Signalverarbeitungseinheit der Wärmebildkamera

Im operativen System einer Wärmebildkamera KameraDie Signalverarbeitungseinheit fungiert als Gehirn und spielt eine zentrale Rolle. Sie ist hauptsächlich für eine Reihe komplexer Prozesse an den vom Infrarotsensor empfangenen Rohsignalen verantwortlich und wandelt sie in Wärmebilddaten um, die die Temperaturverteilung von Objekten intuitiv widerspiegeln. Dies bietet eine solide Grundlage für die nachfolgende Bildanzeige, -analyse und -anwendung.

Nach der von Objekten abgegebenen Infrarotstrahlung erzeugt der Infrarotsensor schwache elektrische Signale. Diese Signale sind normalerweise sehr schwach und mit viel Rauschen vermischt, was es schwierig macht, sie direkt zu erfassen. Die Signalverarbeitungseinheit sammelt zunächst diese Rohsignale und verstärkt sie durch einen Verstärker, um die Signalstärke auf ein verarbeitbares Niveau zu bringen. Dies ist, als würde man einem schwachen Ton einen Lautsprecher hinzufügen, wodurch die nachfolgenden „Zuhörer“ den Signalinhalt deutlicher „hören“ können.

Aufgrund des Einflusses des Sensors und des Übertragungsprozesses mischen sich zwangsläufig verschiedene Störsignale, wie thermisches Rauschen und elektromagnetische Interferenzen, in die Rohsignale. Diese Störsignale können die genaue Interpretation des realen Signals beeinträchtigen und die Qualität der Wärmebildgebung beeinflussen. Die Signalverarbeitungseinheit verwendet verschiedene Filtertechniken, wie Tiefpassfilterung und Bandfilterung, um Störsignale zu entfernen und die realen und effektiven Signale beizubehalten. Durch Tiefpassfilterung kann hochfrequentes Rauschen entfernt werden, wodurch das Signal glatter wird; durch Bandpassfilterung können Signale innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs ausgeblendet werden, wobei andere Frequenzstörungen ausgeschlossen werden, genau wie durch die Verwendung eines Filters zum Entfernen von Verunreinigungen, wodurch das Signal reiner wird.

Nach der Verstärkung und Filterung müssen die analogen Signale in digitale Signale umgewandelt werden, damit sie von Computern und nachfolgenden digitalen Verarbeitungsschaltkreisen verarbeitet werden können. Der Analog-Digital-Wandler (ADC) in der Signalverarbeitungseinheit übernimmt diese wichtige Aufgabe. Er wandelt das kontinuierlich variierende analoge Signal in ein diskretes digitales Signal um, das die Signalstärke in Form eines Binärcodes darstellt. Diese Umwandlung ermöglicht eine präzisere und effizientere Signalverarbeitung im digitalen System und legt den Grundstein für nachfolgende komplexe Algorithmen und Analysen.

Um die Qualität und Genauigkeit von Wärmebildern zu verbessern, führt die Signalverarbeitungseinheit Bildverbesserungs- und -korrekturvorgänge durch. Durch die Verwendung von Kontrastverbesserungsalgorithmen wird der Unterschied zwischen verschiedenen Temperaturbereichen im Bild erhöht, wodurch die Temperaturunterschiede deutlicher werden und leichter zu beobachten und zu analysieren sind. Gleichzeitig wird das Bild auf Einheitlichkeit korrigiert, wodurch die Helligkeitsunterschiede im Bild ausgeglichen werden, die durch die inkonsistente Reaktion der Sensorpixel verursacht werden, wodurch sichergestellt wird, dass die Temperaturmessung jedes Pixels im Bild genau und konsistent ist. Diese Vorgänge sind wie das „Verschönern“ und „Kalibrieren“ des Wärmebilds und sorgen dafür, dass das Bild die Temperaturverteilung des Objekts klarer und genauer darstellt.

Bei einigen Wärmebildanwendungen ist es erforderlich, den spezifischen Temperaturwert des Objekts zu ermitteln. Die Verarbeitungseinheit wandelt das verarbeitete Signal entsprechend den Eigenschaften des Sensors und den Kalibrierungsdaten in einen tatsächlichen Temperaturwert um und vermerkt ihn auf dem Bild. Durch das eingebaute Temperaturberechnungsmodell wird in Kombination mit den bekannten Umgebungsparametern und der Reaktionskurve des Sensors die jedem Pixelpunkt entsprechende Temperatur genau berechnet. Dadurch erhalten Benutzer quantitative Informationen, um die strengen Temperaturmessanforderungen bei industriellen Inspektionen, medizinischen Diagnosen und anderen Anwendungen zu erfüllen.