Vertikales Sichtfeld (VFOV)

Das vertikale Sichtfeld (VFOV, Vertical Field of View) beschreibt die Höhe des Bereichs einer Szene, der von der Kamera erfasst werden kann. In der Regel wird ein Sensor im rechteckigen Format verwendet. Daher bestimmen die Höhe des Sensors zusammen mit der Brennweite der Linse das vertikale Sichtfeld. Die horizontalen und vertikalen Bildwinkel (Breite und Höhe des Sensors) ergeben zusammen den Gesamtbildwinkel der Kamera. Aus diesen beiden Werten ergibt sich das diagonale Sichtfeld (DFOV). In den meisten Fällen ist die längere Seite der rechteckigen Kamera parallel zum Horizont ausgerichtet, während das vertikale Sichtfeld senkrecht zur Erdoberfläche verläuft.

Allgemein wird das Sichtfeld (FOV, Field of View) eines Instruments durch den Winkel beschrieben, innerhalb dessen das Gerät empfindlich ist und das Zielobjekt erfassen kann. Bei Pyrometern wird es häufig durch die Messfleckgröße des Thermometers definiert. In der Thermografie bestimmt das Sichtfeld einer Kamera den beobachtbaren Bereich einer Szene, der von der Kamera abgebildet werden kann.

Das Sichtfeld einer Kamera wird üblicherweise in Grad angegeben und hängt von der Konfiguration der Optik und der Detektorgröße der Wärmebildkamera ab. Das Sichtfeld wird durch das Verhältnis der Sensorgröße zur Brennweite 𝑓 der Kameraoptik definiert:

FOV = 2∙arctan (Sensorgröße / 2f) ≈ Sensorgröße / f

Bezogen auf das Sensorformat kann das Sichtfeld durch das horizontale Sichtfeld (HFOV) und das vertikale Sichtfeld (VFOV) beschrieben werden.

In den meisten Fällen bestimmt der Objektabstand die Wahl des Sichtfelds. Für Langstreckenanwendungen kann ein schmales Sichtfeld (Teleoptik) gewählt werden, das die Erfassung kleiner Objekte auch aus großer Entfernung ermöglicht. Die Verwendung eines schmalen Sichtfelds bei kurzem Abstand ist ebenfalls möglich. Die Kombination aus kurzer Distanz und engem Sichtfeld führt zu einer hohen Vergrößerung des Zielobjekts. Für fortgeschrittene Anwendungen sind Mikroskopoptiken erforderlich, um kleine Objekte im Mikrometerbereich auch im Wellenlängenbereich von 8 µm bis 14 µm detektieren zu können.

Mit einem weiten Sichtfeld kann die Wärmebildkamera einen größeren Bereich erfassen, was insbesondere für allgemeine Überwachungsaufgaben und die schnelle Beurteilung der Temperaturverteilung über große Flächen von Vorteil ist. Beim Prüfen elektrischer Anlagen, wie beispielsweise Schalttafeln, ermöglicht ein weites Sichtfeld die Erkennung elektrischer Defekte auch bei beengten Platzverhältnissen. Weitwinkeloptiken können zudem für die großflächige Umweltüberwachung, etwa zur Brandfrüherkennung, eingesetzt werden. Zur Detektion von Temperaturabweichungen kann das thermografische Bild mithilfe eines Hotspot-Erkennungsalgorithmus analysiert werden, um Prüfberichte zu erstellen oder Prozessalarme direkt auszulösen.

Sichtfeld und optische Auflösung:

Zusätzlich zu diesen Sichtfelddefinitionen muss die räumliche Auflösung – das sogenannte Instantaneous Field of View (IFOV) – berücksichtigt werden, um die Temperaturmessung kleiner Objekte korrekt bewerten zu können. Das IFOV entspricht einem einzelnen Pixel des Sensorarrays und bestimmt die kleinste auflösbare Objektgröße. Für präzise Temperaturmessungen muss das Zielobjekt größer als das IFOV sein. Typischerweise sollte die Objektgröße mindestens 3×3 Pixel betragen, was das Messsichtfeld (MFOV) definiert.

Oft interessiert den Anwender ein bestimmter Messabstand, und er möchte das Sichtfeld in Millimetern oder Metern wissen. Mit dem FOV-Rechner kann der Anwender die verwendete Kamera/Optik eingeben und erhält alle relevanten FOV-Daten wie HFOV, VFOV, IFOV und MFOV.

Die Auswahl des Sichtfelds bei Wärmebildkameras steht in engem Zusammenhang mit der optischen Auflösung der Kamera, die ihre Fähigkeit beschreibt, kleine Details zu unterscheiden. Eine Kamera mit hoher optischer (oder räumlicher) Auflösung kann feinere Strukturen erkennen, was insbesondere bei der Untersuchung kleiner oder weit entfernter Objekte entscheidend ist. Diese optische Auflösung ist in Kameras mit engerem Sichtfeld typischerweise 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 erzeugten Wärmebilder beeinflusst.