Wie funktioniert eine Wärmebildkamera?

Eine Wärmebildkamera misst die langwellige Infrarotstrahlung, die jeder Gegenstand aufgrund seiner Temperatur abgibt, und macht daraus ein Bild. Keine Lampe, kein Blitz, kein Umgebungslicht — das Motiv ist seine eigene Lichtquelle.

1. Alles strahlt

Jeder Körper oberhalb des absoluten Nullpunkts gibt elektromagnetische Energie ab. Wie viel und bei welchen Wellenlängen, hängt von seiner Temperatur ab. Ein Stern bei 5.800 K hat sein Maximum im sichtbaren Licht. Ein Heizkörper bei 330 K liegt bei etwa 9 Mikrometern — tief im Infraroten, weit außerhalb dessen, was dein Auge sieht.

Szenen bei Zimmertemperatur strahlen den Großteil ihrer Energie zwischen 8 und 14 Mikrometern ab. Genau auf dieses Fenster sind Wärmebildkameras gebaut, auch weil die Atmosphäre dort zufällig durchlässig ist.

2. Eine Linse aus dem falschen Material

Normales Glas ist bei diesen Wellenlängen undurchsichtig — eine Glaslinse würde ungefähr so gut funktionieren wie ein Ziegelstein. Wärmebildoptiken bestehen aus Germanium, manchmal Zinkselenid oder Chalkogenidglas. Germanium sieht für dein Auge aus wie poliertes Metall und ist im langwelligen Infrarot glasklar.

Das ist einer der Gründe, warum Wärmebildkameras kosten, was sie kosten — und einer der Gründe, warum Handys keine haben.

3. Der Mikrobolometer

Hinter der Linse sitzt ein Raster winziger Membranen, jede wenige Zehntel Mikrometer groß, an Beinchen aufgehängt, die kaum etwas berühren. Trifft Infrarotstrahlung auf eine Membran, erwärmt sie sich um Bruchteile eines Grades. Das ändert ihren elektrischen Widerstand, und den liest die Kamera aus.

Eine Membran, ein Pixel. Ein übliches Handgerät hat 160×120 oder 320×240 davon — deshalb wirken Wärmebilder neben einem Handyfoto so weich. Und weil der Sensor selbst ein Thermometer ist, muss die Kamera ihre eigene Temperatur im Blick behalten: Das leise Klicken alle paar Minuten ist ein Verschluss, der dem Sensor kurz eine gleichmäßige Referenzfläche zeigt. Ohne diesen Abgleich driftet das Bild langsam weg.

4. Von der Temperatur zur Farbe

An dieser Stelle hat die Kamera ein Raster aus Zahlen, kein Bild. Eine Palette ordnet jeder Zahl eine Farbe zu:

• Iron — der Klassiker: von Schwarz über Violett und Rot nach Gelb und Weiß.
• White hot / black hot — schlichtes Graustufenbild, in beide Richtungen. Bei Thermografen beliebt, weil nichts von der Form ablenkt.
• Rainbow — maximaler Kontrast zwischen kleinen Unterschieden, um den Preis eines psychedelischen Bildes.
• Arctic, Lava, Amber — derselbe Trick mit anderer Farbrampe.

Keine dieser Farben ist echt. Sie sind eine Legende, so wie Grün und Braun auf einer Höhenkarte. Deshalb trägt jedes Wärmebild eine Skala: Ohne sie bedeutet „gelb” nichts.

Die Kamera wählt außerdem einen Bereich. Wird die Palette über eine große Spanne gelegt, ist alles sichtbar, aber flach; wird sie eng gelegt, füllt ein halbes Grad Unterschied den ganzen Bildschirm. Der größte Teil des Könnens in der Thermografie steckt in dieser Wahl.

5. Kantendetails

Ein Bild mit 160×120 Pixeln sagt dir, wo die Wärme ist, aber nicht, was du ansiehst. Deshalb setzen viele Kameras eine zweite, normale Kamera daneben und legen deren Kanten über das Wärmebild — FLIR nennt seine Variante MSX. Gesichter, Beschriftungen und Rohrleitungen bleiben erkennbar, während die Farbe weiter die Temperatur trägt.

Wofür es wirklich taugt

• Bau. Fehlende Dämmung, undichte Fenster, Feuchtigkeit in der Wand, der Verlauf einer Fußbodenheizung.
• Elektrik. Eine lose Klemme wird heiß, lange bevor sie ausfällt.
• Mechanik. Lager, Bremsen, überlastete Motoren.
• Suche und Wildtiere. Ein warmer Körper auf kaltem Feld ist nachts unverwechselbar.

Was es nicht kann

• Durch Wände sehen. Es sieht die Oberfläche der Wand. Ein warmes Rohr dahinter zeigt sich nur, weil es den Putz darüber erwärmt — langsam und unscharf.
• Durch Glas sehen. Glas ist im langwelligen Infrarot undurchsichtig und wirkt wie ein Spiegel: Richte eine Wärmebildkamera auf ein Fenster, und du fotografierst dich selbst.
• Auf blanken Metallflächen messen. Poliertes Metall reflektiert Infrarot und zeigt die Temperatur dessen, was es spiegelt. Thermografen kleben deshalb ein Stück mattes Klebeband auf und messen darauf.
• Ohne Hardware auf dem Handy laufen. Siehe Wärmebildkamera fürs Handy.

Und die Apps?

Eine App wie unsere nimmt die Helligkeit des normalen Kamerabildes und schickt sie durch genau die Paletten aus Schritt 4. Die Rechnung dort ist echt; die Schritte 1 bis 3 finden nicht statt, weil der Sensor fehlt. Das ergibt den Look — Dampf, ein warmer Lüfter, Sonne hinter dem Vorhang lesen sich überzeugend — und eben keinen Messwert.