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Flammentemperatur mit der Digitalkamera bestimmen

(Masterarbeit von Sebastian Döring)

Einführung

Mit welcher Farbe ein Objekt wahrgenommen wird, hängt nicht nur vom Objekt ab, sondern auch von dem Licht, dass das Objekt beleuchtet. Je weniger es im weißen Bereich liegt, desto stärker erzeugt es in dem Foto einen Farbton, der vom neutralen weiß abweicht. Der Fotoapparat selbst wird z.B. auf eine Farbtemperatur (Tageslicht Sonne) eingestellt. So wie das Gehirn über die Auslesung von nur drei Grundfarben weitere Farben erzeugen kann, funktioniert auch die Farbdarstellung in der digitalen Welt. Es werden zwei verschiedene Modelle zur Erzeugung von Farben unterschieden. Die "Additive Farbmischung" (Auge) und die "Subtraktive Farbmischung" (Farbauftrag mit Malfarbe).

Durchführung Experimente

Es ist das Ziel der Experimente, die von der Kamera abgebildeten Farben einer Flamme ihren Temperaturen zuzuordnen, deren chemische Zusammensetzung bzw. Erzeugung bekannt ist. Die chemische Zusammensetzung entscheidet, mit welcher Temperatur eine Flamme brennt und welche Farbe sie erzeugt. Drei verschiedene Brennstoffe wurden untersucht:

Temperaturbereiche

  • Kerzenwachs 
  • Brennspiritus 
  • Petrolium 


Kerze
 Kerze 

Abb. 1 links: Kerze - Der weiße Bereich ist außerhalb des Belichtungsbereiches (Überbelichtung)
Abb. 2 rechts: Kerze - Belichtung auf den mittleren Bereich angepasst.

Die Temperatur wird mit einem Temperaturmessfühler ermittelt und kann danach farblich mit seinen einzelnen Farbzonen jeweils zugeordnet werden. Aus den ermittelten Farben wird ein RGB-Wert gewonnen.

Die Flamme von Kerzenwachs hat direkt um den Docht herum einen dunklen Bereich, dem nach außen hin ein kleiner Bereich, der blau leuchtet, folgt. Die Hauptflamme hat hingegen eine helle gelbe Farbe, die nach außen kontinuierlich rötlicher wird. Insgesamt sind mit dem Auge drei Farbbereiche gut voneinander unterscheidbar, die gemessen werden können. Ein Problem stellt sich jedoch in der Größe der Kerzenflamme einer üblichen Stabkerze wie auch bei den anderen üblichen Brennern von Spiritus und Petrolium dar.

Spiritus verbrennt mit einer gänzlich anderen Flammenfärbung und -temperatur. Im Flammenhauptteil ist ausschließlich eine Blaufärbung vorhanden, die an den Rändern zum weiß tendiert. Je nach Einstellung der Flammengröße schließt sich im oberen Teil ein kleiner gelblich-orange scheinender Bereich an.

Um einen Farbvergleich auch zwischen verschiedenen PC's und Bildschirmen sicherzustellen, muss der Bildschirm für die Betrachtung kalibriert werden und zum besseren Vergleich wurden die ermittelten RGB-Werte herangezogen.

Gemessen wurde mit der Canon EOS 7D Kamera, Farbtemperatureinstellung "Automatisch". Die Auswertung erfolgte über Photoshop. Ein Problem bei der Belichtungsanpassung darf nicht vernachlässigt werden. Mit jeder Belichtungsänderung wird auch der RGB-Wert verändert, weil in ihm nicht nur die Farbe, sondern auch die Helligkeit verändert wird.

Ergebnisse

Kerze Canon - Kerze Docht Canon - Kerze Docht Canon - Kerze Haupbereich

Abb. 3 links: Canon - Kerze Docht (T=351 °C, RGB - 117, 147, 232)
Abb. 4 mitte: Canon - Kerze über dem Docht (T=657 °C, RGB - 230, 151, 65) 
Abb. 5 rechts: Canon - Kerze Haupbereich (T=612 °C, RGB - 219, 140, 55)



Spiritus Canon - Spiritus über Öffnung Canon - Spiritus Hauptbereich

Abb. 6 links: Canon - Spiritus über Öffnung (T=540 °C, RGB - 142, 171, 246)
Abb. 7 rechts: Canon - Spiritus Hauptteil (T=845 °C, RGB - 249, 220, 207)


Petrolium Canon - Petrolium Docht Canon - Petrolium über demDocht Canon - Petrolium Hauptbereich 

Abb. 8 links: Canon - Petrolium Docht (T=352 °C, RGB - 134, 184, 250)
Abb. 9 mitte: Canon - Petrolium über dem Docht (T=648 °C, RGB - 225, 148, 72)
Abb. 10 rechts: Canon - Petrolium Hauptbereich (T=601 °C, RGB - 199, 117, 23)

Da die einzelnen Farbbereiche einer Flamme optisch nicht so separiert werden konnten, dass nur sie sich zur Farbtemperaturmessung eignen, wurde die ganze Flamme ausgemessen. Für die einzelnen Farbbereiche der jeweiligen Flamme wurden die RGB Wert bestimmt. Damit können bei einer bekannten Flamme wie beschrieben mit einer anderen Kamera die Aufnahmen der Flammen erstellt und anhand der gemessenen Farbtemperatur und der RGB Werte die eigentliche Temperatur der Flammenbereiche bestimmt werden.

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