Messfeld des Sichtfelds (MFOV)

Das Messfeld des Sichtfelds (Measurement Field of View, MFOV) definiert die kleinste Zielgröße, die erforderlich ist, um genaue Temperaturmessungen zu erhalten. Es wird üblicherweise für eine Objektgröße von 3×3 oder 4×4 Pixeln angegeben, bei der 90 % der Energie des Zielobjekts erfasst werden. Für die Thermografie entspricht das MFOV dem Messfleck eines Pyrometers. Aufgrund der Pixelanordnung enthält es eine diskrete Anzahl von Einzelpixeln und ist somit mit dem momentanen Sichtfeld (IFOV) verknüpft.

Daraus ergibt sich die Beziehung:

[math]MFOV = m \cdot IFOV[/math]

Dabei steht m für die Anzahl der Pixel, die benötigt werden, um die Messfleckgröße zu erreichen. Das IFOV entspricht einem Pixel des Detektorarrays und definiert die kleinste detektierbare Zielgröße des Bildgebungssystems.

Zur genaueren Berechnung kann das IFOV verwendet werden:

[math]IFOV [mrad] \approx \frac{Pixelgröße}{f}[/math]

und das MFOV mit den optischen Parametern, wie der Brennweite f der Kamera, verknüpft werden:

[math]MFOV [mrad] \approx m \cdot \frac{Pixelgröße}{f}[/math]

IFOV und MFOV sind damit Formen der räumlichen Auflösung und müssen berücksichtigt werden, um die Temperaturmessung kleiner Objekte zu präzisieren. Während Pixelgröße und Brennweite klar definiert sind, ist die Anzahl der Pixel m so gewählt, dass 90 % der umschlossenen Energie erfasst werden.

Da die zweite Null der Airy-Scheibe 91 % der Energie enthält, lässt sich der Airy-Durchmesser für die Temperaturmessung wie folgt definieren:

[math]d_{0,91} = 4,5 \cdot \lambda \cdot N[/math]

wobei λ die verwendete Wellenlänge und N die Blendenzahl (F-Nummer) der Optik ist. Dieser Airy-Durchmesser ist nahezu doppelt so groß wie bei der Standarddefinition (erste Null der Airy-Verteilung, 84 % Energie).

Je kleiner die F-Nummer, desto kleiner ist der Fleckdurchmesser auf dem Sensor. In der Praxis ist jedoch die tatsächliche Leistung der Wärmebildkamera entscheidend. Während der Airy-Durchmesser das theoretische Limit angibt, kann die reale Optikleistung die optische Auflösung ebenfalls begrenzen.

Mit abnehmender Sensorgröße verringert sich auch die Pixelgröße. Bei konstantem Fleckdurchmesser, der durch die Beugungsgrenze bestimmt wird, nimmt die Leistungsfähigkeit für das IFOV ab, je kleiner die Pixel werden. Kleinere Pixel erfordern eine höhere Bildqualität und verbesserte optische Systeme.

Oft interessiert den Benutzer das FOV in mm oder m für einen bestimmten Abstand, wobei sichergestellt werden muss, dass die Objektgröße mindestens dem MFOV entspricht. Ein FOV-Rechner ermöglicht die Eingabe von Kamera und Optik und liefert alle notwendigen FOV-Daten wie HFOV, VFOV, IFOV und MFOV.

Die Wahl des Sichtfelds bei Thermografiekameras hängt eng mit der optischen Auflösung zusammen, die die Fähigkeit der Kamera bestimmt, kleine Details zu unterscheiden. Kameras mit hoher optischer Auflösung können feinere Details erfassen, besonders bei engeren Sichtfeldern. Daher ist die Balance zwischen FOV und optischer Auflösung entscheidend für die Qualität und Nutzbarkeit der erzeugten Wärmebilder.