Een goed warmtebeeld?

Afgelopen jaren worden warmtebeeldcamera's gebruikt in steeds meer professionele omgevingen. De camera's zijn eenvoudig te hanteren en het maken van warmtebeelden gebeurt snel. Ook kunnen beelden eenvoudig worden bijgevoegd bij rapporten, bijv. voor de inspectie van een elektrische installatie of gebouw als bewijs van uitgevoerde werkzaamheden of aangetroffen storingen of afwijkingen. Men vergeet echter vaak dat een beeld dat moet fungeren als bewijs of zelfs als bewijsstuk in een rechtbank, moet voldoen aan bepaalde eisen. Een snelle opname uit de losse pols is dan niet voldoende. Wat zijn dan de kenmerken van een echt goed warmtebeeld?

Tijdens de praktijkoefeningen van onze thermografietrainingen merken wij telkens op hoeveel moeite een aantal deelnemers heeft met het kiezen van de optimale camera-instellingen voor verschillende taken. Niet iedereen heeft een achtergrond op het gebied van bijvoorbeeld amateurfotografie (meer informatie over het verschil tussen thermografie en fotografie volgt in de volgende paragraaf), en om een goed en betekenisvol warmtebeeld te maken is enige kennis van fotografie en de praktische toepassing daarvan onontbeerlijk. Daarom is het niet verrassend dat thermografen, met name die zonder training, herhaaldelijk rapporten produceren met warmtebeelden die geen betekenis hebben of zelfs de verkeerde conclusies ondersteunen, en daardoor alleen geschikt zijn voor de afvalbak. Helaas zijn dergelijke rapporten niet alleen te vinden in bedrijven waar thermografie min of meer een extraatje is, maar ook in bedrijven waar dergelijke rapporten deel kunnen uitmaken van een kritiek procesbewakings- of onderhoudsprogramma. De twee voornaamste oorzaken hiervan zijn: de gebruikers weten niet wat een goed warmtebeeld is en hoe je er een maakt, of het werk wordt om welke reden dan ook niet naar behoren uitgevoerd.

Een goed beeld

Aangezien thermografie en fotografie gerelateerd zijn, is het goed om te kijken naar wat van belang is voor professionele fotografen. Wat vinden zij een goede foto? Drie aspecten zijn hierbij het belangrijkst:

• Een foto moet de toeschouwer raken. Dat betekent dat de foto ongebruikelijk, opvallend of uniek moet zijn, interesse moet wekken en, afhankelijk van het genre, emotie moet opwekken.
• De compositie en balans moeten in harmonie zijn; het detail en de inhoud moeten esthetisch bij elkaar passen.
• De belichting moet interessant zijn, bijvoorbeeld van achteren of opzij komen, waardoor dramatische schaduwen worden verkregen, avondlicht of andere aangename verlichting, afhankelijk van wat past bij het totaaleffect dat de fotograaf wil bereiken.

In hoeverre kunnen deze concepten worden toegepast op thermografie?

Ook bij thermografie is het van belang dat het motief interessant is. Met andere woorden: ons doel is het afbeelden van een object of de staat hiervan. Emoties zijn niet nodig; bij warmtebeelden hebben feiten prioriteit (tenzij het gaat om een kunstproject). Bij het dagelijkse beroepsleven is het van belang thermische patronen duidelijk weer te geven en temperatuurmetingen te vergemakkelijken.

Het warmtebeeld moet ook een goede hoeveelheid detail hebben en het object weergeven op een geschikte grootte en in een geschikte positie. Zonder externe verlichting zijn visueel zicht en fotografie onmogelijk, omdat datgene wat wij zien met onze ogen of vastleggen met een fotocamera voortkomt uit gereflecteerd licht. Bij thermografie legt de camera zowel uitgezonden als gereflecteerde straling vast. Daarom zijn het verband en de intensiteit van de infrarode straling die wordt uitgezonden door het object en door de omgeving daarvan, van belang. De helderheid en het contrast van het beeld worden vervolgens aangepast door het wijzigen van de weergegeven temperatuurinterval.

De vergelijking tussen fotografie en thermografie kan in een tabel worden samengevat met een aantal kernwoorden:

Net als bij fotografie zijn er bij thermografie talloze mogelijkheden voor het bewerken van beelden, mits deze zijn opgeslagen als radiometrische beelden. Niet alle instellingen kunnen echter worden gewijzigd, n niet alle beeldfouten kunnen worden gecorrigeerd.

De drie onveranderbare elementen - de basis voor een goed beeld

Focus

Een professioneel warmtebeeld is altijd scherp, en het object en warmtepatroon zijn duidelijk en eenvoudig te herkennen.

In het onscherpe beeld (links) zijn alleen vage "warme plekken" zichtbaar. In het scherpe beeld (rechts) is duidelijk te zien welk object wordt onderzocht en waar het object warm is.

Een onscherp beeld oogt niet alleen onprofessioneel en maakt het moeilijker om het object en eventuele storingen te identificeren, maar kan zelfs leiden tot meetfouten, die ernstiger zijn naarmate het meetobject kleiner is. Zelfs als alle andere parameters juist zijn ingesteld zijn de meetwaarden van een onscherp warmtebeeld hoogstwaarschijnlijk onjuist.

Een scherp warmtebeeld (links) met een maximumtemperatuur Tmax = 89,7 °C en een onscherp warmtebeeld (rechts) met een maximumtemperatuur Tmax = 73,7 °C.

Natuurlijk speelt ook de afmeting van de detectiematrix een rol bij de beeldkwaliteit. Beelden die zijn gemaakt met camera's met kleinere detectoren (d.w.z. met minder pixels) zijn vager of 'korelliger', en lijken onscherp. Daarnaast dient te worden opgemerkt dat niet iedere camera kan worden scherpgesteld, en dat in dit geval de enige manier om een scherp beeld te verkrijgen is om de afstand tot het object te veranderen.

Dezelfde radiator vanaf dezelfde afstand met dezelfde instellingen, genomen met drie verschillende warmtebeeldcamera's: FLIR C2 (links), FLIR T440 (midden) en FLIR T640 (rechts).

Temperatuurbereik

Voor ongekoelde handcamera's met microbolometer wordt de 'belichtingswaarde' in feite bepaald door de framesnelheid van het beeld. Dit betekent dat het niet mogelijk is hoe lang (en dus hoeveel) straling op de detector van de camera terechtkomt. Daarom is het van belang dat een temperatuurbereik wordt geselecteerd dat overeenkomt met de hoeveelheid invallende straling. Als een te laag temperatuurbereik wordt geselecteerd, wordt het beeld oververzadigd, aangezien objecten met een hogere temperatuur meer infrarode straling uitzenden dan koelere objecten. Als u een te hoog temperatuurbereik selecteert, wordt het warmtebeeld 'onderbelicht'.

Figure 36.4 Beelden van een FLIR T440 met een temperatuurbereik van –20 tot +120 °C, (links), 0 tot +650 °C (midden) en +250 tot +1200 °C (rechts). Alle andere instellingen zijn identiek.

Om een beeld of temperatuurmeting te realiseren is het van belang het laagst mogelijke temperatuurbereik van de camera te selecteren dat ook de hoogste temperaturen in het beeld omvat.

Een beeld van hetzelfde object, genomen met verschillende temperatuurbereiken: –20 tot 120 °C (links) en 0 tot 650 °C (rechts). De temperatuur in het linker beeld wordt weergegeven met een waarschuwingssymbool (een rode cirkel met een wit kruis), omdat de gemeten waarden buiten het gekalibreerde bereik liggen.

Afhankelijk van het cameramodel en de configuratieopties kunnen overbelichte en onderbelichte gebieden worden weergegeven in een contrasterende kleur.

Beelddetail en afstand van het object

De belichting bij fotografie komt overeen met de combinatie van straling van het object en gereflecteerde straling van de omgeving bij thermografie. Deze gereflecteerde straling is ongewens omdat storende reflecties (in ieder geval op slechts delen van het object) moeten worden voorkomen. Hiertoe moet een geschikte positie worden gekozen voor het maken van beelden. Ook is het raadzaam een positie te kiezen vanaf waar het doelobject duidelijk zichtbaar is en niet is verborgen. Dit lijkt voor de hand te liggen, maar in de gebouwensector komen bijvoorbeeld vaak rapporten voor waarin onderzochte leidingen of ramen schuil gaan achter banken, kamerplanten of gordijnen. Onderstaand beeld toont een dergelijke situatie, die maar al te vaak optreedt.

Thermografische inspectie' van een ontoegankelijk object.

Ook is het van belang dat het onderzoeksobject, of het interessante deel hiervan, het gehele warmtebeeld omvat. Dit geldt met name bij het meten van de temperatuur van kleine objecten. Het puntmeethulpmiddel moet volledig worden gevuld door het object om een juiste temperatuurmeting mogelijk te maken. Aangezien het blikveld en daarmee de puntafmeting worden bepaald door zowel de afstand tot het object als de optica van de camera, moet in dergelijke situaties de afstand tot het object worden verkleind (kom dichterbij) of een telelens worden gebruikt

Toevoer- en retourleidingen van radiatoren in een open kantoor. Het linker beeld is genomen van een afstand van 1 m: het meetpunt is gevuld en de temperatuurmeting is juist. Het rechter beeld is genomen van een afstand van 3 m: het meetpunt is niet volledig gevuld en de gemeten temperatuurwaarden zijn onjuist (31,4 en 24,4 °C in plaats van 33,2 en 25,9 °C).

De veranderbare elementen - beeldoptimalisatie en temperatuurmeting

Niveau en bereik

Na het kiezen van het juiste temperatuurbereik kunt u de contrast en helderheid van het warmtebeeld afstellen door de weergegeven temperatuurintervallen te wijzigen. In de handmatige modus kunnen de temperatuurkleuren in het pallet worden toegekend aan de temperaturen van het doelobject. Dit proces wordt vaak "thermische kalibratie" genoemd. In de automatische modus selecteert de camera de koudste en warmste schijnbare temperaturen in het beeld als de boven- en ondergrens van de momenteel weergegeven temperatuurinterval. Het kiezen van een goede of probleemspecifieke schaal van het warmtebeeld is een belangrijke stap bij de interpretatie van het beeld, die helaas vaak wordt onderschat.

Een warmtebeeld in automatische modus (links) en in handmatige modus (rechts). Door aanpassing van de temperatuurinterval wordt het contrast in het beeld vergroot en worden de storingen duidelijk.

Paletten en isothermen

Paletten vertegenwoordigen intervallen met dezelfde schijnbare temperaturen door middel van verschillende sets kleuren. Met andere woorden: ze vertalen specifieke stralingsintensiteiten naar kleuren die specifiek zijn voor een bepaald palet. Veelgebruikte paletten zijn grijs, ijzer en regenboog (zie Figure 36.9). Grijstinten zijn met name geschikt voor kleine geometrische details, maar minder voor het weergeven van kleine temperatuurverschillen. Het ijzerpalet is zeer intuïtief en ook eenvoudig te gebruiken voor mensen met weinig ervaring op het gebied van thermografie. Het biedt een goede balans tussen geometrische en thermische resolutie. Het regenboogpalet is kleurrijker en wisselt af tussen lichte en donkere kleuren. Dit resulteert in een groter contrast, maar kan leiden tot een rommelig beeld voor objecten met verschillende oppervlakken of veel verschillende temperaturen.

Van links naar rechts: grijs-, ijzer- en regenboogpallet.

De isotherm is een meetfunctie die een bepaalde interval van dezelfde schijnbare temperatuur of stralingsintensiteit weergeeft in een kleur die afwijkt van het palet. Hiermee kunt u temperatuurpatronen in het beeld benadrukken.

Funderingsmuur: overgang tussen de oude (links in beeld) en de nieuwe (rechts in beeld) delen van het gebouw. De isotherm toont een gebied waar luchtlekkage optreedt.

Objectparameter

We hebben al gezien dat het uiterlijk van warmtebeelden afhankelijk is van de techniek en instellingskeuze van de thermograaf, en dat opgeslagen radiometrische beelden kunnen worden aangepast door bewerking. Het is echter ook mogelijk de instellingen te wijzigen die relevant zijn voor het berekenen van temperaturen. In de praktijk betekent dit dat de emissiviteit en gereflecteerde schijnbare temperatuur achteraf kunnen worden gewijzigd. Als u opmerkt dat deze parameters onjuist zijn ingesteld of als u meer meetpunten wilt toevoegen, worden de temperatuurmeetwaarden (her)berekend conform de wijzigingen.

Verandering van de emissiviteit voor een opgeslagen beeld. De maximumtemperatuur bedraagt 65,0 °C voor ε = 0,95 in het linker beeld, en 77,3 °C voor ε = 0,7 in het rechter beeld.

Warmtebeelden maken, praktische tips

De volgende lijst omvat enkele praktische tips. Merk echter op dat dit geen uitputtelijke omschrijving is van de procedure voor het maken van warmtebeelden.

• Zorg ervoor dat de camera radiometrische beelden opslaat.
• Kies een geschikte positie om beelden te maken:
• Kijk naar de stralingssituatie.
• Controleer of het object duidelijk zichtbaar is en wordt weergegeven op een geschikte grootte en in een geschikte positie.
• Als u de emissiviteit wijzigt, dient u erop te letten dat het temperatuurbereik juist blijft.
• Stel scherp.
• Gebruik een statief om het schudden van de camera te minimaliseren.
• Voer een thermische kalibratie uit.
• Houd rekening met de beschrijving van het object, het formaat van het object, de werkelijke afstand, de omgevingsomstandigheden en de bedrijfsomstandigheden.

Het is eenvoudiger om een warmtebeeld te bewerken wanneer het is opgeslagen of 'bevroren' (in "Voorbeeld"). Onthoud ook dat u, omdat u niet alles ter plekke hoeft te doen, gevaarlijke gebieden onmiddellijk na het maken van het beeld kunt verlaten. Maak indien mogelijk meer beelden dan u nodig hebt, en uit verschillende hoeken. Liever te veel dan te weinig beelden! Na afloop kunt u op uw gemak het beste beeld kiezen.

Conclusie

Voor het maken van een goed warmtebeeld is geen magie nodig, alleen goede kennis van zaken en een goede uitvoering. Veel van de genoemde punten lijken wellicht triviaal en 'oud nieuws', met name voor amateurfotografen. Natuurlijk speelt de apparatuur een rol bij het eenvoudiger maken van scherpe beelden: betere camera's (d.w.z. camera's met een hogere resolutie) maken het mogelijk zelfs kleine afwijkingen snel te lokaliseren, en zonder mogelijkheden om scherp te stellen is het altijd moeilijk om een scherp beeld te maken. Een topcamera vormt echter geen garantie voor goede beelden bij onjuist gebruik. De basis voor goede, professionele beelden ligt in educatie en training op het gebied van thermografie, uitwisseling van kennis met andere thermografen en, natuurlijk, praktijkervaring. Bekijk al onze warmtebeeldcamera's in onze shop. Voor High-End Thermografie oplossingen verwijzen wij u naar Sensor Partners.