Was ist der Unterschied zwischen Wärmebildgebung und Nachtsicht?

Beginnen wir mit ein wenig Hintergrundwissen. Unsere Augen sehen reflektiertes Licht. Tageslichtkameras, Nachtsichtgeräte und das menschliche Auge funktionieren nach demselben Grundprinzip: Die Energie von sichtbarem Licht trifft auf ein Objekt bzw. einen Körper und wird reflektiert. Daraufhin wird sie von einem Detektor erfasst, der sie in ein Bild umwandelt.

Egal, ob es sich bei diesen Detektoren um ein Auge oder um eine Kamera handelt: Ohne ausreichend Licht können sie kein Bild produzieren. Nachts, wenn kein Sonnenlicht reflektiert werden kann, sind wir von dem Licht der Sterne, des Mondes und künstlicher Lichtquellen abhängig. Wenn das nicht ausreicht, sehen wir nicht viel.

Wärmebildkameras

Wärmebildkameras funktionieren nach einem völlig anderen Prinzip. Im Grunde genommen sind sie gar keine Kameras, sondern Sensoren. Um ihre Funktionsweise zu verstehen, muss man als erstes alles vergessen, was man über bildgebende Kameras weiß. 

FLIR erzeugt Bilder anhand von Wärmeenergie anstatt von sichtbarem Licht. Wärme (auch Infrarot- oder thermische Energie genannt) und Licht gehören beide zum elektromagnetischen Spektrum – doch eine Kamera, die sichtbares Licht erkennt, sieht keine Wärmeenergie, und umgekehrt.

Aber Wärmebildkameras erkennen mehr als nur Wärme: Sie sehen winzige thermische Unterschiede – schon ab 0,01 °C – und geben sie in Schwarz-Weiß-Videos in diversen Grautönen wieder. Wie das funktioniert, ist nicht ganz einfach zu verstehen, deshalb erklären wir es hier ein wenig ausführlicher. 

Alles, was uns im Alltag begegnet, gibt Wärmeenergie ab – sogar Eis. Je wärmer etwas ist, desto mehr thermische Energie strahlt es aus. Dies nennt man „Wärmesignatur“. Sobald zwei benachbarte Objekte auch nur leicht unterschiedliche Wärmesignaturen aufweisen, sind sie für eine FLIR unabhängig von den Lichtverhältnissen recht deutlich erkennbar.

Wärmeenergie kann aus ganz unterschiedlichen Quellen stammen. Manche Dinge wie warmblütige Tiere (einschließlich Menschen!), Motoren und Maschinen erzeugen auf biologische oder mechanische Weise eigene Wärme. Andere, zum Beispiel Felsen, Bojen oder Pflanzen, absorbieren tagsüber Wärme von der Sonne und geben sie nachts wieder ab.

Da unterschiedliche Materialien thermische Energie unterschiedlich schnell aufnehmen und abgeben, sind Bereiche, die uns einheitlich warm erscheinen, in Wirklichkeit ein Mosaik mit vielen leicht unterschiedlichen Temperaturen. So weist ein Baumstamm, der seit Tagen in einem See liegt, trotzdem eine andere Temperatur auf als das Wasser und ist deshalb für eine Wärmebildkamera sichtbar. FLIR erkennt solche Temperaturunterschiede und verwandelt sie in Bilddetails.

Und obwohl sich all das ziemlich komplex anhört, sind moderne Wärmebildkameras sehr einfach zu benutzen. Ihre Bilder sind klar und intuitiv verständlich. Wer fernsehen kann, kann auch eine FLIR Wärmebildkamera bedienen. 

Nachtsichtgeräte

Die grünlichen Bilder, die wir aus Film und Fernsehen kennen, werden von Nachtsichtbrillen (Night vision goggles, NVGs) oder ähnlichen Geräten mit der gleichen Technologie erzeugt. NVGs nehmen kleine Mengen an sichtbarem Licht auf, verstärken es und projizieren es auf ein Display.

Daher sind Kameras mit NVG-Technologie ähnlich eingeschränkt wie das bloße Auge: Wenn nicht genug sichtbares Licht verfügbar ist, erkennen sie nicht viel. Bei allen bildgebenden Geräten, die auf reflektiertem Licht beruhen, hängt die Bildqualität von der Menge und Stärke dieses Lichts ab.

Auch in der Dämmerung sind Lowlight-Kameras wie NVGs nicht sehr nützlich: Während man mit dem bloßen Auge nicht mehr gut sieht, ist es für diese Geräte immer noch zu hell. Da Wärmebildkameras unabhängig von sichtbarem Licht funktionieren, liefern sie auch dann ein klares Bild, wenn man in die untergehende Sonne blickt. Selbst wenn man einen Scheinwerfer auf die FLIR richtet, erhält man ein perfektes Bild.

Infrarotbeleuchtete (I2) Kameras

I2 -Kameras versuchen, selbst reflektiertes Licht zu erzeugen, indem sie einen Strahl Nahinfrarotenergie projizieren, den sie sehen, wenn er von einem Objekt reflektiert wird. Dies funktioniert bis zu einem gewissen Grad, aber I2 -Kameras benötigen immer noch reflektiertes Licht, um ein Bild zu erzeugen. Deshalb sind die Einschränkungen hier ähnlich wie bei anderen Nachtsichtgeräten, die auf reflektierter Lichtenergie beruhen: Sie eignen sich nur für kurze Distanzen und liefern keinen guten Kontrast. 

Kontrast

Alle diese auf sichtbarem Licht beruhenden Kameras – Tageslichtkameras, NVGs und I2 -Kameras – arbeiten auf Basis von reflektierter Lichtenergie. Doch ob man mit ihnen wirklich etwas sieht, hängt nicht nur von der Menge des reflektierten Lichts ab: Es kommt auch auf den Kontrast an.

Wenn ein Ziel im Vergleich zu seiner Umgebung einen starken Kontrast aufweist, kann es von einer auf sichtbarem Licht basierenden Kamera besser erfasst werden. Ist der Kontrast hingegen schlecht, kann die Sonne noch so stark scheinen: Auf dem Bild erkennt man nicht viel. Ein weißes Objekt bildet vor einem dunklen Hintergrund einen starken Kontrast. Dunkle Objekte vor dunklem Hintergrund sind mit diesen Kameras jedoch nur schwer erkennbar. Der Kontrast ist zu gering. Wenn es abends dunkel wird, nimmt der Bildkontrast weiter ab, und mit ihm die Leistung der auf sichtbarem Licht beruhenden Kameras.

Wärmebildkameras kennen diese Probleme nicht. Ihnen ist die reflektierte Lichtenergie egal, da sie auf Wärme reagieren. Alles, was wir täglich sehen, hat eine Wärmesignatur. Deshalb ist die Change, nachts etwas zu sehen, mit einer Wärmebildkamera viel größer als mit einer, die auf sichtbarem Licht beruht – einschließlich Nachtsichtgeräten.

Viele Dinge, nach denen man Ausschau hält, wie zum Beispiel Menschen, erzeugen ihren eigenen Kontrast, weil sie Wärme generieren. Sie werden von Wärmebildkameras besonders gut gesehen, weil diese nicht nur Bilder von der Wärme erzeugen: Sie zeigen auch kleinste thermische Unterschiede zwischen verschiedenen Objekten an.

Nachtsichtgeräte haben die gleichen Nachteile wie Tageslicht- und Lowlight-TV-Kameras: Sie benötigen ausreichend Licht und Kontrast, um brauchbare Bilder zu liefern. Wärmebildkameras hingegen erzeugen einen eigenen Kontrast und bieten deshalb tags und nachts eine klare Sicht. Im Zweifelsfall sind Wärmebildkameras daher die beste Wahl für den Rund-um-die-Uhr-Einsatz.