Bildgebende Messverfahren

Bildgebende Messverfahren sind in vielen technischen und gesellschaftlichen Bereichen in einem rasanten Vormarsch und damit selbst einer entsprechend schnellen technischen Entwicklung unterworfen. Die laufende Erhöhung der räumlichen Auflösung und Bildqualität der aktuellen Kamerasensoren (z.B. CMOS) und die ständige Zunahme der Bildaufnahmefrequenz trägt mit der gleichzeitigen Beschleunigung und Neuentwicklung von digitalen Bildverarbeitungsalgorithmen und darin eingebundenen Bewertungsverfahren mittlerweile zu einem riesigen Datenstrom bei, der mit entsprechend adaptierten Techniken auch im Rahmen der (natur-)wissenschaftlichen Forschung in immer breiteren Anwendungsbereichen genutzt wird bzw. werden kann. Über punktuelle und häufig intrusive Messsonden hinaus, können bildgebende Messverfahren ihre Möglichkeiten und Einsatzgebiete in verschiedenen ingenieur-technischen Bereichen zur Zeit erheblich erweitern, da die kontaklose und optische Erfassung von flächigen oder gar volumetrischen Messgrößen nicht nur eine erhebliche Beschleunigung der quantitativen Datenerhebung für die Forschung bedeutet, sondern nun auch räumliche Strukturzusammenhänge und deren Dynamiken ausführlicher in den Blick geraten können. Um die technischen Möglichkeiten der bildgebenden Messverfahren in dem jeweils eigenen wissenschaftlichen Anwendungsgebiet besser nutzen zu können, bedarf es grundlegender Einsichten in die gesamte Messkette und damit abhängig vom Anwendungsgebiet vertiefter Kenntnisse in der Optik und Elektronik von Kameras, Linsensystemen, Lasern, LEDs, Synchronisations- und Signalketten, sowie der optischen und physikalischen Beschaffenheiten der abzubildenden Oberflächen, Materialien und Partikel, als auch der computergesteuerten Verarbeitung, Auswertung und Analyse der Bild- resp. Messdaten. die auf Basis eines geeignet kalibrierten Kameramodells und spezifischer Abbildungseigenschaften des genutzten optischen Messystems optimiert werden können.

Im Bereich der bildgebenden Messverfahren in der Strömungsmechanik haben sich in den letzten 30 Jahren einige sehr erfolgreiche Entwicklungen ergeben, die sich in Anbetracht des rasanten technischen Fortschritts im Bereich der Opto-elektronik von Kameras und Lichtquellen noch sehr fruchtbar in die Zukunft fortzusetzen scheinen, insbesondere da technisch relevante Strömungen häufig in Bereichen von hohen Reynoldszahlen untersucht werden müssen, deren instationärer und dreidimensionaler (meist turbulenter) Charakter sich zur Zeit weder mit aufwändigen numerischen Verfahren (e.g. LBM, LES, DNS) noch mittels sondenbasierter Messtechniken hinreichend genau quantifizieren lässt. Für Strömungen bei hohen Reynoldszahlen gilt allgemein, dass die in der Luftfahrt-, Automobil- und Triebwerksindustrie vermehrt genutzten skalenauflösenden, numerischen Simulationsverfahren einen wachsenden Bedarf an experimentellen Validierungsdaten erzeugen (werden), um ihre Vorhersagegenauigkeiten den technischen Ansprüchen und Zielsetzungen von innovativen Designprozessen anpassen zu können. Auch hier liefern bildgebende Messverfahren in relativ kurzer Zeit wichtige strömungsmechanische Kenngrößen in ganzen Flächen oder Volumina der untersuchten Strömung, die früher nicht mit belastbaren Statistiken in der erforderlichen hohen räumlichen (und zeitlichen) Auflösung verfügbar gemacht werden konnten.

Ein Beispiel für die Anwendung des kürzlich entwickelten Shake-The-Box Lagrangian Particle Tracking ist hier zu sehen.

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