ThEmis ist für alle komplexeren Emissivitäts-Korrekturen zuständig
Dieser Abschnitt beschreibt die Funktionen der Menüs und der Werkzeugleiste
| Bild Menü | Diese Menü bietet Funktionen zur Korrektur ganzer Bilder |
| Korrektur | Das gesamte Bild wird mit dem anzugebenden Epsilon und der anzugebenden Umgebungstemperatur korrigiert. Üblicherweise kann die Umgebungstemperatur nicht größer sein, als die heisseste Stelle im Bild und nicht niedriger als die kälteste Stelle im Bild. Es ist auch möglich eine 'feste Korrektur', für alle Bilder die nachfolgend geladen werden, zu definieren. Verwenden Sie hierzu: ThBild -> Bild -> Emissionsgrad fest |
| Rückgängig auf 1.0 | Die derzeitig aktive e-Korrektur für das gesamte Bild wird gelöscht. Das originale Bild erscheint im ThBild. Wenn das Bild vorkorrigiert aufgenommen worden war, so wird auch diese Korrektur rückgängig gemacht. |
| Korrektur e(°C) | Das Bild wird mit einem Epsilon korrigiert, das temperaturabhängig ist. Hierzu ist eine *.eps Datei notwendig, die die e-Werte für die verschiedenen Temperaturen enthält. Das Verfahren wird weiter unten genauer beschrieben. |
| aus 1 Bild | Erzeugt eine Bild, das für jeden Bildpunkt ein eigenes Epsilon enthält. Dieses Bild wird verwendet, um ganze Bilder punktweise zu korrigieren. Es dient also als 'Referenz-Bild'. Diese Funktion erfordert es, dass das Messobjekt überall die gleiche Temperatur hat (gleichmäßig erwärmt wurde). Diese Temperatur und die Umgebungstemperatur müssen bekannt sein (und eingegeben werden). |
| aus 2 Bildern | Erzeugt (wie oben) ein e-Korrektur Bild. Diesmal jedoch mit zwei bekannten Temperaturen. Auch diese Funktion liefert ein e-Korrektur Bild. In diesem Fall ist die Umgebungstemperatur nicht erforderlich. |
| Figur Menü | Dieses Menü bietet Funktionen, die nur Teile von Bildern korrigieren (Figuren). |
| Neu | Löscht alle bisherigen Figur Definitionen. |
| Öffnen | Lädt einen vordefinierten Satz von Figuren von der Platte. |
| Korrektur (alle) | Führt die Korrektur für alle definierten Figuren aus. Einzelne Figuren können mit der Schaltfläche [Korrektur (aktuell)] korrigiert werden. |
| Speichern | Schreibt die aktuell definierten Figuren auf die Platte. Eine *.THE Datei wird geschrieben. |
| Speichern als | Schreibt die aktuellen Figuren unter einem neuen Namen auf die Platte. |
| Temp setzen | Die aktuelle Figur wird mit einer definierten Temperatur gefüllt. |
| Temp addieren | Ein einzugebender Offset wird auf alle Punkte der aktuellen Figur addiert. |
| Pixel Menü | Dieses Menü bietet Funktionen zur Korrektur pro Bildpunkt (pixel). |
| Neu aus 1 Messung | Erzeugt ein e-Korrektur Bild, das Epsilon Werte statt Temperaturen enthält. Dieses wird verwendet um Bilder mit einem angelernten Referenzbild zu korrigieren. Es ist notwendig, dass das Meßobjekt überall die gleiche Temperatur hat. Diese Temperatur und die Umgebungstemperatur müssen bekannt sein. |
| Neu aus 2 Messungen | Erzeugt (wie oben) ein e-Korrektur Bild - aber aus zwei Bildern mit zwei bekannten Temperaturen. Es entsteht wiederum ein e-Korrektur Bild. In diesem Fall kann die Umgebungstemperatur unbekannt sein. |
| Speichern als | Das errechnete e-Korrektur Bild wird auf Platte gespeichert. Es kann später zur Wiederverwendung geladen werden. |
| Öffnen | Ein früher berechnetes e-Korrektur Bild wird von Platte geladen. Es wird im e-Referenz-Speicher gehalten. |
| Korrektur | Die punktweise Korrektur wird durchgeführt. |
| Temp Menü | Diese Menü bietet Funktionen um das gesamte Bild zu manipulieren. Dies sind keine Standard-Korrekturen - aber Methoden um ein Bild nach ihrem Geschmack oder Ihren Notwendigkeiten zu ändern. |
| + Addition | Das gesamte Bild wird durch das Addieren eines konstanten Temperatur-Offsets modifiziert. Der Offset kann natürlich auch negativ sein. |
| * Multiplikation | Jeder Punkt wird mit einem Faktor multipliziert. Es ist beispielsweise möglich mit 0,93 oder 1,32 zu multiplizieren. |
| 2 Punkt Korrektur | Die Temperaturen werden entsprechend einer 2-Punkt Kalibrationslinie verändert. Die zwei Punkte können frei eingegeben werden. |
| N Punkt Korrektur | Die Temperaturen werden entsprechend einer Kurve aus einer *.ABS Datei verändert. Dies ist sehr ähnlich zur echten e-Korrektur, basiert jedoch auf Temperaturen statt auf Strahlung. |
| Mehr>> | Erweitert oder Reduziert das ThEmis Fenster um alle Dialog Elemente anzuzeigen. |
| Umgebungs-Temperatur | T(Umg) | Die Umgebungstemperatur die für alle Emissivitätskorrekturen verwendet wird. Neuere SIT Bilder können optional die Umgebungstemperatur enthalten (wie sie zur Aufnahmezeit an der Kamera eingestellt war). Alle älteren IR-Bilder enthalten keine Umgebungstemperatur! |
| Figur Korrektur | Name | Der Dateiname und der Pfad zur aktuellen Figur Korrektur Datei. (siehe --> Figur -> Öffnen) |
| e-Def | Die derzeit aktive Figur. Diese wird mit gelbem Hintergrund und dem Text [e1] im ThBild angezeigt. | |
| [+] | Geht zur nächsten Figur (bis 9) | |
| [-] | Geht zur vorherigen Figur (bis 0) | |
| (e) | Der e-Wert, der für diese Figur verwendet wird (0.1 .. 1.0) | |
| [x] T Umg aktiv | Dies aktiviert die Verwendung einer speziellen Umgebungstemperatur für die aktuelle Figur | |
| T (Umg) | Die Umgebungstemperatur die zur Korrektur dieser Figur verwendet wird. Wenn die Option "[x] T Umg aktiv" abgeschaltet ist, so wird der Wert ignoriert! | |
| (o) AUS | Diese Figur ist nicht benutzt | |
| (o) Box | Diese Figur ist ein Rechteck (Box) | |
| (o) Kreis | Diese Figur ist ein Kreis (oder eine Ellipse) | |
| (o) Gebiet | Diese Figur wird durch ein Polygon definiert | |
| Korrektur (aktuelle) | Nur die aktuelle Figur wird korrigiert. | |
| Optionen | ||
| Figuren anzeigen | Alle e-Figuren werden im Fenster ThBild angezeigt. Sie sind mit [e ] markiert, wobei für 0-9 steht. | |
| Überlappende Figuren erlauben | Normalerweise überlappen sich e-Figuren nicht. Ab Version 7 erlaubt IRIS nun auch überlappende Korrekturen. Aber der Benutzer sollte wissen, dass die Figuren 'der Reihe nach' korrigiert werden. [0] ist die erste, [9] die letzte Korrektur. Wenn sich Figuren überlappen, dann schreibt die LETZTE Korrektur (mit der höchsten Nummer) ihre korrigierten Punkte ins Bild (und überschreibt ggf. andere Pixel). | |
| Auto Figur Korrektur | Jedes Bild das geladen wird wird automatisch mit allen Figuren korrigiert. | |
| T(Umg) aus SIT übernehmen | Wenn SIT Bilder geöffnet werden, dann wird auch die Umgebungstemperatur aus der Datei übernommen. VORSICHT: Ältere Bildformate enthalten KEINE Umgebungstemperatur. Und auch für SIT Bilder ist dieser Wert nur nach sauberer Kalibration (des Tracers zur Aufnahmezeit) gültig! | |
| Spezielle Korrekturen | Legt fest welche Kalibrationsdatei für die e-Korrektur verwendet wird. Die meisten Kameras schreiben ihren Code in die TMP oder SIT Dateien. Aber einige besondere Typen können nicht automatisch erkannt werden. Diese sind hier aufgeführt. Wenn Sie eine solche Spezialkamera besitzen, den erzwingen Sie die Benutzung einer speziellen Korrektur durch die Auswahl eines Radioknopfs. Diese Funktion erlaubt es Ihnen auch, eine e-Korrektur Datei nach Ihren eigenen Vorstellungen zu korrigieren. |
Es gibt bessere Dokumente und Lernbücher über Emissivitätskorrektur. Darum beschreibt dieses Kapitel nur die Grundlagen - und ihr Einbindung in die PicWin-IRIS.
Infrarot Messtechnik erfasst nicht die wirkliche Temperatur eines Objekts durch Berührung mit einer Sonde. Sie misst nur die infrarote Strahlung, die von einem Objekt abgegeben wird. Für viele Materialien ist die infrarote Strahlung eine direkte Funktion ihrer Temperatur. Trotzdem unterscheiden sie sich noch in der Intensität der abgegebenen Strahlung. Ein Beispiel aus der realen Welt: Ein schwarzer Heizkörper sendet beim 100°C sehr viel infrarote Strahlung aus. Ein weisser Heizkörper viel weniger. Ein Spiegel strahlt fast gar nichts ab, aber er reflektiert Strahlung aus anderen Quellen.
Infrarote Messtechnik basiert auf 'perfekten schwarzen Strahlern' - die eine bestimmte Menge von Strahlung bei einer bestimmten Temperatur abgeben (und das innerhalb des Bereichs Wellenlänge, in der die Kamera für Infrarot empfindlich ist). Die IR-Kameras sind so konstruiert, dass die Temperaturen eines schwarzen Strahlers (black body) immer richtig gemessen wird. Und wenn die Messung nicht richtig ist, dann kann die Kamera 'kalibriert' werden, damit sie richtig misst. Haben Sie also einen perfekten schwarzen Strahler mit 100°C vor ihrer Kamera, dann können Sie der Kamera 'sagen', dass diese Menge abgebener IR-Strahlung jetzt 100°C sein sollen. Stellen Sie sich vor, dass der Sensor in der Kamera '5.0 Volt' gemessen hat. Dann werden diese 5.0 Volt ab nun in 100°C umgerechnet.
Wenn Sie diese 'Kalibrierung' für alle Temperaturen im Arbeitsbereich der Kamera wiederholen, dann entsteht eine 'Kalibrations-Kurve' für diese Kamera. Jede IR-Kamera hat solch eine Kalibrations-Kurve - es ist nur die Frage, wie gut sie versteckt ist.
Nun wollen Sie einen "weissen Strahler" (weissen Körper) messen - und Sie wissen (aus guten Büchern) dass Ihr "weisser Strahler" eine Emissivität von 0.5 hat. Dies bedeutet, dass er nur die HÄLFTE der IR-Strahlung (im Vergleich zu einem schwarzen Strahler) abgibt. Einfache Gemüter könnten nun denken: "Hallo, die Kamera zeigt 30°C - aber die Emissivität ist ja auch nur 0.5 Also muss die echte Temperatur 60°C sein." Wäre das Leben so einfach, dann bräuchten Sie wahrscheinlich gar keine Software. Bitte erinnern Sie sich: Emissivität 0.5 bedeutet nur, dass die halbe Menge STRAHLUNG ausgesendet wird. Darum muss nun die Software (oder die CPU in der Kamera) die Kalibrationskurve jetzt ändern: Die Strahlung (Volt ;-) wird mit 2 multipliziert. Und dann wird die Temperatur erneut berechnet. In unserem Falle - wo die Bild Formate nur die Temperatur enthalten - ist die Rechnung sogar noch aufwendiger: Die Software nimmt die Temperatur. Sie rechnet (anhand der Kalibrationskurve) zurück auf die Strahlung. Sie korrigiert die Strahlung nach der (untenstehenden) Formel. Dann wird aus der neuen Strahlung wieder über die Kalibrationskurve die neue Temperatur berechnet. Die Kalibrationskurve ist keine Gerade, sondern eine nicht lineare Kurve. Und ihr 'Nullpunkt' (keine Änderung) geht durch die Umgebungstemperatur (dies erzwingt die Formel).
Sie können also sehen: Die gesamte e-Korrektur basiert auf der Kalibrationskurve der Kamera. Diese Kurven sind auf der Platte gespeichert - und die IRIS lädt sie nach der Bestimmung des genauen Kamera-Typs (aus dem Dateiformat - oder der Konfiguration).
Normalerweise ändern Sie diese Kalibrationsdateien nicht. Da aber die IRIS auch in Entwicklungsabteilungen, zur Forschung und an Universitäten verwendet wird, kann es möglich sein, sie zu manipulieren. Bitte seien Sie sicher, was Sie tun, bevor Sie es tun. Und behalten Sie immer eine richtige Kopie der originalen Dateien!
Die IRIS Kalibrationsdateien sind normaler ASCII-Text und können mit Notepad verändert - oder mit anderer Software erstellt werden. Hier die Details des Formats.
| [bolz-v3] | ASCII text header - Identifiziert die Korrektur-Datei |
| name=TH1100 | Ein informativer Name - von IRIS nicht benutzt. |
| add=0.0 | radiation=(temp*mult)+add - add Faktor |
| mult=13.145 | dito - mult Faktor |
| -50.0,2.274E-04 | Niedrigste Temperatur - Komma - Strahlung |
| ... | mehr Stützpunkte |
| 0.0, 7.155E-04 | |
| .. | mehr Stützpunkte |
| 2000.0,1.590E-01 | Höchste Temperatur - Komma - Strahlung |
Die 'echte' Strahlung' (W/cm²) ist nicht notwendig. IRIS unterstützt sie nicht mehr. Sie können also 'add' immer auf Null und 'mult' immer auf 1.0 setzen.
IRIS korrigiert Emissivität mit dieser Formel. Eine gegebene Temperatur wird wiefolgt umgerechnet:
Sin = TempToRad( Tin) - Die Temperatur wird in Strahlung umgerechnet
Samb = TempToRad(Tamb) - Die Umgebungstemperatur wird in Strahlung umgerechnet.
Scorrected = ( Sin - (1.0-eps)*Samb ) / eps - Die e-Korrektur selbst (siehe Bolzmann)
Tcorrected = RadToTemp(Scorrected) - Die Strahlung wird zurück in Temperatur umgerechnet.
Die Funktionen TempToRad() und RadToTemp() benutzen die obige Kalibrierkurve.
Wenn Sie jetzt denken, dass IRIS einen sehr vereinfachten Ansatz zur e-Korrektur verfolgt, dann haben Sie vollständig recht. Die normalen Routinen berücksichtigen NICHT die Faktoren:
Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Abstand zum Objekt, ....
Wir könnten eine komplette Wetterstation in IR-Kameras integrieren - und in die Mess-Software (und wir haben dies bei der Entwicklung der IRIS auch getan). Jedoch ist der Einfluss der anderen Faktoren oftmals klein oder vernachlässigbar. Zudem sind sie nur wichtig, wenn Sie wirklich die perfekte absolute Temperatur von Objekten bestimmen wollen. In der Realität können Sie das selbe Objekt mit 10 verschiedenen IR-Kameras messen und Sie werden 30 verschiedene Ergebnisse bekommen, je nachdem welche Kalibration sie vorher benutzt haben.
All das ist nicht kritisch, wenn Sie dies im Hinterkopf behalten: Sie werden NIEMALS die perfekte absolute Oberflächentemperatur mittels IR-Messtechnik bestimmen können. Aber ihre Messungen werden eine sehr gute Annäherung sein. Und der Unterschied zwischen ZWEI Temperaturen im selben Bild - oder die Schwankung der Temperatur in einer Bildfolge ist SEHR genau. Darum belästigen wir Sie nicht mit mehr Details. Denn Sie wollen ja messen - so gut wie eben möglich. Und wenn Sie wirklich einmal die perfekte Oberflächentemperatur eines Objekts brauchen, dann nehmen Sie bitte ein preiswertes Kontakt-Thermometer und messen Sie damit zum Vergleich. Dies ist einfacher, schneller und wesentlich zuverlässiger als alle anderen Methoden.
Wie auch im Abschnitt 'ThBild' beschrieben haben alle IR-Kameras das Problem von Überlauf und Unterlauf. Es ist nicht möglich, IR-Kameras mit einem Meßbereich von -50 bis 2000 Grad bei einer Genauigkeit von 0.03 Grad zu bauen. Darum haben alle IR-Kameras verschiedene Temperatur-Bereiche (Range) indem Sie die Strahlung filtern oder die Sensor Signale verstärken. Somit haben Sie in allen Bereichen den Effekt, dass einige Temperaturen niedriger als der untere und/oder höher als der obere Rand des Meßbereichs sind.
IRIS entdeckt solche Überläufe und Unterläufe. Und mit den richtigen Anzeige - oder Option - Einstellungen, sehen sie solche Über- und Unterläufe im Bild. Als Ergebnis oder als Warnung.
Natürlich wird AUCH die e-Korrektur solche Überläufe und Unterläufe erzeugen.
Hier die Begründung - und was Sie dagegen tun können:
Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Objekt mit 900°C gemessen. Und zwar im Kamera-Bereich von 0-1000°C. Jetzt wollen Sie eine e-Korrektur mit 0.5 bei einer Umgebungstemperatur von 20°C vornehmen. Normalerweise würde der korrigierte Wert irgendwo bei 1800°C liegen. Aber da die IRIS die STRAHLUNG benötigt, um die Temperaturen zu korrigieren, wird dies nicht möglich sein. Die Kalibrationskurve endet bei 1000°C . Darum kann eine Strahlung die 1800°C bewirkt nicht in der Kalibration enthalten sein. Darum schlägt die Korrektur von 900°C fehl - und erzeugt einen Überlauf.
Das gleich passiert, wenn IRIS versucht Temperaturen UNTERHALB der Umgebungstemperatur zu korrigieren. Solche Temperaturen werden KLEINER statt größer. Darum werden sie auch die UNTERE Grenze der Kalibrationskurve unterschreiten. Wenn die Kamera für solch niedrige Temperaturen nicht empfindlich ist, dann können solch niedrige Strahlungen auch nicht zurück in Temperaturen konvertiert werden.
Eines können Sie tun: Sie können die Kalibrierdateien öffnen, sichern - und einige Stützpunkte am unteren oder oberen Ende zur Kurve hinzufügen. Dann wird die IRIS mit diesen Werten rechnen. Aber wir können Ihnen dann nicht versprechen, dass solche Korrekturen richtig sind. In solchen Fällen lassen wir Sie alleine mit Ihrem Knowhow (was sicherlich schön für Forschung und Universitäten ist ;-).
Es gibt noch einen zweiten Grund für Überläufe und Unterläufe: IRIS rechnet intern mit 12-bit Werten (0-4095). Die meisten IR-Bilder haben diese Genauigkeit - und darum werden auch PWI Dateien so geschrieben. Dies ist auch der [Range] den Sie im ThBild sehen können. Dieser Range ist normalerweise identisch zum Bit-Bereich der Kamera im gewählten Dateiformat. Sobald Berechnungen den Bereich von 1-4094 verlassen, dann werden sie als Unterlauf oder Überlauf behandelt.
Generell sollten Sie für Messungen einen Kamera-Bereich wählen, der der ECHTEN Temperatur ihrer Objekte NACH der e-Korrektur entspricht. Wenn Sie WISSEN, dass ihr Objekt 1800°C hat, dann benutzen SIe auch den Bereich 50-2000°C um es zu messen - und NICHT den Bereich 0-1000°C nur weil sie etwas mehr Genauigkeit erzielen wollen. Die letzten Bits sind meist nur Rauschen - und die Probleme die entstehen wenn Sie solche Messungen machen sind größer als der mögliche Gewinn.
Wir werden nun eine Figur-Korrektur Schritt für Schritt durchgehen. Sie können Ihre eigenen Bilder verwenden - oder die Demobilder, die mit der IRIS mitgeliefert werden (heiz .sit).
Die Funktion ThEmis -> Bild -> Korrektur e(C) benötigt eine Kalibrierdatei mit Epsilon Werten für jede Temperatur. Hier das Dateiformat:
| [eps] | Sagt IRIS, dass dies eine gültige Datei für die e(c) Korrektur ist |
| -50,1.0 | <Temperatur><Komma><Epsilon-Wert> |
| 0,1.0 | Keine Korrektur zwischen -50 und 0.0 °C |
| 50,0.5 | Korrigiere 50°C mit Epsilon 0.5 (0..50°C werden linear interpoliert: 1.0 .. 0.5) |
| 100,0.1 | Korrigiere 100°C mit Epsilon 0.1 50..100°C werden linear interpoliert: 0.5 .. 0.1) |
| 200,0.1 | Korrigiere alle Temperaturen 100->200°C mit 01. |
Das "xamp\emis" Verzeichnis im IRIS Verzeichnis enthält die Demodateien: korr1.eps und korr2.eps.
Die Funktion ThEmis -> Temp -> N Punkt Korrektur benötigt eine Kalibrierdatei mit den korrigierten Temperatur-Werten für jede Temperatur. Hier das Dateiformat:
| [abs] | Sagt IRIS, dass dies eine gültige Datei for die N Punkt Korrektur ist |
| 20,20 | <Temperatur><Komma><Temperatur> CRLF 20°C wird nicht verändert. |
| 30,40 | 30°C wird geändert in 40°C. 20->30°C werden linear interpoliert |
| 40,80 | 40°C wird geändert in 80°C. 30->40°C werden linear interpoliert |
Diese Liste zeigt, welche Korrekturdateien für welchen Kamera Typ verwendet werden. Der Kamera Typ wird normalerweise aus dem Dateiformat ermittelt - oder aus den IEEE Informationen.
| Filename | auto-code | Camera / Tracer |
| th71xxr1.dat | 12:71** 12:TH71 | All 71xx NEC thermo tracer R1..R4 (range1..range4) |
| th3104r1.dat | 11:3304 | TH3104-MR (enforce) R1..R3 |
| th3102r1.dat | 10:3302 | TH3102-MR (enforce) R1..R3 |
| th3101r1.dat | 09:3301 09:3100 | TH3101-MR (enforce) R1..R3 |
| watt34a.dat | 08: | TH3104 0..750 SW* Peltier (enforce only) |
| watt34.dat | 07:510* 07:3104 07:T310401 | TH3104 0..200 SW Peltier (enforce) |
| watt32.dat | 06:3102 | TH3102 -50..200 LW:Peltier (enforce) |
| watt21.dat | 02: | TH2xxx: R1..R3 (watt22.dat, watt23.dat) |
| watt1.dat | 01: | TH1xxx, 6T64 |
| watt8 | TH3302 (old beta) R1-R3 | |
| watt9 | TH3301 (old beta) R1-R3 | |
Steht ThEmis auf 'autodetect' (Andere), dann prüft IRIS den Kamera-Code der Datei (TMP,SIT,SIF) oder die IEEE Umgebungs-Informationen nach dem Scanner Typ. Wenn der Scanner Typ zum 'auto-code' in der obigen Liste passt, dann wird der entsprechende Dateiname für nachfolgende e-Korrekturen verwendet.
Ende