Następnie, na podstawie krzywej kalibracji (funkcja f), jest wyznaczana wartość temperatury obiektu. Ponadto do wyznaczenia wartości IUt oraz IUatm korzysta się z funkcji odwrotnej F = f –1:
W każdej kamerze termowizyjnej przed przystąpieniem do badań termowizyjnych należy określić wartość:
• emisyjności obiektu ε,
• temperatury otoczenia (tła) Tt,
• temperatury atmosfery Tatm,
• współczynnika transmisji atmosfery (toru pomiarowego) τatm.
W niektórych kamerach podaje się:
• odległość kamery od badanego obiektu,
• wartości parametrów uproszczonego modelu transmisji atmosfery,
• wilgotność względną powietrza.
Wartość temperatury atmosfery Tatm, w ogólnym przypadku nie jest równa temperaturze otoczenia Tt (obiektów w otoczeniu, tła).
Wpływ emisyjności
Jednym z podstawowych czynników, wpływających na niepewność pomiaru wartości temperatury metodą radiacyjną, jest emisyjność obiektu [2.2, 2.6]. Ciała charakteryzują się różnymi wartościami emisyjności. W literaturze podawane są wartości emisyjności wybranych materiałów w różnych warunkach. Wartość emisyjności należy określić przed przystąpieniem do badań termowizyjnych. Umożliwia to oprogramowanie systemu mikroprocesorowego w kamerze lub oprogramowanie komputerowe do wykonywania raportów. W niektórych kamerach termowizyjnych zamiast wartości emisyjności, która w ogólnym przypadku nie jest znana aprori, można wybrać rodzaj materiału, z jakiego jest wykonany badany obiekt.
Ważną cechę pomiarów termowizyjnych można zauważyć analizując równanie (2.2). Jeśli pominąć promieniowanie atmosfery IUatm = 0 oraz przyjąć, że atmosfera jest całkowicie transparentna τatm = 1, to dla identycznego promieniowania obiektu i tła IU0 = IUt, otrzymuje się IU = IU0. Oznacza to, że w takim przypadku pomiar nie zależy od wartości emisyjności. Jednocześnie traci się kontrast termiczny między badanym obiektem a jego otoczeniem, co oznacza brak możliwości lokalizacji obiektu na obrazie termowizyjnym. Takie przypadki mają miejsce w praktycznych badaniach termowizyjnych, w szczególności w terenie otwartym, gdzie wartość temperatury badanych obiektów jest często bardzo zbliżona do wartości temperatury otoczenia. Między innymi z tego powodu stosuje się kamery wizyjne równolegle pracujące z kamerami termowizyjnymi i obrazujące to samo pole widzenia. Obraz wizyjny umożliwia łatwą lokalizację wybranych elementów obrazowanej sceny.
Istnieje kilka praktycznych metod oceny emisyjności badanych obiektów. Są tabele emisyjności różnych materiałów w wielu publikacjach [2.5, 2.6]. W niektórych kamerach, można wybrać materiał badanego obiektu z dużej listy, w celu określenia emisyjności.
Do praktycznego wyznaczania (szacowania) wartości emisyjności obiektów najczęściej używa się metod przedstawionych w tab. 2.1.
Tabela 2.1. Metody szacowania wartości emisyjności
Wpływ temperatury otoczenia
Ważnym parametrem badań termowizyjnych jest promieniowanie i temperatura obiektów w otoczeniu ciała badanego (promieniowanie tła) – Mt, IUt, Tt. Promieniowanie tła odbija się od badanego obiektu ze współczynnikiem odbicia 1 – ε (dla ciał nieprzezroczystych). Jeśli emisyjność obiektu ε ≈ 1, to odbicie pomija się, szczególnie w przypadkach mniejszej lub porównywalnej wartości temperatury obiektu i otoczenia. Silne źródła promieniowania, np. piece, grzejniki, lampy, mogą znacząco wpływać na wartość mierzonej temperatury, nawet dla ciał dobrze emitujących w zakresie podczerwieni (0,9 < ε < 1). Przykładem jest ciało ludzkie o emisyjności ε > 0,95, które odbija promieniowanie lamp halogenowych w badaniach termografii aktywnej, co wyraźnie zakłóca pomiar promieniowania własnego [2.6].
Dla uproszczenia przyjmuje się, że obiekty w otoczeniu charakteryzują się emisyjnością εt = 1, choć nie zawsze tak jest. W terenie otwartym, otoczeniem jest warstwa atmosfery o dużych rozmiarach. Przyjmuje się, że atmosfera o nieskończonej długości ma emisyjność εt ≈ 1. Jeśli obiekty w otoczeniu mają emisyjność εt < 1, to należy to uwzględnić w pomiarze termowizyjnym. Należy zwrócić uwagę, że promieniowanie tła nie jest jednorodne i pochodzi z różnych źródeł umieszczonych w różnych miejscach względem obiektu badanego. Właściwe ujęcie złożonego charakteru promieniowania tła jest zagadnieniem trudnym i polega na uwzględnieniu radiacyjnej wymiany ciepła i znajomości wartości współczynników konfiguracji [2.5, 2.6]. Są prowadzone prace badawcze nad uwzględnieniem wpływu promieniowania otoczenia i atmosfery na pomiar temperatury radiacyjnej. Efektem tych prac są nomogramy, które dla pewnych wybranych przypadków przedstawiają wartość temperatury referencyjnej, która jest równoważna wartości temperatury otoczenia (tła) Tt [2.1]. Szczególnym przypadkiem jest obiekt w przestrzeni otwartej, która od góry jest ograniczona nieboskłonem lub podstawą chmur o temperaturze Tn, a od dołu powierzchnią gruntu o temperaturze Tg – rys. 2.1.
Rys. 2.1. Obiekt w otwartej przestrzeni ograniczony powierzchnią nieboskłonu lub podstawą chmur i gruntem
Sn, Sg oznaczają powierzchnie nieboskłonu i gruntu (→ ∞)
W takim przypadku można przyjąć, że obiekt jest otoczony półprzestrzenią z dwoma powierzchniami, powierzchnią nieboskłonu o wartości temperatury Tn i gruntu Tg. Ze względu na rozległy charakter półprzestrzeni otaczającej obiekt, można przyjąć, że powierzchnie, nieboskłonu i gruntu są nieskończone, a współczynniki konfiguracji obiekt-nieboskłon Fo-n i obiekt-grunt Fo-g są równe i wynoszą ½. Ponadto, wykorzystując zasadę wzajemności dla promieniowania, można zapisać równania (2.4). Przyjmuje się, że obiekt promieniuje jednakowo w kierunku nieboskłonu i gruntu – taka sama część energii radiacyjnej dociera do nieboskłonu i do gruntu:
gdzie So, Sn, Sg oznaczają odpowiednio powierzchnie obiektu, nieboskłonu i gruntu.
Ostatecznie, korzystając z zależności (2.4) można wyznaczyć moc promieniowania padającego na obiekt, które pochodzi z nieboskłonu i z gruntu:
Przyjmuje się, że nieboskłon i grunt jest zastąpiony półprzestrzenią o temperaturze Tref. Cała energia promienista obiektu wypromieniowana jest w kierunku tej półprzestrzeni, czyli Fo-ng = 1, rys. 2.2.
Rys. 2.2. Półprzestrzeń otaczająca obiekt o zastępczej wartości temperatury Tref
W konsekwencji słuszne są równania:
gdzie S jest powierzchnią ograniczającą