Thermografie-Kameras im Test – Opgal Optronic Therm-App (German review) Aug 31, 2015

Till Schönborn , 31.08.2015

 

Im Farbrausch. Wärmebild-Aufnahmen ermöglichen eine anschauliche Visualisierung der Hitzeentwicklung mobiler Endgeräte – wir erklären die theoretischen Grundlagen und stellen aktuelle Smartphone-Lösungen vor. Im ersten Teil stellt sich die Therm-App von Opgal Optronic unserem kritischen Auge.

 
 

Sie sind ein fester Bestandteil unserer Testberichte: Temperaturmessungen der Geräteoberfläche geben Auskunft darüber, wie gut ein Smartphone, Tablet oder Notebook die Abwärme der im Inneren verbauten Hardware bewältigt. Durch den Trend zu immer dünneren Gehäusekonstruktionen sind kritische Hotspots zunehmend auch abseits hochgezüchteter Gaming-Laptops anzutreffen – in den letzten Monaten sorgten beispielsweise die dramatischen Temperaturprobleme des Snapdragon 810 von Qualcomm für Schlagzeilen, dessen Hitzeentwicklung bei diversen High-End-Smartphones (beispielsweise dem HTC One M9) zu warmen Händen und spürbarem Throttling unter Volllast führt.

Mit einzelnen Messpunkten lässt sich die komplexe Wärmeentwicklung eines Gerätes meist nur sehr unzureichend darstellen – schon wenige Millimeter weiter links oder rechts können die Werte vollkommen anders aussehen. Die Lösung für dieses Problem: Ein bildgebendes Verfahren, welches eine hochauflösende Darstellung des Temperaturverlaufes über die gesamte Oberfläche liefert. Aus diesem Grund wollen wir im nachfolgenden Artikel auf die Grundlagen und den praktischen Einsatz der sogenannten Thermografie eingehen – und zukünftig gegebenenfalls auch ausgewählte Testberichte um entsprechende Aufnahmen und Analysen ergänzen.

In den kommenden Tagen und Wochen werden wir verschiedene Smartphone-Lösungen zur Aufnahme von Wärmebildern vorstellen und dabei unter anderem auf Handhabung, Genauigkeit und Preis-Leistungs-Verhältnis eingehen. Den Anfang unserer Testreihe bildet die Therm-App von Opgal Optronic.

Physikalische Grundlagen

 
 
Elektromagnetisches Spektrum(Quelle: de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetisches_Spektrum)
Elektromagnetisches Spektrum (Quelle: de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetisches_Spektrum)

Das physikalische Prinzip der Thermografie beziehungsweise Wärmebildgebung ist bereits seit etwa 200 Jahren bekannt: Jedes Objekt, welches eine Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes besitzt, sendet Energie in Form von Strahlung aus – anschaulich erkennt man dies beispielsweise am farbigen Leuchten eines glühenden Metallstücks. Die Wellenlänge der abgegebenen Strahlung hängt dabei von der jeweiligen Temperatur ab: Je kälter ein Körper, desto größer die Wellenlänge. Bei üblichen Umgebungstemperaturen, oftmals gerundet mit 300 Kelvin (26,85 °C) angenommen, liegt das Maximum der Strahlung bei etwa 10 µm und damit im nicht mehr sichtbaren, infraroten Spektralbereich. Übliche Infrarotkameras arbeiten deshalb mit speziellen Optiken, die möglichst ausschließlich Wellenlängen zwischen etwa 7 und 14 µm ungehindert passieren lassen.

Die Strahlungsleistung verhält sich proportional zur vierten Potenz der Temperatur eines Körpers (Stefan-Blotzmann-Gesetz) – verknüpft über eine zusätzliche Naturkonstante ist es so möglich, aus einer Größe die jeweils andere zu bestimmen. Prinzipiell gilt diese Beziehung zunächst einmal nur für idealisierte, schwarze Objekte, die jegliche auf sie treffende Strahlung vollständig absorbieren (Emissionsgrad 1). In der Realität fällt der Emissionsgrad in der Regel etwas niedriger aus und liegt bei den meisten nicht-metallischen respektive stark spiegelnden Oberflächen in einer Größenordnung von etwa 0,9 bis 0,95. Ist dieser Wert nicht bekannt oder an der Wärmebildkamera falsch eingestellt, kann es zu erheblichen Abweichungen bei den ermittelten Temperaturen kommen.

Infrarotaufnahme eines Hauses in Falschfarben
Infrarotaufnahme eines Hauses in Falschfarben

Hat die Kamera für jeden Bildpunkt die zugehörige Temperatur errechnet, muss anschließend noch eine für das menschliche Auge interpretierbare Darstellung erzeugt werden. Dies geschieht mittels Falschfarbtechnik, das heißt jedem Temperaturwert wird eine eigene Farbe oder Graustufe zugeordnet. Am meisten verbreitet und intuitiv gut verständlich ist hierbei der Ansatz, kalte Bereiche mit Blau-, mittlere Temperaturen mit Grün- und Gelb- und warme Bereiche mit Rottönen einzufärben (Regenbogen-Farbpalette). Alternativ werden in einigen Fällen auch ausschließlich Rot- und Gelbabstufungen (Glühfarben) oder eine kontrastreiche Schwarz-Weiß-Ansicht genutzt.

Wärmebildkameras im Praxistest

 

Opgal Optronic Therm-App

 
technische Daten
technische Daten

Unser erster Testkandidat stammt von der israelischen FirmaOpgal Optronic Industries und hört auf den Namen Therm-App(www.therm-app.com). Von der Bezeichnung darf man sich in diesem Fall nicht fehlleiten lassen, handelt es sich hierbei doch nicht nur um eine Anwendung, sondern ein vollständiges Thermografie-Komplettpaket für Android-Geräte: Im Lieferumfang befindet sich zum einen eine kompakte Infrarotkamera, die bei Abmessungen von 4,5 x 5,7 x 4,0 Zentimetern gerade einmal rund 120 Gramm inklusive Halterung auf die Waage bringt. Zum anderen legt der Hersteller noch drei unterschiedlich abgewinkelte Micro-USB-Kabel für die Verbindung von Smartphone und Kamera, einen abnehmbaren Handgriff sowie eine recht kurz gehaltene Anleitung bei. Preis für das gesamte Set: 939 US-Dollar.

 

Ungeachtet ihrer zierlichen Größe erlaubt die Therm-App vergleichsweise hochauflösende Thermografie- und Nachtsichtaufnahmen mit 384 x 288 Pixeln (viele vergleichbar teurere oder günstigere Konkurrenten lösen deutlich niedriger auf), allerdings bei einer Framerate von nur 8,7 fps. Alternativ hat das Unternehmen auch eine leistungsfähigere High-End-Variante mit 25 fps im Angebot, welche uns für diesen Test jedoch nicht zur Verfügung stand. Die standardmäßig mitgelieferte 19-mm-Festbrennweite mit manuellem Fokus lässt sich gegen verschiedene andere Linsen (6,8/13/35 mm Brennweite) austauschen, deren Preise zwischen 189 und 750 US-Dollar liegen.

 
Installation und Inbetriebnahme
offiziell unterstützte Smartphones
offiziell unterstützte Smartphones

Die Inbetriebnahme von Therm-App gestaltet sich erfreulich unkompliziert und sollte keinen Android-Nutzer vor Probleme stellen. Zunächst muss die kostenlose "Therm-App"-Anwendung aus dem Play Store installiert werden, anschließend befestigt man die Kamera mittels Schraubmechanismus am eigenen Smartphone und steckt das USB-Kabel ein. Selbiges dient sowohl zur Datenübertragung als auch zur Stromversorgung der Kamera, deren Leistungsbedarf vom Hersteller mit unter 0,5 Watt beziffert wird.

 

Offiziell führt Opgal Optronic etwa 30 aktuelle Smartphones auf seiner Support-Liste, darunter beispielsweise aktuelle Modelle aus der Samsung-Galaxy-, HTC-One- oder LG-G-Baureihe. Prinzipiell sollte allerdings fast jedes Android-Gerät mit USB-OTG-Unterstützung und Android 4.1 oder neuer mit Therm-App kompatibel sein. Unser Test wurde mit einem Samsung Galaxy S4 unter Android 5.0.1 durchgeführt; Abstürze oder sonstige Probleme konnten wir zu keiner Zeit beobachten.

Praxistest

Genauso einfach wie die Installation fällt die Konfiguration und Nutzung von Therm-App. Direkt nach dem Start der Anwendung sieht der Nutzer auch schon ein Echtzeit-Wärmebild, dessen Schärfe gegebenenfalls noch per Fokusring angepasst werden muss. Eine seitliche Skala informiert über die Minimal- und Maximaltemperaturen im aktuellen Bildausschnitt, dazu zeigt ein (optionaler) Cursor die Temperatur in der Bildmitte auf 0,1 °C genau an. Da die Messunsicherheit vom Hersteller jedoch mit ± 3 °C oder ± 3 Prozent angegeben wird, sollte die Aussagekraft der Nachkommastelle mit Vorsicht betrachtet werden – auch in Anbetracht möglicher Unsicherheiten des eingestellten Emissionsgrades. Ober- und unterhalb des Bildes befinden sich die Tasten zur Aufnahme von Fotos und Videos (H.264, inkl. Ton), ein Link zur Galerie sowie das Optionsmenü. Dort erfolgt unter anderem die Umschaltung zwischen Thermografie- und Nachtsichtmodus, die Einstellung verschiedener Farbschemata sowie die Änderung des soeben angesprochenen Emissionsgrades.

 

Menü und Einstellungen

Nachtsichtmodus
Nachtsichtmodus

Thermografie- und Nachtsichtmodus basieren grundsätzlich auf dem gleichen, im vorherigen Grundlagen-Abschnitt beschriebenen Prinzip. Während die Thermografieansicht allerdings eine möglichst exakte Analyse von Temperaturverläufen ermöglichen soll, wurde die Nachtsichtfunktion vorrangig auf ein hohes Kontrastverhältnis zur einfachen Erkennung von Menschen und Tieren optimiert. Wir haben uns im Test vor allem auf den Thermografiemodus konzentriert und damit die Wärmeentwicklung von HPs Business-Detachable Elite x2 1011 G1 untersucht. Insbesondere unter Last zeigen unsere Aufnahmen sehr anschaulich einen lokalen Hotspot im rechten oberen Bereich der Rückseite, der offensichtlich von dem dort verbauten Core-M-SoC herrührt. Ebenfalls interessant: Auch die Hintergrundbeleuchtung des Displays, erkennbar als schmaler roter Streifen am unteren Bildrand, stellt bei maximaler Helligkeit eine nicht unerhebliche Wärmequelle dar. Einfarbig blau bleibt dagegen das Tastaturdock, welches keinerlei Hardware und damit keine sichtbare Wärmequelle beinhaltet.

Leerlauf, Vorderseite
Leerlauf, Vorderseite
Leerlauf, Rückseite
Leerlauf, Rückseite
Volllast, Vorderseite
Volllast, Vorderseite
Volllast, Rückseite
Volllast, Rückseite

Im Direktvergleich mit einem Infrarotthermomenter vom Typ Fluke 62 Max bewegen sich die von Therm-App angezeigten Temperaturen in einem akzeptablen Toleranzrahmen von etwa zwei Kelvin – schon ein leicht abweichender Emissionsgrad kann ähnliche oder gar größere Differenzen hervorrufen.

Fazit

Thermografie: Hotspots auf einen Blick erkennbar
Thermografie: Hotspots auf einen Blick erkennbar

Nicht nur zur Untersuchung der Wärmedämmung von Gebäuden oder in der Industrie leistet die Thermografie wertvolle Dienste – auch im IT-Bereich, beispielsweise für Notebook- und Tablet-Tests, liefert das Verfahren spannende Erkenntnisse. Dank Smartphone-Kopplung lassen sich moderne Wärmebildkameras wie Therm-App nicht nur spielend einfach bedienen, sondern stoßen auch zunehmend in erschwingliche(re) Preisbereiche vor. Knapp 1.000 US-Dollar Kaufpreis sind natürlich dennoch kein Pappenstiel, doch erhält man dafür ein gut verarbeitetes und technisch überzeugendes Produkt. Wie sich die Therm-App im Vergleich zur Konkurrenz schlägt, werden wir in den kommenden Wochen genauer untersuchen – echte Schwachstellen oder Probleme konnten wir bei unseren umfangreichen Tests aber nicht feststellen.

 

Read the review on the Notebook Check website here

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