Infrarotthermographie

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1 Infrarotthermographie 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Norbert Schuster Valentin G. Kolobrodov )WILEY-VCH Berlin Weinheim New York Chichester Brisbane Singapore Toronto

2 1 Technische Besonderheiten der Wärmebildtechnik Radiometrische Kette Prinzipien der räumlichen Abtastung Historische Fakten zur Thermographie 15 2 Mathematische Grundlagen zur Beschreibung der Signalverarbeitung Frequenzanalyse determinierter Signale Fraunhofersche Beugung Normiertes Beugungsbild PSF Übertragungsfunktion MTF Beschreibung nichtdeterminierter Signale Lineare Systeme Faltung Übertragungsfunktion Rauschsignale Zeitliche und räumliche Abtastung Berechnungsbeispiele 40 3 Eigenstrahlung von Objekt und Hintergrund Energetische und photometrische Größen Strahlungsausbreitung Energiebilanz des Strahlungstransportes Strahlungsgesetze des Schwarzen Körpers Eigenstrahlung realer Körper Emissionsgrade realer Körper Berechnung der Eigenstrahlung Störquellen und thermischer Hintergrund Thermische Auflösung und Strahlungskontrast Berechnungsbeispiele 67 4 Atmosphärische Transmission Berechnung der Transmission infolge des Wasserdampfes Berechnung der Transmission infolge des vorhandenen Kohlendioxids Atmosphärische Fenster Berechnung des Transmissionsgrads infolge Streuung aus der Sichtweite Berechnungsbeispiele 85

3 5 Optische Systeme Thermographische Abbildung Abbildungsbeziehungen Thermische Auflösung Räumliches Auflösungsvermögen Räumliche Abtastung Infrarotoptische Materialien Linsenmaterialien Antireflexbeläge Spiegelmaterialien Optomechanische Abtastung Abtastung mit Planspiegel Abtastung mit Spiegelpolygon Abtastung durch Polygonprismen Abtastung durch Drehkeilpaar Konzipierung des optischen Systems Sicherung der thermischen und räumlichen Auflösung Erfaßtes Bildfeld FOV (field of view) Berechnung der IR-Optiken Ausführungsformen Linsenoptiken Spiegeloptiken Kepler-Vorsätze Approximation der Modulationsübertragungsfunktion Berechnungsbeispiele Aufgaben zur selbständigen Lösung Infrarotstrahlungsempfänger Empfängerkenngrößen Empfindlichkeit (responsivity, sensibilite) Detektivität (detectivity, detectivite) Kleinste auflösbare Bestrahlungsstärkedifferenz Modulationsübertragungsfunktion Thermische Empfänger Arten thermischer Einelementempfänger Pyroelektrisches Vidikon Thermische Empfängerarrays Quantenempfänger Grundlegende Eigenschaften Funktionsprinzipien von IR-Quantenempfängem Ausführungsformen Empfängerkühlung Flüssiggaskühlung Joule-Thomson-Kühlung Thermoelektrische Kühlung 175

4 6.4.4 Stirling-Kühler Berechnungsbeispiele Signalverarbeitung Elektrisches Signal am Empfängerausgang Einstellung und Korrektur der Temperaturskala auf analogem Wege Möglichkeiten der digitalen Bildbearbeitung Abtastung und Rauschbandbreite Abtastung mit Einelementempfängern Abtastung mit Zeilenempfängern Bildaufnahme mit Matrixempfängern Berechnungsbeispiele Anzeigeeinheiten Charakteristika für Anzeigen Größe und Auflösung Lichttechnische Größen Farbwiedergabe Elektronenstrahlröhre Flüssigkristallanzeigen Plasma-Bildschirme Gesetze der visuellen Wahrnehmung Grundlegende Eigenschaften des Auges Aufbau und Bildentstehung Photometrische Eigenschaften Geometrisch-optische Eigenschaften Übertragungseigenschaften des menschlichen Auges Integrierende Wirkung des Auges Zeitkonstante des Auges Räumliche Integration Flimmern der angezeigten Szene Wahrnehmung des fhermographischen Bildes Reaktionen bei der Objektwahrnehmung Referenzobjekte Entdeckungswahrscheinlichkeit Erkennungswahrscheinlichkeit Berechnungsbeispiele Bewertungskriterien für Thermographiesysteme Auswahl des spektralen Arbeitsgebietes Übertragungsfunktion Rauschbegrenzte thermische Auflösung Verbindung von räumlicher und thermischer Auflösung Ableitung einer MDTD-Beziehung Minimal auflösbare Temperaturdifferenz MRTD Reichweite von Wärmebildsystemen 254

5 K) Inhaltsverzeichnis Rauschäquivalente Reichweite NED Entdeckungsreichweite unter Berücksichtigung der Integration durch das 257 Auge Entdeckungsreichweite unter Berücksichtigung der Kontrastempfindung 258 des Auges Erkennungsreichweite Berechnungsbeispiele Aufgaben zur selbständigen Lösung Prüfung von Wärmebildsystemen Messung des Videosignals Signalübertragungsfunktion Rauschsignal Rauschäquivalente Temperaturdifferenz Messung der Modulationsübertragungsfunktion Objektive MRTD- und MDTD-Messung Weiterentwicklung von Meßmöglichkeiten Anwendungen und Tendenzen Pyrometrie Meßproblem Schmalbandige Messung Eliminierung des Emissionsgrades Breitbandige Messung Thermographische Diagnose Bauthermographie Medizinthermographie Vorbeugende Instandhaltung Impuls- Thermographie Kombination von visuellen Bildern und Thermogrammen Beobachtung technologischer Prozesse Sicherheits- und Militärtechnik Objekt-und Brandschutz Passive Aufklärung Passive Fernerkundung Zielverfolgung Entwicklungstendenzen Sichtgeräte Meßkameras Systeme mit großer Reichweite Berechnungsbeispiele 322 Verwendete Formelzeichen 327 Literaturverzeichnis 331 Sachwortverzeichnis 337