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EMVA Standard

Ein wichtiger Schritt bei der Auslegung eines Bildverarbeitungssystems ist die Auswahl einer geeigneten Kamera. Abhängig von der Applikation sind dabei verschiedene Kriterien von Bedeutung.

Dabei steht der Anwender vor dem Problem aus der Informationsvielfalt, die jeder Kamerahersteller liefert, die für die Applikation entscheidenden Parameter auszuwählen. Bei Daten wie Auflösung, Farbformat oder Kamera-Interface ist das noch einfach. Sobald jedoch die Empfindlichkeit verglichen werden soll, ist der direkte Vergleich oft nicht mehr möglich, da diese Angaben nicht standardisiert sind.

Dieses Problem war einer der Hauptgründe für die Entstehung des EMVA-Standards 1288. Die Zielsetzung war, eine Reihe von Parametern festzulegen, die für eine Kamera bzw. einen Sensor angegeben werden und deren Messverfahren klar definiert ist. Der Standard entwickelt sich weiter, um in Zukunft neue Kenngrößen aufnehmen zu können. Aus diesem Grund ist der Standard modular aufgebaut und besteht aus Messungen, die zwingend erfolgen müssen, und anderen, die optional sind. In der Version 3.0 des Standards werden folgende Gruppen definiert:

  • Empfindlichkeit, Linearität and Rauschen Pflicht

  • Dunkelstrom Pflicht (Temperaturabhängigkeit optional)

  • Sensorungleichmäßigkeit und tote Pixel Pflicht

  • Spektrale Empfindliichkeit Optional

In diesem Kapitel können wir nur einen kurzen Überblick über die Messungen und die daraus resultierenden Parameter geben. Weitere Informationen finden Sie in der EMVA Standard 1288 Specification unter http://www.emva.org.

Allgemein

Der Standard lässt sich auf alle Zeilen- und Flächenkameras bzw. Sensoren anwenden, deren Verhalten einem linearen Modell genügt. Das heißt, mit linear Lichtintensität steigt auch das Kamera signal linear an. Der Testaufbau für die Messung ist ebenso standardisiert. Die korrekte Messung wird dabei ohne Optik und mit einer möglichst homogenen Lichtquelle bei einer bestimmten Wellenlänge durchgeführt (z.B. Ulbricht kugel mit LED-Beleuchtung mit 525 nm Wellenlänge).

Messwert Kamera A Kamera B
Total Quantum Efficiency 36 % 75 %
Temporal Dark Noise 44 e- (Electronen) 10 e- (Electronen)
Absolute Sensitivity Threshold 120 p~ (Photonen) 17 p~ (Photonen)
Saturation Capacity Max 25200 e- (Electronen) 6900 e- (Electronen)
Signal to Noise Ratio Max 44.0 dB 38.4 dB

Vergleich der Ergebnisse

Alle Ergebnisse des EMVA 1288-Standards werden abschließend in einem Datenblatt bzw. Report zusammengefasst. Die Ergebnisse bzgl. Empfindlichkeit, Linearität und Rauschen (Sensitivity, Linearity and Noise) können ohne tiefergehende Kenntnisse des Standards EMVA 1288 zur Beurteilung einer Kamera bzw. zum direkten Vergleich mehrerer Kameras verwendet werden.

Beispiel

Aus dem exemplarischen Vergleich ist ersichtlich, dass Kamera B bei schlechten Beleuchtungsverhältnissen der Kamera A vorzuziehen ist. Ein verwertbares Signal wird bereits ab 17 p~ (Photonen) erzeugt. Dies liegt am geringen Rauschen von nur 10 e-, das bei wenig auf dem Sensor detektierbaren Licht das Signal dominiert. Ein weiterer Grund ist die vergleichsweise gute Quantum Efficiency von 57 %.

Der Wert »Signal to Noise Ratio Max« hingegen ist für Kamera B deutlich schlechter. Bei viel Licht wird das Rauschen des Lichts zum maßgeblichen signalbeeinflussenden Faktor. Da der Signal to Noise Max-Wert direkt vom Wert für die maximale Sättigung abhängt, hat bei dieser Betrachtung folglich Kamera A die besseren Eigenschaften.

Anhand dieses Beispiels wird deutlich, dass für die Auswahl einer geeigneten Kamera die Rahmenbedingungen im Detail spezifiziert werden müssen, um die für einen Kameravergleich entscheidenden Parameter auswählen zu können.

Anhand dieses Beispiels wird auch klar, dass selten eine Aussage getroffen werden kann, welche Kamera grundsätzlich besser ist, wohingegen eine Aussage, welche Kamera für welche Applikation besser geeignet ist, sehr wohl gemacht werden kann.