Objekt- u. Gelände-Überwachung per Wärmebildkamera

Sicher hinter Glas
||| Videor VIEW 2-12 Projektbericht: Fossil Europe GmbH setzt bei Bau der neuen Firmenzentrale auf Wärmebildkameras von Flir Systems

Fossil ist Marke und Unternehmen zugleich, kreiert und vertreibt weltweit Uhren, Schmuck sowie zahlreiche weitere modische Accessoires im Vintage-Stil mit Fokus auf eine überwiegend jugendliche Zielgruppe. Gegründet 1984 in Dallas im US-Bundesstaat Texas, war Fossil die erste amerikanische Marke, die die bis dahin rein funktionale Bedeutung der Armbanduhr in ein modisches und preiswertes Schmuckstück verwandelte. Heute verkauft das Unternehmen nicht nur eigene Uhrenkollektionen, sondern besitzt Lizenzen für bekannte Markennamen wie beispielsweise Adidas®, Burberry®, Diesel®, DKNY® und Emporio Armani®. Und auch in anderen Marktsegmenten expandiert das Unternehmen erfolgreich: Bereits in den 90er Jahren erweiterte Fossil sein Portfolio um weitere modische Accessoires wie Handtaschen, Gürtel, Lederwaren und Sonnenbrillen. Im Jahr 2000 wurden in den USA erstmalig Fossil Jeans angeboten und damit der Grundstein für eine Modekollektion gelegt. Produkte der Marke Fossil werden weltweit in 120 Ländern verkauft – über etwa 360 eigene Ladengeschäfte sowie über ein dichtes Distributoren-Netzwerk und über zahlreiche E-Commerce-Plattformen.

Sicherheit für neue Firmenzentrale Fossil Europe mit FLIR Wärmebildkameras
Sie ist 65 Meter lang, 45 Meter breit, drei Stockwerke hoch und kommt auf eine stattliche Gesamtfläche von 8.900 Quadratmetern: Die nach dem Open-Space-Konzept errichtete neue Europazentrale von Fossil schmiegt sich malerisch in die Chiemgauer Bergwelt ein. Die hohen Glasfenster und Sonnenterassen lassen Beschäftige und Besucher immer wieder einen Blick auf die ländliche Idylle erhaschen. Doch so viel Offenheit muss auch beschützt werden. Die Wärmebildkameras von Flir Systems leisten hier wertvolle Dienste.

Expansion mit Neubau im Chiemgau 
Während im Jahr 2009 die Finanzmarktkrise für Abstürze an der Börse und Firmenpleiten sorgte, investierte die im Chiemgau ansässige Europazentrale Fossil Europe GmbH in ein neues Verwaltungsgebäude mit Ladenfläche bei Grabenstätt. Im Laufe der folgenden 14 Monate entstand der drei Stockwerke umspannende Firmensitz auf einer Gesamtfläche von 8.900 Quadratmetern. 600 Quadratmeter davon entfallen auf den im Erdgeschoss befindlichen, nun weltweit größten Fossil Outlet-Store. Bei der Gebäudeplanung legten die Projektbeteiligten unter der Leitung von Maximilian Wimmer viel Wert auf Transparenz und Tageslichteinfall. Es entstand ein Open-Space-Konzept, das sich unter anderem durch eine offene Raumstruktur, Sonnenterrassen und eine Glasfassade auszeichnet. Während die offene Architektur bei Mitarbeitern und Kunden für eine angenehme Atmosphäre sorgt, stellt sie auf der anderen Seite hohe Anforderungen an die Sicherheit von Mensch und Inventar. „In diesem Gebäude sind nicht nur unsere europäischen Verwaltungs- und Vertriebsabteilungen untergebracht, sondern auch das weltweit größte Produktlager“, erklärt Fossil-Projektleiter Maximilian Wimmer die Ausgangslage. „Deshalb brauchten wir ein erstklassiges Sicherheitssystem. Beraten hat uns die Firma emtec, die uns empfahl, Wärmebildtechnik einzusetzen.“

Wärmebildkameras statt Fenstersensoren
„Tatsächlich erwies sich die Wärmebildtechnologie als die beste und kostengünstigste Option für dieses Projekt“, ergänzt Helmut Schmid, Geschäftsführer von emtec. Das inhabergeführte Unternehmen bietet im Bereich der Sicherheitstechnik Kompetenzen in der Brandmeldetechnik, Einbruchmeldetechnik, Videoüberwachung und Zutrittskontrolle. emtec berät bei der Auswahl von Systemen und stimmt diese, auch im Hinblick auf deren Wirtschaftlichkeit, aufeinander ab. „Eine Lösung mit anderen Sensoren, wie beispielsweise Fenstersensoren, wäre bei diesem Gebäude mit seinen vielen Fenstern und Türen sehr teuer geworden“, fährt Schmid fort. „Mit gerade einmal einer Handvoll Wärmebildkameras können wir das gesamte Gebäude abdecken, und da die Kameras überhaupt kein Licht benötigen, um scharfe Wärmebilder zu erzeugen, muss auch keine Beleuchtung installiert werden.“ Außerdem besäßen die Wärmebildkameras gegenüber den Fenstersensoren den Vorteil, dass sie sich mit einer Videoanalyse-Software zu einer Sicherheitslösung kombinieren ließen, die unbefugte Personen entdecke, bevor sie in das Gebäude eindringen oder es beschädigen könnten.

Topologie des Sicherheitssystems
Die Installation der Wärmebildkameras erwies sich als unproblematisch. Fossil und emtec entschieden sich für Kameras der SR-Serie, die über eine einfache Schnittstelle mit einem analogen Videoausgang verfügen. Ausgestattet sind die SR-334 Modelle mit einem ungekühlten Vanadiumoxid-Mikrobolometer-Detektor, der scharfe Wärmebilder mit einer Auflösung von 320×240 Pixeln liefert. Das weite Sichtfeld bietet einen ausgezeichneten Überblick über die Situation, und dank der sehr detaillierten und kontrastreichen Wärmebilder lassen sich Unbefugte schnell und zuverlässig aufspüren. Jede der Kameras ist über ein Koaxialkabel mit einem Axis Q7401 Encoder verbunden, der das analoge Videosignal in ein digitales umwandelt, das anschließend von der Videoanalyse-Software Aimetis Symphony verarbeitet wird. „Wir haben bisher mit Axis sehr gute Erfahrungen gemacht“, begründet Schmid die Wahl des Encoders und lobt das „Top Preis-/Leistungsverhältnis“ des schwedischen Herstellers. Als digitales Bildübertragungs- und Speichersystem mit Fernzugriff dient der Camdisc HNVR10 von HeiTel. Dieser übermittelt im Alarmfall die Daten direkt an den Wach- und Schließdienst.

Keine Fehlalarme dank korrekter Parameter
Die Schlüsselrolle bei der Auswertung der Wärmebilder übernimmt die Videoanalyse-Software Aimetis Symphony. Sie vergleicht die Aufnahmen mit den im Vorfeld definierten Parametern. Sind bestimmte Bedingungen erfüllt, wird automatisch ein Alarm ausgelöst, die aufgezeichneten Wärmebilder an den Wachdienst geschickt, der seinerseits die Polizei vor Ort alarmiert. „Für die uneingeschränkte Funktionstüchtigkeit des Sicherheitssystems ist die exakte Bestimmung der Parameter unumgänglich“, betont emtec Geschäftsführer Schmid. „Deshalb haben wir vor der Installation der Wärmebildkameras direkt auf dem Gelände der Fossil-Europazentrale das System sorgfältig geprüft. Wir setzten die Kameras allen möglichen Wetterbedingungen aus, wie Nebel und Regen, und wir testeten das Analysesystem mit Hunden und Menschen, um die Zuverlässigkeit der Objektklassifizierung zu testen. Bei all diesen Versuchen wurde kein einziger Fehlalarm ausgelöst und alle alarmrelevanten Eindringlinge wurden ohne Ausnahme entdeckt. Diese Ergebnisse haben sich auch nach der Inbetriebnahme bestätigt. Bis jetzt hatten wir keine nennenswerten Fehlalarme.“

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Videoüberwachung mit Wärmebildkameras

Fachartikel aus PROTECTOR 11/2010, S. 23

Wärmebildtechnologie in der Videoüberwachung

Heißer Trend

Alle Netzwerkkameras benötigen Licht. Einige Netzwerkkameras verfügen über eine Tag/Nacht-Funktion oder ersetzen fehlendes natürliches Licht durch künstliches wie Infrarotlicht. Aber diese Lösungen sind nicht optimal und mit zusätzlichen Kosten verbunden. Wärmebild-Netzwerkkameras sind daher eine ideale Ergänzung für professionelle IP-Überwachungssysteme. Sie lassen sich mit vorhandenen Geräten betreiben und sichern Bereiche auch bei völliger Dunkelheit.

Bild: Axis
Verstecken zwecklos: Wärmebildkameras nutzen die thermische Strahlung von Objekten, um ein Bild zu erzeugen. (Bild: Axis)

Bilder, wie sie vom menschlichen Auge wahrgenommen werden, kann man als Licht beschreiben, das von verschiedenen Objekten zurückgeworfen wird. Kein Licht bedeutet keine Reflexion – damit ist das menschliche Auge unter diesen Umgebungsbedingungen „blind“. Thermische Bilder benötigen hingegen kein sichtbares Licht. Sie werden durch Nutzung des Infrarotspektrums erzeugt. Dieses Verfahren funktioniert selbst bei völliger Dunkelheit.

Wärme statt Licht

Ermöglicht wird dies dadurch, dass alle Objekte eine gewisse Menge an Infrarotstrahlen emittieren. Die Menge der Strahlung hängt von der Temperatur der Objekte ab. Für uns Menschen ist diese Strahlung nicht sichtbar, wir können sie jedoch fühlen, zum Beispiel wenn wir uns einem Lagerfeuer nähern oder eine Sauna betreten. Je größer die Temperaturunterschiede an einem Ort sind, umso klarer ist das von einer Wärmebildkamera erzeugte Bild.

Bis vor kurzem waren die Kosten für die Wärmebildgebung jedoch noch so hoch, dass diese Technik kaum außerhalb des militärischen Bereichs eingesetzt wurde. Neue Sensoren, neue Materialien und weitere Innovationen sorgen heute für größere Produktionsmengen und günstigere Preise. Wärmebildkameras kommen nun auch in der Luftfahrt, im Speditionswesen sowie in der Überwachung zum Einsatz. Auch Feuerwehr und Polizei nutzen diese Technologie.

Schwierige Umgebungsbedingungen kein Problem

Thermische Kameras arbeiten nicht nur zuverlässig bei Dunkelheit, sondern auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen, verursacht durch Dunst, Staub, Regen, Schnee und Rauch. Wassertropfen oder kleine Staubpartikel in der Luft behindern zwar die Übertragung von Wärmestrahlen einzelner Objekte und machen die Erkennung aus großer Entfernung schwierig.

Dunst, Schnee und Regen können sich auch auf die Kameraleistung auswirken. Ebenso beeinträchtigt Wasser die Wärmestrahlung und Temperaturunterschiede zwischen den Objekten „verwischen“ durch die Feuchtigkeit in der Luft. Dennoch – Wärmebildkameras erzielen unter schwierigen Umgebungsbedingungen weitaus bessere Ergebnisse als herkömmliche Kameras.

Vorteile in der realen Welt

Dank der sinkenden Kosten für die Wärmebildgebung und deren Integration in IP-Überwachungssysteme eröffnen sich neue Einsatzmöglichkeiten. Wärmebildkameras sind die ideale Ergänzung in vielen Situationen, in denen herkömmliche Kameras nicht geeignet sind.

Bei völliger Dunkelheit sind sie unschlagbar. Sie sind zudem die optimale Wahl für Bereiche, die schlecht auszuleuchten sind, zum Beispiel Küsten oder andere weite Wasserflächen. Künstliches Licht birgt nicht nur das Risiko, die Position der Kameras preiszugeben, es erzeugt auch Schatten, in denen sich Eindringlinge vor Entdeckung schützen können.

Außerdem können Scheinwerfer auch blenden. Daher sind Kameras, die kein Licht benötigen, in vielen Verkehrssituationen, wie beispielsweise in Eisenbahntunneln oder auf Straßen, die bessere Lösung. Wärmebildkameras können zudem nicht durch starkes Licht geblendet oder anderweitig außer Betrieb gesetzt werden.

Damit sind Wärmebild-Netzwerkkameras die perfekte Ergänzung für netzwerkbasierte Videosysteme und stellen sicher, dass Objekte und Ereignisse rund um die Uhr erfasst werden.Beispiele für Wärmebildkameras sind die neuen Axis Q1921 und Axis Q1921-E sowie die Vorgängermodelle Axis Q1910 und Q1910-E.

Dank der höheren Auflösung und Austauschobjektive liefern sie Bilder von hoher Qualität und bieten eine größere Erkennungsreichweite. Sie lassen sich zudem in ein beliebiges Netzwerk-Videosystem integrieren. Außerdem unterstützen sie wichtige IP-Überwachungsfunktionen, wie H.264- und M-JPEG-Videoströme, Audio, lokalen Speicher und Power-over-Ethernet. Beide Kameramodelle unterstützen die Onvif-Spezifikation für die Interoperabilität von Netzwerk-Videoprodukten.

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Wärmebildkameras am Flughafen München

Fachartikel aus PROTECTOR 5/2010, S. 28 bis 29

Klare Sicht, ohne Licht

Um sicher zu gehen, dass auch nachts und bei schlechter Sicht keine Bedrohung unbemerkt bleibt, setzt der Flughafen München zur Sicherung seiner Außengrenzen auf Wärmebildkameras.

Bild: Flir
Flughafen München. (Bild: Flir)

Im Jahr 2008 hat der Münchner Flughafen in einer weltweiten Umfrage mit 8,2 Millionen Passagieren bereits zum vierten Mal in Folge den Titel „Bester Flughafen Europas“ erhalten. „Unsere Passagiere sollen sich bei ihrer Reise ab, über und nach München nicht nur sicher fühlen – sie müssen auch wirklich sicher sein“, erklärt Dominik Edlbauer, Produktmanager Videoüberwachung am Münchner Flughafen. „Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir ein komplettes Kamera-Netzwerk installiert. Mehr als 1.000 Kameras überwachen alle sicherheitsrelevanten Bereiche des Flughafens. Und die Kameras sind nicht nur innerhalb des Flughafens installiert. Wir beobachten auch sämtliche Aktivitäten, die sich draußen auf dem 1.560 Hektar großen Areal des Flughafens abspielen.”

Frühestmöglich gewarnt sein

„Im Fall des Zutritts von Unberechtigten wollen wir natürlich so früh wie möglich gewarnt werden. Daher beobachten wir das gesamte Außengelände des Flughafens. Und obwohl das weitläufige Gebiet durch einen hohen Zaun gesichert ist, möchten wir auch sehen, was dort draußen passiert. Wenn jemand über diesen Zaun klettert oder ihn zerschneidet, müssen wir das unmittelbar erfahren, denn nur dann können wir die notwendigen Schritte in die Wege leiten.“

Mit den herkömmlichen Überwachungskameras ist es tagsüber meistens kein Problem zu beobachten, was auf dem Flugfeld vor sich geht. Aber nachts und bei schlechtem Wetter sieht das ganz anders aus, denn CCTV-Kameras brauchen Licht, um Bilder zu erzeugen. „Der Außenzaun des Flughafens verläuft parallel zu den Start- und Landebahnen. Die einzigen Stellen, an denen wir dort nachts Licht haben, sind einige Tore, die in Notsituationen als Aus- und Zugänge genutzt werden können. Und das bei einem Außengelände von rund sechs Kilometern Länge in einer schnurgeraden Linie – auf beiden Seiten.“

Teures Licht

Die Montage von Licht entlang eines 12 Kilometer langen Zauns wäre eine kostspielige Sache. Energiebedarf und Instandhaltung der Lampen könnten sogar noch teurer werden. Und an einem Flughafen müssen auch noch andere Faktoren berücksichtigt werden. „Zu viel Licht parallel zur Start- und Landebahn könnte die Piloten irritieren, daher wäre eine solche Beleuchtungsanlage hier gar nicht möglich. Um trotzdem nachts zu erkennen, was dort vorgeht, haben wir bisher auf die Restlichtverstärkung gesetzt.“ Weil ein solches System aber wenigstens ein Minimum an Restlicht benötigt, können Bedingungen wie eine dichte Bewölkung die Effizienz stark beeinträchtigen. Umgekehrt kann zu viel Licht das System überlasten und ebenso ineffizient machen.

„Und genau das ist hier am Münchner Flughafen passiert”, fügt Edlbauer hinzu. „Wenn Flugzeuge gelandet oder gestartet sind, haben ihre Landescheinwerfer die Restlichtverstärkung geblendet. Als das System zur Restlichtverstärkung dann fällig war für eine gründliche Erneuerung, haben wir uns deshalb den Markt genau angesehen – auch in Hinblick auf andere technische Möglichkeiten. So sind wir auf Wärmebildkameras gestoßen.“

Wärmebildkameras

Bild: Flir
Der Schutzzaun des Flughafens München läuft parallel zur Startbahn – über
eine Strecke von sechs Kilometern an jeder Seite des Flughafens. Zur
Sicherung kommen unter anderem Wärmebildkameras zum Einsatz. (Bild: Flir)

Wärmebildkameras benötigen keinerlei Restlicht. Sie erzeugen auch in dunkelster Nacht klare Bilder. Und das unter praktisch allen Wetterbedingungen. „Wir haben Stephan Horvath von Dekom Security angesprochen, einen deutschen Händler und Integrator der Wärmebildkameras von Flir Systems für Sicherheitsanwendungen, und erhielten eine Demonstration des Systems und seiner Möglichkeiten”. „Die Lösung für den Münchner Flughafen war vergleichsweise einfach”, erklärt Horvath. „Die Wärmebildkameras mussten eine gerade Linie von sechs Kilometern Länge überwachen, auf jeder Seite des Flughafens. Wir haben uns für die SR-100 entschieden. Diese Wärmebildkamera von Flir Systems zeichnet sich durch hervorragende Leistungsdaten auf weite Entfernungen aus und ist damit in der Lage, ein Objekt von der Größe einer Person noch in rund 1,6 Kilometer Entfernung zu erkennen.“

„Sehr gute Lösung“

„Die SR-100 von Flir Systems hat sich als sehr gute Lösung für unsere Anforderungen herausgestellt. Sie bietet eine ideale Kombination aus Bildqualität, Entfernungsleistung und Preis. Um sicherzugehen, dass keine Bedrohung unentdeckt bleibt, haben wir auf jeder Seite des Flughafens mehrere SR-100 Wärmebildkameras installiert”, erklärt Edlbauer. „Die SR-100 wurden gemeinsam mit einer herkömmlichen CCTV-Kamera auf einem Schwenk/Neigekopf montiert. So können wir überall hinsehen. Wir schalten nahtlos um von Tageslicht- auf Wärmebildkamera. Tagsüber verwenden wir normalerweise die herkömmliche CCTV-Überwachungskamera. In der Dämmerung und bei völliger Finsternis schalten wir auf die Wärmebildkamera um.“

Wie an jedem anderen Flughafen genießt die Sicherheit der Passagiere, Flugzeuge, ihrer Crews, des Flughafenpersonals und aller anderen Personen auf dem Münchner Flughafen absolute Priorität. Die Wärmebildkameras von Flir Systems stellen dabei sicher, dass keine Bedrohung unbemerkt bleibt.

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Wärmebildkameras und Videodetektion

Fachartikel aus PROTECTOR 6/2010, S. 26 bis 27

Ein Fall für zwei

Dort, wo konventionelle Kameras an ihre Grenzen stoßen, wird es Zeit für den Einsatz von Wärmebildkameras. Im Bereich der professionellen Freilandsicherung und speziell bei kritischen Infrastrukturen sind bei der Videoüberwachung Lösungen notwendig, die praktisch unter allen Sicht- und Wetterbedingungen einsetzbar sind.

Wärmebildkameras, auch Thermalkameras genannt, detektieren Personen und Objekte bei völliger Dunkelheit, im Nebel oder Rauch. Sie machen sichtbar, was unsere Augen nicht sehen können. Wärmebildkameras erzeugen ähnlich wie konventionelle Kameras ein Videobild, allerdings unter Verwendung von Wärmestrahlen.

Bild: Aasset
Mit Wärmebildkameras hinter die Kulissen sehen: Visualisierung einer im Gebüsch versteckten Person. (Bild: Aasset)

Jeder Körper, der wärmer ist als 0 Kelvin oder -273,15 Grad Celsius, sendet Wärmestrahlen aus. Sogar kalte Gegenstände, wie beispielsweise Eiswürfel, strahlen Wärme ab. Je höher die Temperatur eines Objektes, desto mehr Wärmestrahlung gibt es ab.

Temperaturunterschiede darstellen

Eine Wärmebildkamera ist prinzipiell wie eine konventionelle CCD-Kamera aufgebaut, wobei die für den Menschen nicht sichtbaren Wärme- beziehungsweise Infrarotstrahlen durch ein spezielles Germanium-Objektiv auf einen Bildsensor geleitet und in elektrische Signale umgewandelt werden.

Die Signale werden von einem digitalen Bildprozessor in ein normgerechtes Videosignal gewandelt, woraus anschließend ein Wärmebild erzeugt wird. Temperaturverteilungen auf Flächen und Gegenständen können durch dieses berührungslose Messverfahren erfasst und dargestellt werden. Zu beachten ist, dass Wärmebildkameras keine Temperaturen erkennen können, sondern lediglich Temperaturunterschiede darstellen.

In der Sicherheitsbranche sind die Einsatzbereiche vielfältig, denn Wärmebildtechnologie besitzt Vorteile, die keine andere Technologie bieten kann: Sehen in völliger Dunkelheit, Sehen von Wärme und thermischer Energie und Sehen bei extremen Sichtbedingungen – mit größerer Detektionstiefe und geringerem Stromverbrauch als bei herkömmlichen Kameras. Daher finden Thermalkameras besonders in der Sicherheitsbranche bei militärischen Anwendungen, Videoüberwachung und Brandbekämpfung vermehrt Zuspruch, da geringere Störeinflüsse vorhanden sind.

Auch für widrige Wetterbedingungen

Wettersituationen, wie Nebel, Regen oder Schnee, Reflexionen durch Wasserflächen, Sichtbehinderungen durch Sträucher und Büsche oder Blendungen durch Scheinwerfer und Lichtkegel sowie Rauchentwicklung, beeinträchtigen das Wärmebild weniger als bei herkömmlichen optischen Videokameras.

Personen und Gegenstände werden deutlich schneller und selbst unter widrigen Umgebungsbedingungen sichtbar. Dadurch lassen sich mögliche Bedrohungen oder Angriffe frühzeitig erkennen und es bleibt mehr Zeit zu reagieren.

Als äußerst diskrete Überwachungsmöglichkeit machen sie teure Extraausstattung wie Infrarotstrahler und Beleuchtung überflüssig. Jedoch ermöglicht der ausschließliche Einsatz von Wärmebildkameras nur ein Detektieren, also Erfassen einer Bewegung im Bild.

Zwar ist für den Betrachter erkennbar, ob sich eine Person oder ein Objekt im Videobild bewegt und bei einer geringen Distanz lassen sich diese auch von anderen unterscheiden, doch ist zum Erkennen und Identifizieren von Personen und Objekten oder zum Auslösen eines Alarmes der Einsatz weiterer Technik notwendig.

Verbindung mit Videosensorik

Erst in Verbindung mit Videosensorik inklusive Trackingfunktion kann die Wärmebildtechnologie all ihre Vorteile entfalten. Idealerweise findet Videosensorik Einsatz bei Sicherheitsanwendungen mit vielfältigen Überwachungsaufgaben, beispielsweise zur Sicherung von weitläufigen Fabrikgeländen, Speditionen, Parkplätzen, Bahnhöfen oder Flughäfen.

Bild: Aasset
Tracking von Personen mittels Videoanalyse und Wärmebildkameras in unterschiedlichen Anwendungen. (Bild: Aasset)

Videosensorik ist eine Art künstliche Intelligenz, die Objekte identifizieren und verfolgen kann, da sie Verhaltensmuster „versteht“ und entsprechende Objekte klassifiziert.

Videosensorik ermöglicht es Videoüberwachungssystemen, definierte visuelle Ereignisse eigenständig zu erkennen und entsprechende Aktivitäten, zum Beispiel die Alarmierung von Sicherheitspersonal, auszulösen. Erkennt die Wärmebildkamera eine Bewegung, kann dieses Ereignis unmittelbar gemeldet werden und zwar dorthin, wo es benötigt wird.

Nur durch diese Technologie der selbsttätigen Videoanalyse wird aus einem passiven Überwachungssystem ein strategisch intelligentes Bewachungssystem, das automatisch erkennt und reagiert.

Reaktionszeiten reduzieren

In der Praxis könnte ein Zusammenspiel zwischen Wärmebildkamera und Sensorik so aussehen: Bei völliger Dunkelheit erfasst die Wärmebildkamera eine Bewegung in einem sensiblen Bereich. Die Videosensorik erkennt die Bewegung als Eindringling und verfolgt seine Schritte virtuell. Betritt er nun eine vorab definierte Sicherheitszone, schlägt das System Alarm und informiert das Wachpersonal über den ungebetenen Gast.

So lassen sich Reaktionszeiten reduzieren und es bietet sich die Möglichkeit einer permanenten Überwachung, die über menschliche Fähigkeiten hinaus geht – das Sicherheitspersonal hat dadurch mehr Zeit für andere Aufgaben und der notwendige Speicherplatz für Videobilder wird auf ein Minimum reduziert. Problemlos können solche Sensorik-Einheiten in bestehende Innen- sowie Außenüberwachungsanlagen integriert werden.

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Solarkraftwerk mit Wärmebildkameras

Fachartikel aus PROTECTOR 6/2010, S. 24 bis 25

Sicher auch ohne Sonne

Eines der wichtigsten Solarkraftwerke in Spanien ist der Abertura Solar Park. Er stellt ein Investment von mehr als 225 Million Euro dar. Insgesamt 27 Wärmebildkameras beschützen diese Investition bei Tag und Nacht – ein Gebiet von mehr als neun Quadratkilometern Größe.

Bild: Flir CVS
Das Solarkraftwerk Abertura Solar Park in Spanien aus der Luft. (Bild: Flir CVS)

„Das Solarkraftwerk erzeugt – abhängig von den klimatischen Bedingungen – jedes Jahr Strom im Wert von rund 25 Millionen Euro“, erklärt Borja Escalada, geschäfts- führender Partner der Vector Cuatro Grup- pe, die das Abertura Solarkraftwerk betreibt. „Es ist klar, dass eine Investition von 225 Million Euro Schutz benötigt. Photovoltaik-Module sind teuer. Außerdem verfügen wir über ein riesiges Netzwerk aus hochwertigen Kupferkabeln. Aber die Anlage muss nicht nur gegen Diebstahl geschützt werden. Wir müssen potentielle Eindringlinge oder Diebe auch gegen sich selbst schützen. Abertura verfügt über einige Hochspannungsbereiche. Personen, die sich unautorisierten Zugang verschafft haben, könnten sich schwer verletzten oder sogar im schlimmsten Fall zu Tode kommen”, fügt Escalada hinzu.

Beleuchtung sehr teuer

„Die Sicherung eines Grundstücks von neun Quadratkilometern ist keinesfalls einfach”, erklärt Escalada. „Tagsüber haben wir da weniger Bedenken, denn unser vier- bis fünfköpfiges Instandhaltungsteam ist eigentlich ständig in der Anlage unterwegs. Nachts sieht es da schon anders aus.”

„Wir haben verschiedene Optionen genau geprüft. Herkömmliche Überwachungskameras mit zusätzlicher Beleuchtung (oder aktiven Infrarotstrahlern), Patrouillen, passive Infrarot-Barrieren und Wärmebildkameras. Wir haben die Vor- und Nachteile jeder Lösung sorgfältig gegeneinander abgewogen und uns schließlich aus vielen Gründen für eine Lösung mit Wärmebildkameras entschieden. Das gesamte Gelände kann nicht komplett ausgeleuchtet werden. Das wäre einerseits unter Naturschutzaspekten nicht angemessen. Außerdem wären Installation und Instandhaltung eines solchen Systems ebenso teuer wie sein hoher Stromverbrauch. Auch Infrarotstrahler sind teuer. Daneben bietet eine aktive Infrarotausleuchtung bei weitem nicht dieselbe Reichweite wie Wärmebildkameras. Das bedeutet: Mehr Kameras müssten montiert werden, weitere Bau- und Befestigungsarbeiten würden notwendig.

Obwohl wir einen Zaun um den gesamten Perimeter gezogen haben, ist das auch nicht die beste Lösung. Der Zaun stellt ein relativ schwaches Hindernis dar, denn wir müssen ihn oft mit größeren Löchern unterbrechen, um den Wildtieren einen Weg anzubieten. Aber selbst bei einem durchgängigen Zaun würden wir zusätzlich Detektoren und Sensoren montieren müssen. Und um dann zu erkennen, ob es sich um einen Fehlalarm handelt, würden wir doch am Ende ein CCTV-Kamerasystem mit Beleuchtung oder Infrarotstrahlern benötigen.

Am Ende haben wir uns Patrouillen angesehen. Aber außer der Tatsache, dass Wachpersonal ziemlich teuer ist, stießen wir auf ein unerwartetes Problem. Abertura liegt in einem sandigen Gebiet, in dem ein Patrouillen-Fahrzeug viel Staub aufwirbeln würde. Das mag unwichtig erscheinen, aber damit die Solarmodule so effizient wie möglich arbeiten, müssen wir diesen Staub von ihnen entfernen. Das machen wir zurzeit zweimal pro Jahr – zu Kosten von etwa 100.000 Euro. Mit Patrouillen würde schätzungsweise eine Reinigung pro Jahr zusätzlich zu Buche schlagen.“

Gründliche Kalkulation

Bild: Flir
27 Wärmebildkameras beschützen das Solarkraftwerk Abertura. (Bild: Flir)

Nach einer gründlichen Kalkulation der Installationskosten und – noch wichtiger – der Gesamtkosten durch den dauerhaften Betrieb der Anlage, hat sich Borja Escalada für eine Lösung mit Wärmebildkameras entschieden. „Wir haben insgesamt 27 Wärmebildkameras von Flir Systems montiert: zwei VSR-6, sechs SR-19, fünf SR-35 und zwölf SR-50 erzeugen einen lückenlosen ‚Wärmebild-Zaun‘ rund um das Solarkraftwerk. Zwei Flir SR-100 Wärmebildkameras wurden zusätzlich auf einem Schwenk-/Neigekopf montiert und ergänzen das System. Der Betreiber Vector Cuatro hat daneben zwei Ersatzkameras bestellt, die dann schnell montiert werden können, wenn eine der Kameras ausfallen sollte. Bisher haben wir sie nicht gebraucht”, erklärt der lokale Flir-Vertriebspartner.

„Wir haben uns nicht nur für Wärmebildkameras von Flir entscheiden – auch viele weitere Komponenten kommen von Flir: Mini Server, Eingabe/Ausgabe-Module, Videoverarbeitungssysteme und digitale Video-Netzwerkrecorder. Die Software, mit der das gesamte System gesteuert wird, ist der Flir Sensors Manager.”

Der “Wärmezaun”

Das Prinzip des “Wärmezauns” ist einfach. Alle Wärmebildkameras werden entlang des Geländes installiert. Über die Software Flir Sensors Manager definieren wir mit einem Videoanalyse-Algorithmus bestimmte, virtuelle “Stolperdrähte“. Wenn jemand diese virtuelle Linie übertritt, wird umgehend ein Alarm ausgelöst – optisch und akustisch. Der Anwender sieht sofort das Bild derjenigen Wärmebildkamera auf seinem Monitor, die den Alarm ausgelöst hat. Er kann dann entscheiden, ob es sich um einen Fehlalarm handelt (ausgelöst zum Beispiel von einem Tier) oder nicht. Sollte es sich um einen echten Alarm handeln und sollte der Eindringling wird nicht bereits vom Licht und dem akustischen Alarm vertrieben werden, ruft der Anwender die Polizei, die innerhalb von Minuten vor Ort ist.

Montage des Wärmezauns

Entlang des Perimeters wurden 25 Beobachtungsposten installiert. Jeder einzelne besteht aus einer festinstallierten Wärmebildkamera von Flir Systems, die einen bestimmten Teil des Geländes abdeckt, einer Alarmeinheit mit Warnlicht und Lautsprecher und in einigen Fällen einer herkömmlichen Überwachungskamera, die gelegentlich bei Tageslicht eingesetzt werden kann.

An jedem Beobachtungsposten ist ein Schaltschrank installiert. Videobild und die Daten der Wärmebildkamera und der Überwachungskamera werden von dort zu einem Flir Mini-Server transferiert. Die Alarmeinheit ist ebenfalls über eine Flir I/O-Box (Ein-/Ausgabe-Box) mit dem Mini-Server verbunden. Alle Signale werden vom Mini-Server in TCP/IP-Signale umgewandelt. Dank eines Ethernet/Glasfaser-Konverters können alle Signale über lange Entfernungen in den Kontrollraum übertragen werden. In diesem Kontrollraum werden die Daten wieder über einen Ethernet/Glasfaser-Konverter an ein TCP/IP-Netzwerk übergeben.

Auf demselben LAN (Local Area Network) befindet sich ein Computer, auf dem die Software Flir Sensors Manager läuft und die Bilder der Wärmebildkamera ausgegeben werden. Hier werden auch die notwendigen Alarmvoreinstellungen eingegeben. Diese Einstellungen werden an die Videoverarbeitungseinheiten übertragen, von denen die Wärmebilder der Kameras ständig analysiert werden. Wenn sie irgendeine Anomalie entdecken, senden sie ein Signal an den Beobachtungsposten, von dem der Alarm ausgeht. Der Mini Server wiederum gibt ein Signal an die I/O-Box aus. Ein Kontakt wird geschlossen, und dadurch wird ein Alarm (optisch/akustisch) ausgelöst. Gleichzeitig erhält der Anwender das Bild der Kamera, die den Alarm ausgelöst hat, auf seinem Bildschirm angezeigt, so dass er die notwendigen Schritte einleiten kann.

Im Kontrollraum schließlich sind die digitalen Videorecorder (nDVRs) von Flir Systems mit dem LAN verbunden. Sie nehmen ständig alle Bilddaten der Wärmebildkameras auf. Dabei haben sie eine Speicherkapazität von 15 Tagen. Danach werden die Daten überschrieben.

Bild: Flir
Kombiniert mit Videoanalyse: Wärmebildkameras liefern dem Videoanalysesystem wesentlich mehr Daten als herkömmliche Überwachungskameras. (Bild: Flir)

Die Kombination der Wärmebildkameras und der in der Software verwalteten Videoanalyse funktioniert perfekt. Nachts ist der thermische Kontrast zwischen der (kühlen) Umgebung und einem potentiellen Eindringling am größten. Das bedeutet, dass wir nur zwei oder drei Pixel benötigen, um schon etwas zu entdecken – und das wiederum heißt: Wir können extrem weit sehen. Tatsächlich liefern Wärmebildkameras dem Videoanalysesystem so wesentlich mehr Daten als herkömmliche Überwachungskameras.

Wärmebildkameras als beste Lösung

“Wir sind sehr glücklich mit unserem Wärmebildkamera-Zaun.”, sagt Escalada. “Es ist nicht nur eine kostengünstige Lösung, da wir keine großen Baumaßnahmen beauftragen mussten. Und da wir auch nicht viel Energie benötigen, ist es auch eine sehr effiziente Lösung. Wenn ich das mit anderen Sicherheitssystemen in weiteren Kraftwerken, die wir betreiben, vergleiche, kann ich nur sagen: Wärmebildkameras schlagen alle anderen Systeme. Wir haben praktisch Null Fehlalarme und können das gesamte Gebiet von einem einzigen Mitarbeiter überwachen lassen. Daher werden wir auch für zukünftige Solarkraftwerke definitiv dieselbe Lösung wählen. Und wenn das Sicherheitssystem in einem unserer anderen Solarkraftwerke ausgetauscht werden muss, werden wir es durch eine Wärmebildlösung ersetzten”, schließt Escalada.

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FLIR Wärmebildkameras – neue Anwendungen durch sinkende Preise

Wärmebildkameras des Herstellers FLIR
FLIR Wärmebildkameras

Funktionsweise und Anwendungsgebiete von Wärmebildkameras

Funktionsweise und Anwendungsgebiete von Wärmebildkameras

„Jetzt Energie sparen!“, wirbt die Volksbank Osnabrück und bietet zum Vorzugspreis von 100 Euro an, mit ihrer Wärmebildkamera Schwachstellen an Wohnhäusern zu identifizieren. Neben dieser Bauthermografie haben sich in den vergangenen Jahren zahlreiche neue Anwendungsgebiete dieser eigentlich für den militärischen Bereich entwickelten Technologie aufgetan: In der Industrie werden Wärmebildkameras bei der Prüfung elektrischer Anlagen verwendet, in der Medizin zur Lokalisierung örtlicher Entzündungsherde. Die Feuerwehr spürt mit ihrer Hilfe Glutnester und Personen in verrauchten Gebäuden auf, und Autohersteller erweitern ihre Fahrassistenzsysteme mit dieser Technologie, um für mehr Sicherheit bei Nacht zu sorgen. Das thermografische Verfahren basiert bei allen Anwendungen auf dem identischen Prinzip: Die für das menschliche Auge unsichtbare Wärmestrahlung eines Körpers oder Objektes wird sichtbar gemacht. Die erfassten, unterschiedlichen Temperaturverteilungen liegen zuerst in Graustufen vor, bevor sie von der Wärmebildkamera mittels Falschfarbendarstellung eingefärbt werden, um für den Betrachter unterscheidbar zu werden. Dabei werden meist die hellsten und damit wärmsten Teile eines Bildes weiß, die mittleren Temperaturen gelb und rot und die dunklen und damit kältesten Bildteile in Blautönen dargestellt. Auch wenn dieses Verfahren in allen Wärmebildkameras zur Anwendung kommt, unterscheiden sich die Produkte für Sicherheitsanwendungen natürlich erheblich, zum Beispiel von einer Wärmebildkamera für die Gebäudethermografie, da sie wesentlich leistungsfähiger sein müssen. Unterschieden wird in Thermografiekameras mit gekühlten und ungekühlten Detektoren.

Insbesondere bei der Flächenüberwachung leisten Wärmebildkameras wertvolle Dienste.

Gekühlte und ungekühlte Thermografiekameras
Gekühlte Infrarotdetektoren sind in einem vakuumversiegelten Gehäuse untergebracht und werden kryogenisch gekühlt, d.h. dass die Arbeitstemperatur sehr niedrig sein muss; typischerweise liegt sie zwischen 4 Kelvin und 110 Kelvin, also zwischen -270° Celsius und -160° Celsius. Durch diese kryogenischen Temperaturen sind die Detektoren sehr viel kälter als die zu beobachtenden Objekte. Dadurch erhöht sich die thermische Empfindlichkeit des Systems und somit die Temperaturauflösung. Detektoren ungekühlter Wärmebildkameras arbeiten hingegen bei Umgebungstemperatur. Bei Aufheizung des Detektors durch Infrarotstrahlung werden Änderungen von Spannung, Widerstand oder Stromstärke gemessen und anschließend mit den Werten der Betriebstemperatur verglichen. Anhand dieser Werte werden die aufgenommene Strahlungsmenge und damit die Temperatur ermittelt. Bei welchen Anwendungen lohnt der Einsatz eines gekühlten Systems, wann ist eine ungekühlte Wärmebildkamera ausreichend? Denn die Kosten für Anschaffung und Wartung einer gekühlten liegen beträchtlich über denen einer ungekühlten Kamera. So muss zum Beispiel der Kryokühler, der für die extrem niedrigen Temperaturen sorgt, alle 8.000 bis 10.000 Betriebsstunden vollständig instand gesetzt werden. Bei einem Ausfall des Kryokühlers ist die Kamera nicht mehr betriebsbereit. Der Vorteil gekühlter Systeme ist die extreme Sensitivität, mit der sich auch kleinste Temperaturunterschiede zwischen Objekten erkennen lassen. Sie eignen sich daher insbesondere für Anwendungen, bei denen Objekte auch über weite Entfernungen erkannt werden sollen. Dies ist zwar prinzipiell auch mit ungekühlten Wärmebildkameras möglich; allerdings nehmen die Kosten für das verwendete Objektiv bei ungekühlten Systemen mit höheren Brennweiten stetig zu, so dass ab einer erforderlichen Brennweite von 350mm der Einsatz einer gekühlten Kamera effizienter ist.

Reichweiten bei Nacht und Nebel
Die Frage nach der Reichweite einer Wärmebildkamera wird wohl am häufigsten gestellt – und sie ist auch eine der Wichtigsten. Schließlich muss man sich auf die Leistung der eingesetzten Kamera verlassen können, wenn man zuverlässig Bedrohungen erkennen will. Bei der Bestimmung der potenziellen Reichweite sind zahlreiche Variablen zu berücksichtigen. Neben der eingesetzten Kamera, dem Objektiv und den Wetterverhältnissen ist vor allem entscheidend, welches Ziel ich mit dem „Sehen“ eines Objektes oder einer Person verfolge. Will ich ein Objekt lediglich entdecken, ohne wissen zu müssen, was sich dahinter verbirgt? Oder will ich auch erkennen, ob es sich um eine Person oder ein Auto handelt? Und zu guter Letzt: Will ich auch identifizieren, welche potenzielle Handlung von der Person oder dem Objekt ausgeht, kurz, ob es sich um „Freund oder Feind“ handelt? So lässt sich zum Beispiel ein Fahrzeug in einer Größe von 2,3 Metern mit einem 140mm Objektiv bereits in 5,8 Kilometern Entfernung entdecken, in 1,6 Kilometern erkennen, aber erst in 800 Metern identifizieren. Verwendet man eine 19mm Optik ändern sich die Entfernungen drastisch: 880 Meter entdecken, 230 Meter erkennen, 110 Meter identifizieren, lauten dann die Werte. Welche Auswirkungen haben Nebel oder starker Regen auf die Entfernungen? Prinzipiell können Wärmebildkameras durch Nebel und Regen sehen, aber die Entfernung wird durch die Wetterbedingungen nachhaltig beeinflusst. Denn je weiter ein Signal bis zur Kamera zurücklegen muss, um so mehr kann durch ungünstige Wetterverhältnisse verloren gehen, da die Wassertropfen im Nebel und Regen das Licht zerstreuen. Bei Nebel der Kategorien I und II nach der Klassifizierung der International Civil Aviation Organization (ICAO) mit einer Sichtweite von 1.220 bzw. 610 Metern liefern Wärmebildkameras bessere Ergebnisse als herkömmliche Kameras. Bei einem Nebel der Kategorie IIIa (Sichtweite 305 Meter) bw. IIIc (92 Meter) gibt es in der Leistungsfähigkeit keinen Unterschied mehr.

Welches Ziel wird mit dem „Sehen“ eines Objektes oder einer Person verfolgt: identifizieren – erkennen – oder lediglich entdecken?

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