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Spezialkameras

Einige Hersteller entwickeln Kameras mit speziellen Eigenschaften für begrenzte vertikale Einsätze und bieten diese trotz ihrer einzigartigen Leistungsmerkmale zu erschwinglichen Preisen an. Nachfolgend stellen wir einige davon vor:

Kameras mit zwei Sensoren

Diese Kameras verwenden ein dichroitisches Prisma, um das auftreffende Licht anhand der Wellenlängen in zwei Lichtstrahlenbündel aufzuspalten, die jeweils auf einen Sensor abgebildet werden. Diese Anordnung ermöglicht die simultane Aufnahme und anschließende Übertragung über zwei Kanäle. Ein Sensor mit Bayer-Mosaik-Farbfilter, der nur das sichtbare Licht erfasst, kann gemeinsam mit einem monochromen Sensor verwendet werden, der das Licht des nahen Infrarot (NIR)-

Bereichs pro Bildelement aufintegriert. Basierend auf der Ausgabe des Bayer-Sensors kann ein Prüfobjekt auf Basis des sichtbaren Lichts ausgewertet werden. Der NIR-Kanal hingegen ermöglicht es, Merkmale sichtbar zu machen, die nur im langwelligen Bereich bzw. im nahen Infrarot (also unsichtbar für das Auge) zu sehen sind. Da langwelliges Licht tiefer in das Material des Objekts eindringt, können Defekte detektiert werden, die unter der Oberfläche liegen, und der für die Weiterverarbeitung in der Software notwendige Kontrast wird erzeugt.

Die beiden Bilder werden dann zueinander ausgerichtet, um einen exakten Vergleich der Merkmale zu ermöglichen. Auf diese Weise können echte und voneinander unabhängige Multispektralinformationen über die beiden Kanäle aufgenommen werden. Auf eine aufwändige und mechanisch anspruchsvolle Installation von zwei verschiedenen Kameras und einem Strahlteiler kann verzichtet werden.

Darüberhinaus gibt es auch 2-Chip-Versionen mit 2 monochromen Sensoren. Werden die beiden Sensoren mit unterschiedlichen Belichtungszeiten betrieben, können mit einer nachgeschalteten Software HDRBilder (image fusion) erzeugt werden.

Lösung. Die sehr kleinen Sensorköpfe können mit dem Signalkabel auch durch kleinste Öffnungen geführt werden. Hochfrequente Sensorrohdaten können z.B. über spezielle Datenkabel über lange Strecken zur Steuereinheit übertragen werden. Die Steuereinheit verfügt über alle gängigen Kamerafunktionen wie den Weißabgleich, Belichtungssteuerung oder Gain. Bei einigen Modellen ist es möglich, Kameraköpfe oder Kabellängen ohne Änderungen an der Steuereinheit zu variieren, wodurch Aufwand und Kosten eingespart werden können. Einige extrem kleine Modelle beinhalten sogar die gesamte Elektronik im Mikrokopf und benötigen keine extra Kontrolleinheit.

Low Light- und Low Noise-Kameras

Standardsensoren sind zwar lichtempfindlich und auch bei schlechten Beleuchtungsverhältnissen einsetzbar. Es gibt jedoch Anwendungen, die eine höhere Lichtempfindlichkeit erfordern. Neben dem Einsatz in der Sicherheitstechnik oder in militärischen Anwendungen werden Low Light-Kameras insbesondere in wissenschaftlichen und medizinischen Aufgabenstellungen eingesetzt.

In der Vergangenheit wurden für derartige Anwendungen Kameras mit Bildverstärkern eingesetzt, heute werden Kameras mit Elektronenvervielfachung (EMCCD) genutzt. Sie verwenden eine zusätzliche Verstärkerstufe innerhalb des Sensors in Kombination mit thermoelektrischer Peltierkühlung. Das Ergebnis sind qualitativ hochwertige Bilder mit ausreichendem Kontrast für die sich anschließende Auswertung.

Kameras mit zusätzlicher Peltierkühlung vermindern das thermische Rauschen signifikant und das Signal-Rausch-Verhältnis sowie die Empfindlichkeit. Gekühlte Kameras kommen in Anwendungen wie der Fluoreszenzmikroskopie, Astronomie und Gel-Elektrophorese zum Einsatz.

3D-Kameras

3D-Kameras erfassen dreidimensionale Informationen von Prüfobjekten. Die meistgenutze Technik ist die Laserprofilvermessung in Kombination mit einer Onboard-Vorverarbeitung. Die 3D-Laserprofilvermessung basiert auf dem Prinzip der Triangulation. Das heißt, eine Kamera beobachtet die auf ein Prüfobjekt projizierte Laserlinie und berechnet aus dem Linienprofil die Höheninformation. Während sich das Prüfobjekt unter der Kamera hindurch bewegt, werden mehrere Profile erstellt, die benutzt werden, um daraus ein dreidimensionales Bild zu erzeugen. Die Berechnung der 3D-Information kann sowohl in der Kamera als auch auf einem Host bzw. PC-System erfolgen.

In einem typischen Setup befindet sich der Laser direkt über dem Prüfobjekt und die Kamera wird in einem Winkel von ca. 30° zum Laser angebracht. Das genaue geometrische Verhältnis zwischen Laser und Kamera kann variiert werden, um eine bessere Höhenauflösung zu erzielen. Dies lässt sich beispielsweise durch die Vergrößerung des Winkels

zwischen Kamera und Laser erreichen. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass bei kleinerem Winkel eine höhere Lichtmenge zur Kamera gelangt und folglich die Auswertung stabiler ist. Die Höhenauflösung kann für jeden Aufbau berechnet werden, wie in der nachfolgenden Grafik aufgezeigt wird.

Dieses Bild zeigt die Frontplatte eines Mobiltelefons, das von einer Kombination aus 3D-Kamera und Laser aufgenommen wurde. Das Bild zeigt eine Vielzahl von detaillierten Höheninformationen. Dies ist besonders beachtenswert, wenn man die geringe Höhe der Oberflä- che bedenkt. Das Bild wurde eingefärbt, um die Höheninformationen zu verdeutlichen.

Verschiedenste Software für die 3D-Bildanalyse ermöglicht eine Ausgabe von Bildern unter Verwendung eines relativen Koordinatensystems. Dadurch wird ein kompliziertes Sechsachs-Matching überflüssig. Das Bild wird dabei in sogenannte Punktewolken umgewandelt, die direkt verglichen werden können. Durch diese Methode wird die nachfolgende Analyse erheblich vereinfacht.