Infrarot ist unsichtbar, aber wie machen Wärmebildkameras Infrarot dann sichtbar? Wenn Dich diese Frage interessiert, dann solltest Du unbedingt weiterlesen. Wir erklären Dir die Funktionsweise von Wärmebildkameras, Nachtsichtgeräten und Co.
Basics: Wie funktioniert eine Digitalkamera?
Wärmebildkameras, die Infrarot sichtbar machen, sind vom Prinzip genauso Digitalkameras, wie Du sie auch im Handy oder in Camcordern findest. Das Kernelement einer jeden Digitalkamera ist eine Matrix aus Sensoren. Über ein Objektiv wird das Licht zu dieser Sensor-Matrix geführt. Wenn die Matrix belichtet wird, d.h. sich ein Shutter öffnet, wandeln die Sensoren das auftreffende Licht in Strom um, und je nach Intensität und Wellenlänge, wird jedem Signal der einzelnen Sensoren (Pixel) ein Farb- und Helligkeitswert zugewiesen. Daraus wird dann das Bild zusammengesetzt und abgespeichert. Die Technologie, die hinter diesen Sensoren steckt, ist die sogenannte CMOS-Technologie (Complementary Metal Oxide Semiconductor), die mittlerweile die dominierende Technologie ist. Noch vor etwa 10 Jahren war hauptsächlich die CCD-Technologie (Charged Coupled Device) im Einsatz, die sich durch längere Belichtungszeiten und rauschärmeres Verhalten auszeichnete. Bessere Verarbeitungsalgorithmen und niedrigere Kosten waren aber für den Siegeszug der CMOS-Sensoren verantwortlich.
Wärmebildkameras: So wird Infrarot sichtbar gemacht
Während bei einer normalen Kamera das abgespeicherte Bild bevorzugt ein genaues Abbild des fotografierten Objekts sein soll und ihm in Farbkomposition und Helligkeit entsprechen soll, ist das bei Wärmebildkameras nicht möglich. CMOS-Sensoren können zwar auch Licht jenseits des roten Wellenlängenbereichs, also größer als 780 Nanometer, detektieren, aber es gibt noch andere Sensortechnologien, die auf die Detektion unterschiedlicher Wellenlängenbereiche optimiert werden können. So gibt es beispielsweise Kurzwellen-IR-Kameras für den Wellenlängenbereich zwischen 900 und 1700 Nanometer oder Thermosensoren, die die Wärmestrahlung zwischen 8 und 13 Mikrometer sehr gut detektieren können. Wenn bei diesen Sensoren die Signale in sichtbare Bilder umgewandelt werden, dann müssen für die Bildausgabe den einzelnen Pixeln Farben zugewiesen werden, die nicht der realen Farbe des Objekts entsprechen. Heraus kommen Falschfarbenbilder oder Schwarz-Weiß-Bilder.
Infrarot sichtbar machen: Unterschiedliche Anwendungsgebiete
- Kurzwellen-IR-Kameras nutzen das unterschiedliche Reflexions– und Absorptionsverhalten von nah-infraroter Strahlung im Vergleich zu sichtbarem Licht aus. In der Regel lassen sich mit diesen Kameras bessere Kontraste erzielen, sodass sie in vielen Sortierprozessen zum Einsatz kommen. Wenn zum Beispiel braune Kaffeebohnen und braune Dreckklumpen voneinander getrennt werden sollen, dann ist der Unterschied mit einer Kurzwellen-Infrarot-Kamera viel besser sichtbar zu machen, und zwar in Form von Helligkeitsunterschieden.
- Klassische Wärmebildkameras für den Nachtsichteinsatz (beispielsweise bei der Wildüberwachung) nutzen die Wärmestrahlung zwischen 8 und 13 Mikrometer. Für diese Kameras können beispielsweise keine Glasobjektive mehr verwendet werden. Die Linsen bestehen aus Germanium. Hier werden Temperaturunterschiede sichtbar gemacht, weil lebendige Tiere mehr Infrarotstrahlung aussenden als Bäume oder Pflanzen.
- Thermografiekameras detektieren auch Wärmestrahlung. Sie werden in der Medizin oder zur Überwachung industrieller Prozesse eingesetzt, wo bestimmte Temperaturprofile von Interesse sind. Ihre thermische Auflösung ist meist etwas feiner und sie machen auch kleine Temperaturunterschiede in meist grellen Falschfarben sehr gut sichtbar.
Kann man Infrarot auch mit einer normalen Kamera sichtbar machen?
Es kommt darauf an, welche Art von Sensoren in der normalen Kamera verbaut sind und welche Art von Infrarot detektiert werden soll. Viele CMOS-Sensoren sind beispielsweise auch im Bereich bis 950 Nanometer noch empfindlich. Wenn Du für Deinen Fernseher oder ein anderes Gerät eine Fernbedienung zuhause hast, welche eine IR-Markierung hat, dann kannst Du mal ein kleines Experiment machen:
- Nimm Deine Digitalkamera und schalte sie an oder nimm Dein Smartphone und aktiviere die Kamera-App.
- Richte die Infrarot-Fernbedienung auf das Kamera-Objektiv und betätige irgendeine Taste.
- Beobachte das Sucherdisplay der Kamera bzw. Dein Smartphone-Display.
- Wenn jetzt dort, wo die Infrarot-LED der Fernbedienung sitzt, ein heller – meist rotviolett blinkender – Lichtpunkt zu erkennen ist, dann hast Du eine Kamera, mit der Du auch Infrarot sichtbar machen kannst.
Viele Kamerahersteller filtern das IR-Licht, um die Bildwiedergabe farbechter zu gestalten. Beim Smartphone wird bei der Selfie- bzw. Frontkamera jedoch in der Regel darauf verzichtet. Mit ihr kannst Du fast immer Infrarot sichtbar machen. Wenn Du weißt, dass Deine Kamera auf diese Art „IR-kompatibel“ ist, dann ist das auch eine gute Möglichkeit, die Funktion der Fernbedienung zu überprüfen.
Übrigens: Infrarot kannst Du auch mit sogenannten Detektorkarten sichtbar machen. Das Material der Karte wird durch die Infrarotstrahlung angeregt und emittiert sichtbares Licht. Diese Karten sind im Handel erhältlich.
Infrarot sichtbar machen: So geht‘s
Infrarot ist elektromagnetische Strahlung, genauso wie sichtbares Licht. Und genauso, wie man mit sichtbarem Licht Fotos und Filme aufnehmen kann, geht das auch mit Infrarot. Es müssen nur die Sensoren kompatibel mit der Infrarot-Strahlung sein und es muss klar sein, dass die Bilder in der Farbwahl nicht der Realität entsprechen. Ein Hirsch mit einem hellbraunen Fell kann nämlich in derselben Intensität Wärmestrahlung aussenden wie ein Wildschwein mit einem schwarzen Fell. Und wenn die auf demselben Infrarotbild nebeneinander stehen würden, hätten sie dieselbe Farbe.