Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 11/2016, 11.11.2016

Die richtige Kamera bringt's

Verschiedene Einsatzgebiete für digitale Bildverarbeitungssysteme stellen sehr unterschiedliche Anforderungen an die verwendete Kameratechnik. Deshalb muss für jede Aufgabe der passende Kameratyp gewählt werden. Stettbacher Signal Processing bietet Kameraserien an, die sich funktional ergänzen, darunter preiswerte Global-Shutter-Typen.

(msc) In der industriellen Automation und Machine Vision nehmen die Einsatzfelder von Kameras ständig zu. Für diese vielfältigen Aufgaben bietet die Stettbacher Signal Processing AG (SSP) seit Jahren die Kameras der Serie O-3000 an. Diese Produktpalette wurde nun mit den O-3100-Kameras ergänzt. Äusserlich sehen sich die Kameratypen gewollt zum Verwechseln ähnlich, denn die neuen Produkte sind hardwareseitig voll kompatibel mit den bisherigen Kameras. Sie bieten die gleichen Objektivoptionen, Anschlüsse und Befestigungsmöglichkeiten. Die O-3100-Reihe erbt auch das offengelegte Interface und die freie Verfügbarkeit der Open-Source-Treiber der O-3100-Modelle.

Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Kameraserien liegt im Inneren. Bei der O-3000-Serie handelt es sich um Rolling-Shutter-Kameras, die sich durch ein geringes Grundrauschen mit einem Signal-Rausch-Verhältnis von > 43 dB auszeichnen. Sie eignen sich damit zur Darstellung von feinen Farb- oder Helligkeitsnuancen und für feinkörnige Aufnahmen bei schlechtem Licht. Die besondere Stärke liegt im speziellen HDR-Modus (High Dynamic Range), mit dem eine Dynamik von über 115 dB erreicht werden kann, was etwa 20 Bit pro Pixel entspricht. Wie das Bildbeispiel unten links zeigt, lassen sich mittels HDR-Technik Aufnahmen erzielen, bei denen die hellsten wie auch die dunkelsten Bereiche noch kontrastreich aufgelöst sind.

Im linearen Aufnahmemodus ist das Schachbrett hinter der leuchtenden Glühbirne korrekt belichtet, die Glühbirne jedoch stark überbelichtet. Weder deren Details noch das dahinter liegende Muster sind zu erkennen. Im HDR-Modus wird die Szene mit mehreren Belichtungszeiten aufgenommen. Algorithmen erzeugen daraus ein einziges ausgeglichenes Bild, das Überstrahlen wird verhindert. Im Bild bleiben die hellen wie auch die dunklen Details erhalten. Man erkennt sogar das Innenleben der Glühbirne inklusive des glühenden Wendels und dessen Reflexion am Glaskörper klar.

Dies gelingt mit dem Rolling Shutter weil dieser die Pixel des Sensors während dem Auslesen zeilenweise nacheinander belichtet. Der Nachteil: Bei bewegten Objekten kann dies zu einem Verzug in der Abbildung führen.

Die O-3100-Kameras arbeiten hingegen mit der Global-Shutter-Technologie, bei der alle Pixel des Bildsensors während einer Aufnahme gleichzeitig belichtet werden. Diese Kameras ermöglichen selbst bei bei sehr hohen Geschwindigkeiten scharfe und unverzerrte Bilder.

Das Beispiel oben zeigt die Unterschiede zwischen den beiden Shutter-Technologien. Der Ventilator rotiert mit rund 10 sec-1. Die Flügelspitzen erreichen Geschwindigkeiten von 3 m/s. Die Rolling-Shutter-Technik stösst bei der Aufgabe, an ihre Grenzen. Die Rotorblätter des Ventilators werden verzerrt abgebildet, der Barcode ist stark deformiert. Dieser «Rolling-Shutter-Effekt» entsteht dadurch, dass die einzelnen Bildzeilen nacheinander belichtet und ausgelesen werden.

Hier zeigen sich die Vorteile der Global-Shutter-Technologie. Mit der O-3100 gelingt es dank kurzer Belichtungszeit von 200 μs, den Ventilator scharf und unverzerrt aufzunehmen. Ein Bilderkennungssystem kann den Barcode problemlos auswerten. Dieses Szenario steht für Anwendungsfälle in der Industrieautomation, in der sich bewegende Objekte schnell erkannt und klassifiziert werden müssen.

Damit eignet sich eine Rolling-Shutter-Kamera besonders für statische Prüftechnik, Videoüberwachung und HDR-Bildverarbeitung, eine Global-Shutter-Kamera dagegen für Prozessüberwachung im dynamischen Umfeld, dynamische Messtechnik oder Verkehrsüberwachung.


Stettbacher Signal Processing AG
8600 Dübendorf, Tel. 043 299 57 23
dsp@stettbacher.ch

Die Kameras der Serien O-3000 und O-3100 sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich. (Bilder: SSP)


Bei linearer Belichtung ist die Glühbirne stark überbelichtet.


Im HDR-Modus wird auch das Innere der Glühbirne detailiert abgebildet.


Die Rolling-Shutter-Kamera bildet den Ventilator verzerrt ab, der Barcode ist nicht lesbar.


Mit der Global-Shutter-Kamera ist das Bild deutlich und unverfälscht.