In der Technik gibt es die Begriffe Objekt und Hintergrund. Objekte sind gewöhnliche Dinge, die erkannt und untersucht werden müssen (Menschen, Fahrzeuge, Tiere usw.), der Hintergrund ist alles, was nicht vom Objekt im Sichtfeld verdeckt wird (Wald, Gras, Gebäude usw.)

Die Funktionsweise aller Wärmebildsysteme basiert auf der Wahrnehmung von Temperaturunterschieden zwischen zwei Dingen, z. B. einem Objekt vor einem Hintergrund, und auf der Umwandlung dieser Unterschiede in ein sichtbares Bild. Da nicht alle Körper gleichmäßig erwärmt werden, ergibt sich ein Bild der IR-Verteilung. Je größer der Unterschied zwischen der IR-Strahlungsintensität eines Objekts und der IR-Strahlungsintensität des Hintergrunds ist, desto besser ist die Auflösung und der Kontrast des Wärmebilds. Moderne Wärmebildgeräte sind in der Lage, Temperaturunterschiede von 0,015-0,07 °C zu erkennen.

Die meisten Nachtsichtgeräte, die entweder auf Bildverstärkerröhren oder CMOS/CCD-Sensoren basieren, erkennen IR-Strahlung im Wellenlängenbereich von 0,78-1 µm, der nur einen Bruchteil der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges ausmacht. Wärmebildgeräte arbeiten im Wellenlängenbereich von 3-555 µm (MWIR oder Mittelwellen-Infrarot) und 8-14 µm (LWIR oder Langwellen-Infrarot). In diesem Wellenlängenbereich sind die atmosphärischen Bodenschichten für IR-Strahlung transparent, und der Emissionsgrad der beobachteten Objekte mit Temperaturen von -50 bis +50 °C ist am höchsten.

Die Wärmebildkamera ist ein elektronisches Beobachtungsgerät, das ein Bild der Temperaturdifferenz in einem beobachteten Bereich des Raums erzeugt. Die grundlegende Komponente jeder Wärmebildkamera ist ein Mikrobolometer-Array (Wärmesensor), und jedes Bildelement dieses Arrays (Pixel) kann die Temperatur mit hoher Präzision messen.

Der Vorteil von Wärmebildkameras liegt darin, dass sie keine externen Beleuchtungsquellen benötigen. Es handelt sich um passive Systeme, die sowohl bei Tag als auch bei stockfinsterer Nacht gut funktionieren. Wie bereits erwähnt, stellen schlechte Witterungsbedingungen wie Nebel oder Regen kein Hindernis für Wärmebildgeräte dar; unter diesen Bedingungen wären herkömmliche Nachtsichtgeräte völlig unbrauchbar.

Die Funktionsweise aller Wärmebildgeräte lässt sich auf einfache Weise wie folgt beschreiben:

• Die Objektivlinse der Wärmebildkamera formt eine Temperaturkarte von allem, was sich im Sichtfeld befindet, auf die Oberfläche des Wärmesensors (auch Temperaturdifferenzkarte genannt)
• Der Mikroprozessor und andere elektronische Elemente lesen die Daten vom Wärmesensor, verarbeiten sie und erzeugen eine Form auf dem Display, die eine visuelle Interpretation der Daten darstellt. Dieses Bild wird dann von einem Beobachter durch ein Okular oder direkt auf einem Bildschirm betrachtet.

Wärmebildkameras haben mehr mit digitalen Nachtsichtgeräten gemeinsam als mit bildverstärkten Nachtsichtgeräten (gemeinhin als analoge Systeme bezeichnet) und ermöglichen eine größere Anzahl von benutzerdefinierten Einstellungen und Anpassungen.

Zum Beispiel Helligkeits- und Kontrasteinstellungen, Bildfarbeinstellungen, Einblendung von Zusatzinformationen im Sichtfeld (aktuelle Uhrzeit, Akkuladestand, Symbole aktiver Modi usw.), Digitalzoom, Bild-im-Bild (zeigt das gezoomte Bild des beobachteten Objekts oder eines Teils davon in einem zusätzlichen kleinen Fenster an) und Display-Aus-Funktionen (zum Energiesparen und zur Vermeidung von Hintergrundbeleuchtung).

Wärmebild- und digitale Zielfernrohre können auch viele Funktionen haben, die den Schützen unterstützen, wie z. B. mehrfach wählbare Absehen mit verschiedenen Formen und Farben, bequeme und schnelle Nullstellungsfunktionen wie “One-Shot-Nullstellung” und “Freeze”-Nullstellung, automatische Entfernungskorrekturfunktionen, mehrere Nullstellungsprofile für verschiedene Gewehre, eine Anzeige der Seitenneigung, des Höhenwinkels und vieles mehr.

Im Vergleich zu analogen Nachtsichtzielfernrohren ist das Absehen bei digitalen und Wärmebildgeräten in der Regel “digital”, d.h. das Absehenbild wird durch Videoverarbeitung über das Szenenbild gelegt. Da sich das Bild des beobachteten Objekts und das Fadenkreuz in der gleichen Ebene (der Anzeigeebene) befinden, werden Effekte wie die Parallaxe eliminiert. Das Absehen wird elektronisch bewegt, so dass die mechanischen Korrekturelemente, die bei analogen Zielfernrohren üblich sind, entfallen. Daher können diese mechanischen Korrekturelemente, die einen kostspieligen Präzisionsfertigungs- und Montageprozess erfordern, bei digitalen und thermischen Geräten vollständig entfernt werden.

Wärmebildkameras können auch über eingebaute Videorekorder für die Aufnahme von Bildern und Videos von beobachteten Objekten und viele andere Zusatzfunktionen verfügen, wie z. B. die drahtlose Übertragung von Daten (Fotos, Videos) (Funkkanal, Wi-Fi) an externe Geräte, die Fernsteuerung des Geräts (z. B. über ein mobiles Gerät), die Integration eines Laserentfernungsmessers (wobei die Daten des Entfernungsmessers auf dem Bildschirm des Geräts erscheinen) und die Integration von GPS-Sensoren (Geopositionierung) usw.