27  A kalibráció ismertetése

A hőmérsékletmérés előfeltétele a hőkamera kalibrációja. A kalibráció kapcsolatot biztosít a bemeneti jel és a felhasználó által mérni kívánt fizikai mennyiség között. Ugyanakkor az elterjedt és gyakori használata ellenére a „kalibráció” szót gyakran félreértik és tévesen használják. A helyi és nemzeti eltérésekből, valamint a fordítással kapcsolatos problémákból további zűrzavar fakad.

A tisztázatlan terminológia kommunikációs nehézségeket és hibás fordításokat okozhat, majd ebből kifolyólag félreértésekből adódó helytelen mérésekhez, valamint a legrosszabb esetekben akár polgári perekhez is vezethet.

A Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Hivatal 16 a következőképpen határozza meg a kalibrációt 17 :

an operation that, under specified conditions, in a first step, establishes a relation between the quantity values with measurement uncertainties provided by measurement standards and corresponding indications with associated measurement uncertainties and, in a second step, uses this information to establish a relation for obtaining a measurement result from an indication.

A kalibráció különböző formátumokban határozható meg: lehet állítás, kalibrálási funkció, kalibrációs grafikon 18 , kalibrációs görbe 19 vagy kalibrációs táblázat.

Gyakran már magát az első lépést úgy értelmezik, illetve úgy utalnak rá, mint magára a „kalibrációra”. Ugyanakkor ez nem (minden esetben) elégséges.

Ha egy hőkamera kalibrálási eljárására gondolunk, az első lépés létrehozza a kibocsátott sugárzás (a mennyiségi érték) és az elektromos kimeneti jel (a kijelzés) közötti kapcsolatot. A kalibrálás ezen első lépésének része a homogén (vagy egyenletes) válasz megállapítása, ha a kamerát egy nagyobb méretű sugárzási forrás elé helyezik.

Mivel ismerjük a sugárzást kibocsátó forrás hőmérsékletét, a második lépésben a megállapított kimeneti jelet (a kijelzést) a referenciaforrás hőmérsékletéhez (a mérési eredményhez) lehet viszonyítani. A második lépés magában foglalja az eltolódásmérést és a kompenzációt.

Helyesen mondva: a hőkamerák kalibrációja szigorúan véve nem hőmérsékletben fejezhető ki. A hőkamerák az infravörös sugárzásra érzékenyek: ebből kifolyólag elsőként egy sugárzási összefüggést, majd ezt követően a sugárzás és a hőmérséklet közötti kapcsolatot kell megállapítani. A nem a kutatási-fejlesztési területen tevékenykedő ügyfelek által használt bolométer-kamerák esetében a sugárzás nem kerül kijelzésre; a készülék csak a hőmérsékletet biztosítja.

Kalibrálás nélkül az infravörös kamera nem tudná mérni sem a sugárzást, sem a hőmérsékletet. A FLIR Systems vállalatnál a mérési képességgel rendelkező hűtés nélküli mikrobolométeres kamerák kalibrálását a gyártás és a szervizelés során egyaránt elvégezzük. A fotondetektorral ellátott hűtött kamerákat a felhasználó gyakran speciális szoftverrel kalibrálja. Ezzel a szoftvertípussal elméletileg a felhasználó is kalibrálhatja a kézi, hűtés nélküli hőkamerákat. Mivel azonban ez a szoftver nem alkalmas jelentéskészítési célokra, a legtöbb felhasználó nem rendelkezik vele. A csak képalkotásra használt nem mérő eszközök nem igényelnek hőmérséklet-kalibrálást. Ez néha tükröződik a kamerákra vonatkozó terminológiában is, amikor infravörös vagy hőképalkotó kamerákról beszélünk a termográfiai kamerákhoz hasonlítva azokat, amely esetben ez utóbbiak a mérőberendezések.

A kalibrálási adatokat, függetlenül attól, hogy a kalibrálást a FLIR Systems vagy a felhasználó végzi, matematikai függvényekkel kifejezett kalibrációs görbék tárolják. Mivel a sugárzás intenzitása a hőmérséklet, valamint a tárgy és a kamera közötti távolság függvényében változik, a különböző hőmérséklet-tartományokhoz és cserélhető lencsékhez különböző görbék jönnek létre.

Először is, a FLIR Systems által használt referenciaforrások maguk is kalibráltak és nyomon követhetők. Ez azt jelenti, hogy minden egyes FLIR Systems helyszínen, ahol kalibrálást végeznek, a forrásokat egy független nemzeti hatóság ellenőrzi. A kamera kalibrálási hitelesítése megerősíti ezt. Ez nemcsak azt bizonyítja, hogy a FLIR Systems végezte el a kalibrálást, hanem azt is, hogy kalibrált referenciákkal végezték el azt. Egyes felhasználók rendelkeznek akkreditált referenciaforrásokkal, vagy hozzáféréssel ezekhez, de ezek száma igen kevés.

Másodszor, technikai különbség is van. Felhasználói kalibrálás végzésekor az eredmény gyakran (de nem mindig) nem hőmérséklet-kompenzált. Ez azt jelenti, hogy az értékek nem veszik figyelembe a kamera kimenetének esetleges változását, amikor a kamera belső hőmérséklete változik. Ez nagyobb bizonytalanságot eredményez. A hőmérséklet-kompenzálás klímavezérelt kamrákban kapott adatokat használ fel. Minden FLIR Systems kamera hőmérséklet-kompenzált, amikor először szállítjuk az ügyfélnek, és amikor a FLIR Systems szervizrészlegei újrakalibrálják őket.

Gyakori hibás elgondolás az, hogy a kalibrációt összekeverik a hitelesítéssel vagy a beállítással. A kalibráció valójában előfeltétele a hitelesítésnek, amely megerősítést biztosít arról, hogy a készülék megfelel a meghatározott előírásoknak. A hitelesítés objektív bizonyítékot szolgáltat arról, hogy egy adott termék megfelel a meghatározott előírásoknak. A hitelesítés megszerzéséhez megmérik a kalibrált és eredeztethető referenciaforrások meghatározott hőmérsékleteit (kibocsátott sugárzásait). A mérési eredményeket, az eltérést is beleértve, feljegyzik egy táblázatban. A hitelesítési tanúsítvány igazolja, hogy ezen mérési eredmények megfelelnek a meghatározott előírásoknak. Bizonyos esetekben a vállalatok és szervezetek „kalibrációs tanúsítvány” néven bocsátják rendelkezésre és piacra ezt a tanúsítványt.

A megfelelő hitelesítés – valamint ennek kiterjesztéseként a kalibráció és/vagy ismételt kalibráció – csak akkor végezhető el, ha tiszteletben tartanak egy érvényesített protokollt. A folyamat jóval több annál, hogy a kamerát fekete testek elé helyezik, és ellenőrzik, hogy a kamera által kijelzett értékek (például a hőmérséklet) megfelel-e az eredeti kalibrációs táblázatnak. Gyakran elfelejtik azt, hogy a kamera nem a hőmérsékletet, hanem a sugárzást érzékeli. Továbbá, hogy a kamera képalkotó rendszer, és nem csupán egyszerű érzékelő. Ebből kifolyólag ha a sugárzás „gyűjtését” lehetővé tevő optikai konfiguráció nem megfelelő vagy helytelenül van beállítva, akkor a „hitelesítés” (vagy kalibráció vagy ismételt kalibráció) értéktelen.

Például biztosítani kell, hogy a fekete test és a kamera közötti távolság, valamint a fekete test üregének átmérője úgy legyen kiválasztva, hogy csökkentse a szórt sugárzást és a forrás méretéből adódó hatást.

Összefoglalva: a hitelesített protokollnak a sugárzásra vonatkozó fizikai törvényeknek is meg kell felelnie, nem csak a hőmérsékletre vonatkozóknak.

A kalibráció emellett előfeltétele a beállításnak is, amely egy mérőrendszeren elvégzett műveletek összességét jelenti, oly módon, hogy a rendszer a mérni kívánt, adott mennyiségi értékeknek megfelelő, előírt kijelzéseket biztosítson, amelyeket jellemzően mérési szabványokból szereznek be. Egyszerűbben szólva: a beállítás olyan módosítást jelent, amely a műszaki jellemzőiken belül helyes méréseket biztosító műszereket eredményez. Hétköznapi nyelven mérőműszerekre vonatkozóan széles körben használják a „kalibráció” kifejezést a „beállítás” helyett.

Amikor a hőkamera a „Kalibrálás…” feliratot jeleníti meg, akkor az egyes detektorelemek (pixelek) eltéréseinek megfelelő módosítást végez. A termográfiában ezt „különbözőségkorrekciónak” (non-uniformity correction, NUC) nevezzük. Ez eltolódásfrissítést jelent, és az erősítés változatlan marad.

Az EN 16714-3 jelű, Non-destructive Testing—Thermographic Testing—Part 3: Terms and Definitions, (Roncsolásmentes anyagvizsgálat - Termográfiai vizsgálat - 3. rész: Szakkifejezések és definíciók) című európai szabvány szerint egy NUC „olyan képkorrekció, amelyet a kamera szoftvere végez el, hogy kiegyenlítse az érzékelő elemek különböző szintű érzékenységét és az egyéb optikai és geometriai zavarokat”.

Az NUC (az eltolódásfrissítés) során a készülék zárat (belső zászlót) helyez az optikai útba, és az összes érzékelő elemet ugyanolyan mértékű, a zárból eredő sugárzás ér. Ebből adódóan ideális esetben ugyanazt a kimeneti jelet kell biztosítaniuk. Ugyanakkor mindegyik külön elem saját választ biztosít, ezért a kimeneti érték nem egységes. Ezt az ideális eredménytől való eltérést számítja ki a rendszer és használja fel matematikai módon képkorrekcióhoz, amely lényegében a megjelenített sugárzási jel korrekciója. Bizonyos kamerákban nem található belső zászló. Ebben az esetben az eltolódásfrissítést manuálisan, speciális szoftver és külső, egységes sugárforrás használatával kell elvégezni.

NUC-t például indításkor szoktak elvégezni, mérési tartomány módosításakor, vagy ha változik a környezeti hőmérséklet. Emellett bizonyos kamerák lehetővé teszik, hogy a felhasználó manuális módon indítsa el. Ez akkor bizonyul hasznosnak, ha a felhasználónak kritikus fontosságú mérést kell végeznie a lehető legkevesebb képzavarral.

Néhányan a „képkalibrálás” kifejezést használják arra, amikor bizonyos részletek kiemelése érdekében módosítják a hőkontrasztot és a fényerőt. Ezen művelet során a hőmérsékleti tartomány oly módon van beállítva, hogy minden rendelkezésre álló szín csak (vagy főként) a vizsgált régióban lévő hőmérsékletek megjelenítésére szolgál. A helyes kifejezés erre a módosításra a „hőkép beállítása” vagy a „hőérzékelési finomhangolás”, illetve bizonyos nyelvek esetében a „hőkép-optimalizálás”. Ennek elvégzéséhez a készüléknek manuális módban kell lennie, mert ellenkező esetben a kamera automatikusan az adott helyszín leghidegebb és legmelegebb hőmérsékletére fogja beállítani a megjelenített hőmérsékleti tartomány alsó és felső határértékét.