Thermaldatenauswertung – Kalibrierungsreihe

Um die Vergleichbarkeit von Thermalbildern zu ermöglichen, ist es nötig absolute Werte zu haben. Weil die Bilder der Befliegung mit thermalen Sensoren jedoch ganz andere Werte liefern, müssen diese mit Hilfe von Referenzmessungen angepasst werden. Im Seminar wurde mit Hilfe von Referenzmessungen mit der Thermalkamera des Instituts Energie am Bau eine eigene Kalibrierungsreihe aufgestellt. Diese sollte dann für zukünftige Daten angewendet werden können. Des weiteren wurde versucht ein Verfahren für Referenzmessungen auszuarbeiten, welches bei zukünftigen Projekten benutzt werden könnte.

Abb. 3: Messungen auf die Referenzpunkte (0,5 und 40 m)

Abb. 1: Verwendete Referenzsensoren: thermoMAP von senseFly,
FLIR
ThermaCAM B20 und ein Handtermometer von ecomed

Ziele
- Erstellen einer Kalibrierreihe «ThermoMAP» mit Hilfe der vertrauenswürdigsten Thermalkamera zur Umrechnung der bisherigen Befliegungsdaten in absolute Temperaturwerte
- Vorgehensvorschlag für zukünftige Befliegungen für Sicherstellung einer Kalibrierung
- weitere Empfehlungen und Verbesserungsvorschläge für die Kalibrierung des ThermoMap-Sensors

Vorgang 
Um vertrauenswürdige Ergebnisse zu erhalten, wurden in der näheren Umgebung der Fachhochschule mehrere Referenzmaterialien ausgesucht, wessen Temperatur senkrecht ohne grossen Winkel sowohl direkt am Boden als auch vom neunten Stock aus gemessen werden konnte.

Abb. 2: Verwendete Referenzmaterialien, welche so auch bei einer normalen Befliegung über Siedlungsgebiet zu finden sind

Vorschlag für künftige Befliegungen
Es ist bei der Planung von Vorteil, wenn man einen Referenzsensor hat, welcher aussagekräftige Messwerte liefert, welche auch vertrauenswürdig sind. Mit diesem sollten dann möglichst gute Referenzmessungen erfolgen.

Autoren:  Dario Derungs
                    Pascal Greutmann
                    Jakob Hütter

Ergebnisse
Die Auswertung ergab folgende Unterschiede und die daraus resultierende Umrechnungsformel (Grafik und Temperaturskala):

Die Umrechnungsformel zeigt wie die Pixelwerte der thermoMap-Aufnahmen in Temperaturwerte [°C] umzurechnen sind. Es ist allerdings nicht klar, wie gross der Wertebereich des Sensors ist und somit, ob die Temperatur linear, exponentiell oder logarithmisch ansteigt.

Erkenntnisse:
Aufgrund des Resultats, lässt sich aussagen, dass für eine genaue Kalibrierung einer grossflächigen thermoMap-Aufnahme weit mehr Messungen und Parameter nötig wären, da der Temperaturbereich sehr breit ist (-5 bis ca. 50°C) und er mit wenigen Messungen kaum genau abgedeckt werden kann.

Die Formel ist sehr allgemein gültig, da sie über ein breites Spektrum berechnet wurde. Zur Verfeinerung bräuchte es aus diesem Grund mehr Messungen. Eine genaue Aussage kann nicht gemacht werden.

 

Allg. Probleme bei UAV-Thermalaufnahmen:
- Wetterabhängigkeit / Sonneneinstrahlung
- Abhängige Empfindlichkeit von Flughöhe bei heterogenen Strukturen

© FHNW Institut Vermessung und Geoinformation 2017