Professioneel artikel – achtergrond artikel Testo SuperResolutie – de technologie voor hoge resolutie infraroodbeelden, patent in aanvraag Abstract



Dovnload 30.54 Kb.
Datum21.08.2016
Grootte30.54 Kb.




Professioneel artikel – achtergrond artikel

Testo SuperResolutie – de technologie voor hoge resolutie infraroodbeelden, patent in aanvraag

Abstract
In vele industriële of vastgoed applicaties is het noodzakelijk om met thermografie betrouwbaar de kleinste of extreem verre meetobjecten te meten. In zulke gevallen, hoe beter de beeldresolutie en hoe meer meetwaarden in het infraroodbeeld, hoe gedetailleerder en duidelijker de weergave van het meetobject is. De Testo SuperResolutie technologie verbetert de geometrische resolutie met een factor 1,6 en biedt vier keer meer meetwaarden – vergelijkbaar met een hogere resolutie detector. Deze infraroodbeelden met SuperResolutie kwaliteit, die eenvoudig kunnen worden bekeken in de analyse software, worden gegenereerd door het gebruik van twee technologiën, super-sampling en deconvolutie in combinatie met een complex algoritme. De SuperResolutie technologie neemt werkelijke meetwaarden – zonder een grote detector te gebruiken en in een vorm die eenvoudig kan worden aangetoond, bijvoorbeeld met behulp van een spleet diafragma structuur.


  1. Introductie

Thermografen in de bouw, industrieel onderhoud, elektrische inspectie of in R&D teams worden continu geconfronteerd met vergelijkbare problemen; het noodzakelijk thermisch analyseren van zeer kleine of extreem verre objecten. De opbouw van warmtebeeldcamera’s beperkt de de beeldresolutie als gevolg van de beschikbare detector-technologie op de markt. De SuperResolutie technologie voegt een nieuwe dimensie toe die de beeldkwaliteit van warmtebeeldcamera’s duidelijk verbeterd. Infraroodbeelden die gemaakt worden met SuperResolutie hebben een veel hogere resolutie: vier keer meer meetwaarden en een factor 1,6 betere geometrische resolutie bieden veel meer details in elk infraroodbeeld en bieden daardoor een grotere betrouwbaarheid bij elke thermografische meting.


De SuperResolutie technologie maakt gebruik van de natuurlijke beweging van de hand om meerdere, enigzins onder andere hoek, infraroodbeelden kort na elkaar te nemen, Dankzij de precieze kennis van lens eigenschappen en het gebruik van individuele beelden in een reeks, kan een algoritme gebruikt worden om deze individuele infraroodbeelden om te zetten in een hoge resolutie afbeelding. De belangrijkste factor hier is dat werkelijke meetwaarden worden gebruikt, welke vergelijkbaar zijn met het resultaat van een hogere detector resolutie. Dit is geen interpolatie proces.



  1. Technologische uitdagingen bij genereren van beelden van infraroodstraling

In vergelijking met digitale fotocamera’s hebben infrarooddetectoren een lage resolutie. Deze situatie is te wijten aan zowel de fysieke als de technologische redenen en kan met name problemen veroorzaken als een gebruiker zeer kleine objecten wenst te meten. Deze meetobjecten zijn vaak nog kleiner dan een enkele pixel. In het ergste geval zendt het kleine meetobject maar een fractie van de total gemeten straling uit, wat betekent dat het verdwijnt in de achtergrond en niet langer herkenbaar is in de afbeelding. Als het object groot genoeg is om een significant deel van de straling uit te maken, kan de achtergrond nog steeds oorzaak zijn van een meetwaarde die ligt tussen de temperatuur van het meetobject en dat van de achtergrond. In de praktijk levert dat een vertekende meetwaarde op. Dit probleem is zeer bekend op het gebied van micro-elektronica, waar infraroodbeelden worden genomen van object die zeer klein zijn en een dus een zeer fijne resolutie vereist is. Deze uitdaging komt ook veel voor bij thermografie in de bouw, waar objecten zich op grote afstand kunnen bevinden, bijvoorbeeld dakrichels of bovenverdiepingen.




  1. Testo SuperResolutie – de oplossing voor hoge resolutie infraroodbeelden

De Testo SuperResolutie technologie maakt het mogelijk om, dankzij meer werkelijke meetwaarden zonder het gebruik van een grote detector, correct kleinere meetobjecten te meten. Dit is niet een eenvoudig interpolatie proces, zoals bilineaire of bicubische interpolatie, waarin kunstmatige tussenliggende waarden worden gegenereerd zonder aanvullende informatie te verkrijgen. Zulke kunstmatig gegenereerde warden kunnen nooit hoger zijn dan de aangrenzende waarden – welke bijzonder noodzakelijk zijn in het geval een hotspot-meting bij kleine objecten. In tegenstelling tot interpolatie levert SuperResolutie een verhoging van de meetresolutie en de mate van detail. Het originele signaalgedrag kan worden gereconstrueerd (zie figuur 1).




Figuur 1: De zwarte lijn geeft het oorspronkelijke signaal aan. De witte balken zijn de originele pixelwaarden. De grijze balken aan de linker zijde zijn kunstmatig gegenereerde interpolatie waarden – deze kunnen het oorspronkelijke signaal niet reconstrueren. De oranje balken aan de rechter zijde zijn SuperResolutie waarden – deze kunnen het oorspronkelijke signaal wel reconstrueren.
Werkelijke waarden worden berekend, welke vergelijkbaar zijn met een infraroodbeeld van een warmtebeeldcamera met een hogere detector resolutie. De geometrische resolutie van een SuperResolutie infraroodbeeld is duidelijk verbeterd. In de praktijk betekent dit dat zelfs het “kleinst meetbare object” veel kleiner kan zijn met behoud van de afstand tot het te meten object. De thermograaf kan zodoende zijn afstand tot het meetobject bewaren en daarnaast levert het meer meetwaarden op in het infraroodbeeld die geanalyseerd kunnen worden op een PC (zie figuren 2 en 3).


Figuur 2: De afbeelding aan de linkerzijde geeft een infraroodbeeld weer met 320 x 240 pixels; De rechter afbeelding geeft een SuperResolutie infraroodbeeld weer met 320 x 240 pixels (komt overeen met 640 x 480 pixels).
SuperResolutie biedt de volgende voordelen:

- Vier keer meer meetwaarden in het infraroodbeeld

- Geometrische resolutie (IFOVgeo) van het infraroodbeeld verbetert met een factor 1,6

- Meetobjecten kunnen 1,6 keer kleiner zijn (IFOVmeas)

- Veel meer detail tijdens analyse en daardoor kwalitatief en kwantitatief verbeterde opties bij evaluatie in het thermografisch rapport
Testo's SuperResolutie technologie, waarop patent in aanvraag is, combineert twee bekende methodieken:


  1. Super-sampling

  2. Deconvolutie

‘Super-sampling’ maakt gebruik van een reeks foto’s, die enigzins onder andere hoek, kort na elkaar zijn genomen. Deze reeks aan beelden wordt vervolgens gebruikt om berekeningen uit te voeren en een hogere resolutie beeld te creëren. Het proces maakt gebruik van de natuurlijke trilling van de hand, die ieder mens heeft bij het bedienen van een warmtebeeldcamera. Dit creëert een reeks aan beelden die willekeurig net onder een andere hoek zijn genomen. Testo's speciale algoritme gebruikt de additionele infromatie en waarden om hoge resolutie beeld te creëren van het meetobject.

Het ‘deconvolutie’ proces verbetert de beeldkwaliteit dankzij de gedetailleerde kennis van lens eigenschappen. Dit wordt veroorzaakt door de berekening van de beeldeigenschappen van de lens met het infraroodbeeld.





    1. Fysische principes van de SuperResolutie technologie




      1. Super-Sampling

Bolometer detectoren voor warmtebeeldcamera’s bestaan uit een matrix van individuele pixels, welke de straling absorberen en omzetten naar een elektrisch evalueerbaar signaal. De pixelmatrix bevindt zich in een vacuum behuizing ten behoeve van de thermische isolatie. Elke pixel bestaat uit een dun bolometer membraan die bevestigd is aan fijne pinnen op een substraat. Er zijn daardoor kleine openingen tussen de pixels – ook ten behoeve van de thermische isolatie. Deze isolatie moet kruisgevoeligheid voorkomen, dat wil zeggen de stroom van warmte van de ene pixel naar de volgende beperken. Echter creëert deze isolatie een opening tussen de individuele pixels waarin geen straling kan worden gedetecteerd. Bovendien is niet het volledig pixel gebied gevoelig voor straling. De straling wordt alleen opgenomen in het binnenste gedeelte van het pixelmembraan.


Dit betekent dat er “blinde vlekken” tussen de pixels zitten, waar geen infraroodstraling wordt gedetecteerd. Als een object extreem klein is, dan is het mogelijk dat de geëmitteerde straling op deze “blinde vlek” valt en daardoor zo goed als verloren gaat. Het klassieke super sampling principe lost dit probleem op door de gehele detectormatrix een halve pixelbreedte te verplaatsen in alle richtingen, zodat de beeldreeks kan worden gevormd tot één enkel beeld. De openingen tussen de pixels worden hierdoor gevuld met additionele informatie en de frequentielimiet van de detector wordt verbeterd.



      1. Deconvolutie

Het beeld van een object is wiskundig beschreven door de convolutie (samenvouwen) van de objectstraling met de overdrachtsfunctie van de camera. Deconvolutie is het omgekeerde van de samenvouwing van twee functies. Een wiskundig algoritme, die uitsluitend gebruik maakt van de informatie van het resultaat van het samenvouwen – hier het uitgangsignaal – en de overdrachtsfucntie om zodoende het ingangsignaal te bepalen. In dit geval betekent dit dat met het uitgangsignaal van de bolometer en de kennis van de lens eigenschappen van de warmtebeeldcamera, het ingangsignaal van de actuele straling van het gemeten object kan worden gereconstrueerd. Het resultaat is een veel scherper infraroodbeeld. Incidenteel werkt deconvolutie ook zonder super-sampling. Voor thermografen betekent dit dat hun infraroodbeelden nog scherper zijn, ook al wordt er geen gebruik gemaakt van super-sampling, bijvoorbeeld zonder de natuurlijke trilling van de hand.





      1. SuperResolutie: super-sampling en deconvolutie in één

SuperResolutie is de technologische combinatie van super-sampling en deconvolutie in een algoritme en geeft een stijging naar een veel hogere geometrische resolutie van het infraroodbeeld. De SuperResolutie technologie kan gebruikt worden om scherpere infraroodbeelden te maken met meer detail en kan nadien eenvoudig worden bekeken op een PC via analyse software. Dit maakt het mogelijk om zelfs de kleinste of verste meetobjecten te detecteren zonder het gebruik van een duurdere detector.




    1. Bewijs van de SuperResolutie technologie

In de thermografie spelen een aantal factoren een belangrijke rol in relatie tot de kwaliteit van het infraroodbeeld. Twee factoren spleen een uitzonderlijk belangrijke rol, waaronder de geometrische resolutie en de scherpte van het object. De verbeterde resolutie en scherpte kunnen weergegeven worden door te kijken naar enkele nauwe spleet diafragma’s. In deze opstelling wordt een spleet diafragma plaat met verticale openingen, die geleidelijk kleiner en dichter bij elkaar komen, over een zwart verwarmd paneel met een constante temperatuur geplaatst.


Beeld zonder SuperResolutie technologie


Beeld met SuperResolutie technologie



Figuur 3: test opstelling met spleet diafragma

Zonder SuperResolutie technologie kunt u zien dat het beeld wazig wordt wanneer de spleten compacter en dichter op elkaar komen. Hetzelfde proces met SuperResolutie resulteert in een algeheel scherper beeld, wat duidelijk veel meer detail zichtbaar maakt ondanks dat de spleten kleiner dichter bij elkaar komen.


Hoe dieper de analyse, hoe meer het weergeeft hoe problematisch een te lage detector resolutie is: kunstobjecten ontstaan door aliasing (vouwvervorming) en als de gemeten temperaturen sterk afwijken.


Figuur 4: Test opstelling met spleet diafragma



    1. Beschikbaarheid van de SuperResolutie technologie

De Testo SuperResolutie technologie is beschikbaar in alle warmtebeeldcamera modellen in de serie testo 875, testo 876, testo 881, testo 882, testo 885 en testo 890. Zelfs warmtebeeldcamera’s die al uitgeleverd zijn, kunnen uitgerust worden met deze technologie door een upgrade van de camera software.




    1. Applicaties van de SuperResolutie technologie




      1. Gebouw thermografie

Bij gebouw thermografie is de SuperResolutie technologie ideal om snel en effectief constructiefouten te detecteren en energieverliezen bij verwarming- of aircosystemen te analyseren. De hoge mate van detail in het infraroodbeeld maakt gebrekkige isolatie, koudebruggen of constructiefouten duidelijk zichtbaar. SuperResolutie infraroodbeelden zijn daarom ideaal voor uitgebreide foutdiagnose en onderhoud aan binnenruimtes of gebouwschillen – met name voor energie prestatie advies.





      1. Elektrische inspectie en industrieel onderhoud

De SuperResolutie technologie maakt gedetailleerde thermografie eenvoudig in laag-, midden- en hoogspanningsystemen. Hoge resolutie thermografische beelden gedurende onderhoudswerkzaamheden leiden tot vroegtijdige detectie van defecte componenten of aansluitingen, zodat noodzakelijk preventief onderhoud zeer doelgericht kan worden ingezet. Dit minimaliseert het risico van brandgevaar en voorkomt kostbare productie onderbrekingen. SuperResolutie maakt ook vroegtijdige detectie mogelijk van potentiele schade aan productie gerelateerde systeemcomponenten. In geval van mechanische componenten in het bijzonder, het ontdekken van thermische onregelmatigheden (bijvoorbeeld dankzij wrijving of onjuiste uitlijning) kan wijzen op een verhoogde mate van spanning.





      1. Onderzoek en Ontwikkeling (R&D)

Bij onderzoek en ontwikkeling zijn infraroodbeelden vereist voor gericht thermische analyse van warmteverdeling en warmteontwikkeling op bijvoorbeeld printplaten. De vaak kleine componenten kunnen snel en in een contactloos process geïnspecteerd worden, waarbij de kleinste details thermografisch in beeld kunnen worden gebracht. Alle temperatuur meetwaarden zijn nadien te analyseren op een PC, waardoor de componenten thermisch geoptimaliseerd kunnen worden.





  1. Samenvatting

De Testo SuperResolutie technologie bidet vier keer meer meetwaarden en een geometrische resolutie die wordt verbeterd met een factor 1,6 voor significant meer detail en dus meer betrouwbaarheid gedurende iedere thermische meting. Vanuit een technisch perspectief wordt dit bereikt door de twee technologieën, super-sampling en deconvolutie, te combineren. Een speciaal algoritme combineert deze technologieën en geeft additionele meetwaarden weer. De hogere resolutie van de infraroodbeelden kuinnen bewezen worden met een spleet diafragma test opstelling. Deze meer gedetailleerde infraroodbeelden zijn ideaal te gebruiken in vele thermische gebouw- en industrie applicaties, beide voor vroegtijdige detectie van schade en voor meer gedetailleerde analyse van thermische afwijkingen.


Bedrijfsprofiel
Testo AG, gesitueerd in het Zwarte Woud in Duitsland, is een wereldmarktleider en producent van draagbare en stationaire meettechnologie. Het high-tech bedrijf biedt meetoplossingen voor klimaat en milieu technologie, industriële applicaties, emissie metingen, monitoren van levensmiddelenkwaliteit, gebouwenbeheer en nog veel meer gebieden. Ieder jaar investeert het bedrijf ongeveer 15 procent van zijn omzet in onderzoek en ontwikkeling, en besteedt dus meer dan gemiddeld in toekomstgerichte technologieën.

Met 30 dochterondernemeningen, meer dan 80 distributeurs en een staf van meer dan 2200 werknemers, is het het bedrijf over de hele wereld vertegenwoordigd, waaronder ook Testo BV valt, de dochteronderneming in Nederland.










De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2019
stuur bericht

    Hoofdpagina