Optische Auflösung (Optical Resolution)

Die optische Auflösung ist ein entscheidender Spezifikationsparameter in der Temperaturmesstechnik und beschreibt die Fähigkeit eines Geräts, ein Objekt mit ausreichender Genauigkeit aufzulösen. Ein kleiner Bildwinkel (FOV – Field of View) ist mit einer kleinen Messfleckgröße verbunden und ermöglicht somit eine höhere optische Auflösung des Messziels. In Temperaturmessanwendungen gewährleistet eine hohe optische Auflösung, dass alle relevanten Temperaturinformationen des Messobjekts präzise erfasst werden – eine wichtige Voraussetzung für eine effektive Temperaturüberwachung und -regelung.

Aus technischer Sicht hängt die optische Auflösung von der Optik des Messgeräts sowie der Detektorgröße bei einem Pyrometer beziehungsweise der Pixelgröße des Sensors bei einer Wärmebildkamera ab. Beide Faktoren bestimmen gemeinsam die erreichbare optische Auflösung der Temperaturmessung.

Bei einem Pyrometer beschreibt die optische Auflösung die Fähigkeit, die Temperatur eines bestimmten Bereichs exakt zu messen. Die Größe des Messflecks variiert mit der Messentfernung des Pyrometers, weshalb häufig das Verhältnis von Messdistanz zu Messfleckgröße (D:S-Verhältnis) angegeben wird. In den meisten Fällen ist eine kleine Messfleckgröße – also ein großes D:S-Verhältnis – von Vorteil. Dadurch kann das Pyrometer auch kleine Ziele aus größerer Entfernung erfassen und eine professionelle Temperaturmessung sicherstellen. Voraussetzung hierfür ist jedoch eine präzise Ausrichtung des Geräts, die meist über Laser- oder Videozielvorrichtungen erfolgt, um die hohe optische Auflösung effektiv zu nutzen.

Es ist wichtig, dass das Messobjekt größer oder mindestens gleich groß wie der Messfleck ist. Nur Quotientenpyrometer (Zweifarbenpyrometer) können Objekte messen, die kleiner als der Messfleck sind, ohne große Messfehler zu verursachen, die sonst zu einer Signalabschwächung von 80 % bis 90 % führen könnten. Um genaue Messergebnisse zu gewährleisten, sollte die Messfleckgröße des Pyrometers in der jeweiligen Entfernung überprüft werden – idealerweise mit einem FOV- oder Spot-Size-Rechner.

Bei einer Wärmebildkamera wird die optische Auflösung häufig als räumliche Auflösung bezeichnet. Sie beschreibt den Abstand, bei dem zwei punktförmige Objekte noch getrennt erkannt und somit aufgelöst werden können, was durch das Rayleigh-Kriterium definiert wird. Dieses Kriterium hängt von der Blendenzahl (F-Nummer) der Optik und der Messwellenlänge ab. Häufig wird die Modulationsübertragungsfunktion (MTF – Modulation Transfer Function) verwendet, um die optische Auflösung bildgebender Systeme zu beschreiben. Das Rayleigh-Kriterium entspricht einer MTF von 9 %. Unterhalb dieses Werts können die Objekte nicht mehr voneinander unterschieden werden.

In der Thermografie wird die optische Auflösung häufig durch das Instantaneous Field of View (IFOV) definiert, das die kleinste Zielgröße beschreibt, die in einer bestimmten Entfernung aufgelöst werden kann. Das IFOV entspricht dem Messfleck, der durch ein einzelnes Pixel des Detektorarrays abgebildet wird, während das gesamte Sichtfeld (FOV) die gesamte Sensorfläche repräsentiert. Für eine optimale Abtastung des Objekts wird eine Messentfernung empfohlen, die mindestens dem Zweifachen des IFOV entspricht.

Für hochpräzise Temperaturmessungen mit Wärmebildkameras sollte die Zielgröße mindestens dem Measurement Field of View (MFOV) entsprechen. Ein typischer MFOV-Wert entspricht einem Bereich von 3 × 3 Pixeln, also dem Dreifachen des IFOV. Weitere Details können dem FOV-Rechner entnommen werden.