Horizontales Sichtfeld (HFOV)

Das horizontale Sichtfeld (HFOV) beschreibt die Breite des Bereichs einer Szene, der von der Kamera erfasst werden kann. In der Regel wird dabei ein Sensor im Rechteckformat verwendet. Die Sensorbreite in Kombination mit der Brennweite des Objektivs definiert das HFOV. Der horizontale und vertikale Bildwinkel (Breite und Höhe des Sensors) bestimmen gemeinsam den Gesamtbildwinkel der Kamera. Aus diesen beiden Werten ergibt sich das diagonale Sichtfeld (DFOV). Meistens ist die längere Seite der rechteckigen Kamera parallel zum Horizont ausgerichtet, während das vertikale Sichtfeld (VFOV) senkrecht zur Erdoberfläche steht.

Allgemein wird das Sichtfeld (FOV) eines Instruments durch den Winkel beschrieben, innerhalb dessen das Gerät empfindlich ist und das Zielobjekt erfassen kann. Bei Pyrometern wird es häufig als Messfleckgröße des Thermometers definiert. In der Thermografie bestimmt das FOV einer Kamera den beobachtbaren Bereich einer Szene, der abgebildet werden kann. Das Kamera-FOV wird typischerweise in Grad angegeben und hängt von der Konfiguration der Optik und der Detektorgröße der Wärmebildkamera ab. Es wird durch das Verhältnis der Sensorgröße zur Brennweite f der Kameraoptik bestimmt.

In Bezug auf das Sensorformat kann das FOV als horizontales Sichtfeld (HFOV) und vertikales Sichtfeld (VFOV) angegeben werden.

In den meisten Fällen bestimmt die Objektdistanz die Wahl des Sichtfelds. Für Langstreckenanwendungen kann ein enges Sichtfeld (Teleoptik) gewählt werden, das die Erfassung kleiner Objekte auch auf große Entfernungen ermöglicht. Ein enges Sichtfeld kann aber auch bei kurzen Distanzen eingesetzt werden. Die Kombination aus kurzer Distanz und engem FOV führt zu einer starken Vergrößerung des Ziels. Für spezielle Anwendungen werden Mikroskopoptiken eingesetzt, um kleinste Objekte zu erfassen – auch im Spektralbereich von 8 µm bis 14 µm.

Mit einem weiten Sichtfeld kann die Wärmebildkamera einen größeren Bereich erfassen, was besonders bei der allgemeinen Überwachung und schnellen Beurteilung von Temperaturverteilungen auf großen Flächen vorteilhaft ist. Bei der Inspektion elektrischer Anlagen, etwa von Schaltschränken, ermöglicht ein weites FOV die Identifizierung von Defekten in beengten Räumen. Weitwinkeloptiken eignen sich auch für großflächige Umweltüberwachung, z. B. zur Branderkennung. Zur Erkennung von Temperaturanomalien kann das thermografische Bild mit einem Hotspot-Detektionsalgorithmus ausgewertet werden, der Inspektionsberichte erstellt oder direkt einen Prozessalarm auslöst.

Sichtfeld und optische Auflösung

Zusätzlich zu diesen FOV-Definitionen muss die räumliche Auflösung bzw. das momentane Sichtfeld (IFOV) berücksichtigt werden, um die Temperaturmessung kleiner Objekte korrekt zu bewerten. Das IFOV entspricht einem einzelnen Pixel des Sensorarrays und definiert die kleinste auflösbare Objektgröße. Für präzise Temperaturmessungen muss die Zielgröße größer als das IFOV sein. Typischerweise sollte ein Objekt mindestens 3×3 Pixel groß sein – dies definiert das Messsichtfeld (MFOV).

Oft möchten Anwender für eine bestimmte Entfernung das Sichtfeld in Millimetern oder Metern wissen. Ein FOV-Rechner ermöglicht es, die verwendete Kamera und Optik einzugeben und liefert alle relevanten FOV-Daten, darunter HFOV, VFOV, IFOV und MFOV.

Die Wahl des FOV bei Wärmebildkameras steht in engem Zusammenhang mit der optischen Auflösung der Kamera – also ihrer Fähigkeit, kleine Details zu unterscheiden. Eine Kamera mit hoher optischer (räumlicher) Auflösung kann feinere Details darstellen, was besonders bei der Untersuchung kleiner oder weit entfernter Objekte entscheidend ist. Diese optische Auflösung ist bei Kameras mit engem Sichtfeld in der Regel höher. Daher ist der Kompromiss zwischen Sichtfeld und optischer Auflösung ein zentraler Aspekt in der Thermografie, der sowohl die Bildqualität als auch die Anwendbarkeit der Wärmebildaufnahmen beeinflusst.