-Display den Fingergesten des Anwenders. Auch in Smartphones integrierte Wärmebilddetektoren gibt es bereits, wie etwa beim robusten „CAT S61“. Ein anderes Konzept verfolgen IR-Kameraaufsätze. Das sind IR-Kameras ohne Display, die für die Wärmebildanzeige ein Smartphone oder Tablet nutzen. Diese Aufsätze von Flir oder Seek werden einfach auf ein Android- oder iOS-Smartphone aufgesteckt und verwandeln es zusammen mit einer App in eine Wärmebildkamera. 

Kompaktkameras im Vergleich

Damit man bei dieser Vielzahl an unterschiedlichen Bauformen und Modellen nicht die Übersicht verliert, sollte man vor der Auswahl grundlegende Kameraparameter miteinander vergleichen. Dazu zählt zunächst die Auflösung des Infrarot-Detektors. Ähnlich wie bei einer konventionellen Digitalkamera gibt sie an, in wie viele Pixel in X- und Y-Richtung der Detektor die von der Optik erfassten Daten auflösen kann. Bei kompakten Einsteigerkameras reicht die Auflösung von 80 x 60 über 160 x 120 bis hin zu 320 x 240 IR-Pixeln und mehr. Eine weitere wichtige Größe ist das „Sichtfeld“. Dieser Wert gibt in vertikaler und horizontaler Richtung den Erfassungsbereich der mitgelieferten Optik an. Auch die geometrische Auflösung (IFOV, siehe Glossar) entscheidet über die Bildqualität. Sie ist abhängig vom aktuell eingesetzten Objektiv. Weitere wichtige Parameter sind der messbare Temperaturbereich, der im Baubereich mindestens zwischen -20 und +100 °C liegen sollte und der sogenannte NETD-Wert. Er gibt als weiterer wichtiger Kameraparameter die thermische Auflösung und damit die kleinste Temperaturdifferenz an, die vom Infrarot-Detektor erfasst werden kann. Sie liegt bei Einsteigerkameras zwischen 0,1 und 0,07 K. Je niedriger dieser Wert ist, desto geringer ist die Gefahr des „Bildrauschens“, das die Bildqualität beeinträchtigt. Die Genauigkeit gibt die Messabweichung in Prozent bei einer bestimmten Temperatur (meist 30 °C) an. Sie nimmt mit hohen oder niedrigen Temperaturen ab. Zu den Kameraeinstellmöglichkeiten sollten mindestens eine exakte Eingabe des materialabhängigen Wärmeabstrahl-Kennwerts (Emissionsgrad) und der reflektierten Temperatur sowie optional des Messabstands und der Luftfeuchte gehören. Bei vielen Einsteigermodellen muss man auch hier Abstriche machen. Die Kameraoptik verfügt meist über eine feste Brennweite, eine Wechseloptik bieten nur wenige Modelle (z.B. „InfraTec mobileIR 400“).

Beim Gehäuse sollte man auf kompakte Abmessungen, ein geringes Gewicht und „Baustellentauglichkeit“ (Schutzklasse ab IP 54 = staub- und spritzwassergeschützt) achten. Bei IR-Kameraaufsätzen sollte man bedenken, dass diese den Smartphone- oder Tablet-Akku schnell „leersaugen“ können. Zum Standardzubehör gehören i.d.R. ein Netzteil, eine Ladestation, ein Netz- und USB-Kabel sowie ein stabiles Transportgehäuse. Achten sollte man auch darauf, welche Vorab-Analysefunktionen die Kamera bietet und ob auch eine Software für die detaillierte Wärmebildauswertung und die Erstellung von Thermografie-Berichten mitgeliefert wird. Die Preise liegen zwischen 200 und 6.700 €.

Was kann die Kompaktklasse?

Zu den wichtigsten Vorzügen im Vergleich zu Profimodellen zählen – neben dem erheblich geringeren Preis – die kompakten Abmessungen, das geringe Gewicht und die einfache Bedienung. IR-Einsteigerkameras sind deshalb einfacher bedienbar, weil die Scharfeinstellung entfällt und Kamerafunktionen sich auf das Wesentliche beschränken. Da man die Kameras bequem um den Hals tragen, respektive schnell in die Tasche stecken kann, lassen sie sich praktisch immer und überallhin mitnehmen. Besonders interessant ist die Kombination von IR-Kamera- mit Smartphone- oder Tablet-Funktionen, weil man damit die aufgenommenen Wärmebilder unmittelbar mit den entsprechenden Apps verarbeiten oder sofort versenden kann. Die Detek­tor­auflösung bleibt zwar meist auf 160 x 120 IR-Pixel oder weniger beschränkt. Einige wenige Geräte weisen aber akzeptable, teilweise sogar gute Qualitäten mit Auflösungen von bis zu 384 x 288 IR-Pixeln auf. Mit technischen Tricks und Zusatzfunktionen wie Resolution Enhancement oder der Überlagerung von visuellem Bild und IR-Bild lassen sich bei einigen Modellen zusätzlich die IR-Auflösung, respektive der Bildkontrast verbessern. IR-Kompaktkameras können zwar Temperaturunterschiede erkennen, eignen sich aber nicht, um aus größerer Distanz Temperaturen präzise zu messen. Zudem erfordert ein professioneller Einsatz der Thermografie-Technik Fachwissen und Know-how, das man sich mithilfe von Fachliteratur und Schulungen erst erarbeiten muss (siehe Zusatzinfos). Ohne eine fundierte, nachvollziehbare Analyse und Interpretation sind Thermogramme wertlos. Parameter wie Temperaturunterschiede, material­spezifische Emissionsfaktoren oder thermische Spiegelungen an glatten Oberflächen etc. müssen berücksichtigt und richtig eingeschätzt werden. Zugleich sind Kenntnisse aus den Bereichen Optik, Wärmestrahlung, Wärmeleitung, Materialkunde, Bau- und Gebäudetechnik erforderlich sowie viel Erfahrung. 

Fazit: Kameraleistung richtig einschätzen

IR-Kompaktkameras mit Auflösungen ab 160 x 120 IR-Pixeln werden immer besser, preiswerter und erlauben eine Vielzahl von Anwendungen und Vorabchecks im TGA-Bereich. Kameramodelle, deren Auflösungen darunterliegen, sind nicht mehr Stand der Technik. Für verlässliche Messungen in der TGA-Thermografie oder Gebäude-Energieberatung, die auch in Form von Gutachten vor Gericht bestand haben sollen, sind Wärmebildkameras erst mit Auflösungen ab 320 x 240 IR-Pixeln und NETD-Werten mit 0,06 K (und kleiner) geeignet. Für professionelle Anwendungen sind heute IR-Auflösungen ab 640 x 480 IR-Pixel und einem NETD von 0,05 K (und kleiner) üblich.