Bachelorarbeit Philipp Rulf

Titel der Arbeit:

Bestimmung der Emissivität von Oberächen auf Basis bildgebender Verfahren

Betreuer: Dr.-Ing. Pierre Karrasch (Professur für Geoinformation), Dr.-Ing. Patrick Westfeld

Beschreibung:

In der klassischen Thermographie und Fernerkundung sind Temperaturbestimmungen mit Kenntnis des Emissionsgrades des untersuchten Objektes verbunden. Der Emissionsgrad beschreibt dabei das Verhältnis zwischen der emittierten idealen und realen Strahlungsmenge. Eine Thermalbildkamera detektiert diese Strahlungsmenge eines Körpers im Thermalen Infrarotbereich und berechnet mit Hilfe dieser Information die Temperatur. Neben der unbekannten Größe des Emissionsgrades gibt es weitere Effekte, wie die reflektierte Wärmestrahlung anderer Objekte oder die Einflüsse der irdischen Atmosphäre, welche eine akkurate Messung zudem erschweren.

 

Bei der Emissivität handelt es sich um eine materialspezifische Größe, welche mit der Rauigkeit der Oberfläche und der Temperatur des Objektes, dem Blickwinkel auf den Körper, sowie der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung variiert. Aufgrund dieser Eigenschaften stellt die Bestimmung der Emissivität als solches ein zentrales Problem bei der Temperaturmessung dar. Die Aufgabe dieser Arbeit besteht zum einen darin, einen Überblick über die Parameter der Emissivität zu geben und deren Bedeutung für Temperaturmessungen aufzuzeigen.

Neben etablierten Labormethoden zur Bestimmung des Emissionsgrades von Materialien, existieren Verfahren, die sich zur Lösung der Problematik allein auf umfangreiche Satellitendaten stützen, welche mit Hilfe hochauflösender Radiometer erhoben werden. Diese Verfahren wurden im Zuge verschiedener Satellitenmissionen, etwa zur Bestimmung der globalen Meerestemperatur, entwickelt.

 

Es werden verschiedene satellitenbasierte Methoden zur Bestimmung der Emissivität in Verbindung mit der Objekttemperatur erläutert. Dies erfolgt unter dem Aspekt der Anwendung jener Verfahren für Temperaturmessungen von einer UAV (engl. Unmanned air vehicle) aus. Solche Messungen können beispielsweise im Bereich der Schadensdiagnose und Rissdetektion an unzugänglichen Bauwerken verwendet werden. Nach entsprechenden Kriterien wird eine Bewertung der Anwendbarkeit jener Verfahren zu diesem Zweck in der Arbeit vorgenommen.

Zur Veranschaulichung wird beispielhaft eine Emissionsgradbestimmung mit der Normalized-Difference-Vegetation-Index (NDVI) -Methode durchgeführt und interpretiert.

Es wird festgestellt, dass keine der vorgestellten Methoden für das Verfahren der passiven Thermographie von einer UAV aus prädestiniert ist, sofern im Vorfeld keine weiteren Informationen über das untersuchte Areal und die Atmosphäre vorliegen. Neben dem Einfluss des Emissionsgrades wird ein starker Einfluss der Hintergrundstrahlung auf die Temperaturmessung eruiert. Es werden verschiedene Randbedingungen für eine optimale Temperaturmessung bezüglich der Atmosphäre und Hintergrundstrahlung genannt, um deren Einflüsse zu minimieren.