Wildkamera-Technik erklärt: der IR-Sensor

Wildkameras und Fotofallen erfassen mit Hilfe eines Infrarot-Sensors  Änderungen der Umgebungstemperatur. Die Signale des Sensors schalten dann die Wildkamera ein und lösen Bild- oder Videoaufnahmen aus. Nach diesem Grundprinzip arbeiten alle handelsüblichen Wild- und Überwachungskameras.

Wie funktioniert ein IR-Sensor?

Wärmestrahlen im Infrarotbereich: Wildkameras sind mit einem sog. PIR-Sensor (Passiver InfraRot-Sensor) ausgerüstet. Dieser Sensor registriert die sog. Strahlungsflussänderung im mittleren Infrarotbereich, die  bewegliche Wärmequellen verursachen. Zum Vergleich: die Wellenlänge im durch den PIR-Sensor überwachten mittleren Infrarotbereich liegt bei ca. 10 µm, sichtbares Licht besitzt eine Wellenlänge von 0,4-0,8 µm.

Reagiert nur auf sich bewegende Wärmequellen:  Ein PIR-Sensor reagiert nicht auf statische Wärmeunterschiede, die auf natürliche Weise hervorgerufen werden. Erwärmt sich z.B. ein Objekt durch Sonneneinstrahlung, löst eine Wildkamera nicht aus. Erst wenn sich die Wärmequelle bewegt, kann der Sensor die sich ändernden Wärme-Signale wahrnehmen. Beispielsweise wenn ein Mensch in den Detektionsbereich des Sensors eintritt. Denn ein Tier oder ein Mensch ist üblicherweise deutlich wärmer, als seine Umgebung. Bewegt sich dieses warme Objekt, löst die Wildkamera aus.

Streuscheiben: Vor dem eigentlichen IR-Sensor liegt in Brennweitenabstand meist eine kugelige oder zylindrisch gewölbte Kuppel aus kleinen Sammellinsen. Diese Kunststoffabdeckung ist aus Tarngründen bei Wildkameras meist dunkel eingefärbt, im infraroten Wellenbereich ist diese Abdeckung jedoch durchsichtig. Diese Sammellinsen haben eine Doppelfunktion. Einerseits sammelt diese Vielfachlinse infrarotes Licht und führt es dem Sensor gebündelt zu. Andererseits unterteilt die Sammellinse die Szenerie in Sektoren. Bewegt sich eine Wärmequelle von einem Linsenabschnitt zum nächsten, registriert der Sensor die unterschiedliche Intensität der Infrarotwärmestrahlung. Denn beim Übergang zwischen den beiden Linsenabschnitten nimmt die Wärmestrahlungs-Intensität kurz ab. So als ob man durch seine gespreizten Finger in die Sonne schaut, so verursacht der Übergang einen kurzen „Schatten“.  Diese Temperaturänderung „warm-kalt-warm“ wird durch den Sensor in ein elektrisches Signal umgewandelt. Über ein Relais wird der Wildkamera dann das Auslösesignal zu geben. Das ist auch der Grund dafür, dass Wildkameras querendes Wild deutlich zuverlässiger erfassen, als Wild das sich auf die Wildkamera zu bewegt, bzw. von ihr weg. Denn im letzteren Fall verweilt die Wärmequelle u.U. in einem Linsenabschnitt. Dann registriert der Sensor lediglich statische Wärme. Gute Wildkameras kommen jedoch auch damit zurecht, weil sie die Änderung der Wärmestrahlungsintensität durch ein sich näherndes bzw. entfernendes Objekt zuverlässig erfassen.

Große Plastikabdeckung, kleiner Sensor: Die vergleichsweise großen Streuscheiben bzw. Kunststoffabdeckungen über dem Sensor einer Wildkamera täuschen gerne darüber hinweg, wie klein der eigentliche Sensor tatsächlich ist. Das Sensorfeld eines typischen Wildkamera-PIR-Sensors misst gerade einmal 4,0 x 2,8 mm. Das folgende Foto einer geöffneten Wildkamera zeigt die Größe eines PIR-Sensors im Vergleich zu einem 1 Cent-Stück:

Wildkameras mit Standard-Bauteilen

Im Grunde genommen verwenden Wildkameras die gleichen passiven IR-Sensoren wie die im häuslichen Bereich weit verbreiteten Bewegungsmelder. Vergleichbare Sensoren werden auch in Bewegungsmeldern z.B. zum Einschalten von Licht eingesetzt. Zum Beweis haben wir einen alten Bewegungsmelder aus dem häuslichen Bereich geschlachtet. Und siehe da, der Bewegungsmelder nutzt einen nahezu identischen Sensor, wie unsere Wildkameras.

Reichweite vs. Empfindlichkeit

Nur Empfänger: Das Zusatz „Passiver“ Infrarotsensor gibt bereits einen Hinweis. PIR-Sensoren empfangen ausschließlich Wärmestrahlen, senden aber selbst keine Strahlung aus.

Reichweite vs. Empfindlichkeit: Da der Sensor lediglich ein Empfänger ist, kann man strenggenommen auch nicht von der Reichweite eines PIR-Sensors reden. Ist die sich bewegende Wärmequelle nur groß genug, registriert ein sensibler PIR-Sensor die ausgesendeten Wärmestrahlen auch noch in hunderten Metern Entfernung.

Ein Beispiel liefern diese folgenden beiden Fotos aus einer ganzen Serie von LKW-Fotos, die von einer Wildkamera (hier eine Wild Vision Full HD 5.0) aufgenommen wurden. Die Erklärung: bei einem LKW sitzt der heiße Turbolader relativ ungeschützt meist hinter dem Führerhaus. Kommt dann noch eine kalte Umgebungstemperatur hinzu, hier waren es nur einige Grad über Null, lassen sich die Wärmestrahlen von einem sensiblen PIR-Sensor auch noch in hunderten Metern Entfernung registrieren.

Wildkameras: Die hohe Kunst des präzisen Auslösens

Was machen gute Wildkameras hinsichtlich des Auslöseverhaltens denn nun besser als schlechte Wildkameras? Die hohe Kunst besteht ganz einfach darin, ein Lebewesen – und sei es auch noch so klein – zuverlässig zu registrieren. Hingegen sind reihenweise „leere“ Bilder mit sich lediglich im Wind bewegenden Grashalmen tunlichst zu vermeiden. Eine extrem solide Wildkamera ist in dieser Hinsicht die Dörr SnapShot Mini, die bei einer kleinen Maus präzise auslöst ohne dass hunderte Fehlaufnahmen die Speicherkarte „zumüllen“:

Fehlauslösungen durch Sonneneinstrahlung

Bewegt sich da etwas Warmes? Wer seine Wildkamera so installiert, dass im Erfassungsbereich des Bewegungs-Sensors die Sonne einstrahlt, muss mit Fehlauslösungen rechnen. Denn die Vegetation nimmt bei sonnigem Wetter Sonnenenergie auf und wird dadurch wärmer als die Umgebungstemperatur. Kommt nun ein bisschen Wind dazu, sind für die Wildkamera die Kriterien für eine Aufnahme gegeben. Denn Wärme + Bewegung = Aufnahme.

Ein wenig rühmliches Beispiel hinsichtlich des Auslöseverhaltens sind die ALDI-Wildkameras. Viele Besitzer klagen über die Menge an „leeren“ Aufnahmen, die nicht nur die Speicherkarte belegen, sondern auch die Batterielaufzeit belasten. Fairerweise muss man sagen, dass die Wildkameras des Discounters von der Version WK1 über die WK2 bis hin zur aktuellen WK3 in dieser Hinsicht deutlich zuverlässiger geworden sind. Aber das folgende Beispiel einer ALDI Maginon WK3 zeigt, dass auch diese Wildkamera regelmäßig mit der morgendlichen Sonne in Kombination mit auffrischendem Wind ihre liebe Not hat. Der PIR-Sensor registriert sich bewegende Wärmequellen, wo de facto keine sind und produziert in schöner Regelmäßigkeit, immer um dieselbe Tageszeit Fehlaufnahmen:

Grundsätzlich ist keine Wildkamera gegen Fehlauslösungen gefeit. Schließlich ist es immer eine Gradwanderung einen aufgeheizten Strauch, der sich im Wind bewegt, von einem kleinen Lebewesen zu unterscheiden, wenn man nur die vom Objekt ausgehende Infrarotstrahlung als Entscheidungskriterium hat.

Tipp: Generell arbeiten Wildkameras im Winter, bei niedrigen Temperaturen, sicherer als im Sommer. Da sich bei hohen Umgebungstemperaturen die Temperatur des Wildkörpers der der Umgebung angleicht, kann es im Sommer dazu kommen, dass die Wildkamera keine Auslösung vornimmt. Aus diesem Grunde sollte die Sensorempfindlichkeit – falls möglich – im Sommer auf „hoch“ eingestellt werden, um auch geringe Temperaturunterschiede erkennen zu können. Mit diesem Tipp können Besitzer einer ALDI-Wildkamera leider nichts anfangen, denn weder die älteren, noch die neueren ALDI-Wildkameras besitzen die Möglichkeit, die Sensorempfindlichkeit anzupassen.

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