Jetzt auch in der App!

Das Handbuch der Bildverarbeitung Mehr

Erweitern Sie Ihr Bildverarbeitungs Know-how

BESSER MEHR WISSEN

Profitieren Sie von der Erfahrung unserer Experten

Vision Docs - das neue Handbuch ist da

DAS NACHSCHLAGEWERK

FÜR BILDVERARBEITER

Holen Sie sich das aktuelle Handbuch! Mehr

Technische Details der Zeilenkameras

Zeilenkameras werden normalerweise entsprechend Sensorauflösung und Geschwindigkeit nach Zeilenrate oder Pixelfrequenz eingeteilt.

Eine wichtige Variable, die oft übersehen wird, bei der Auswahl einer Zeilenkamera für lichtkritische Anwendungen jedoch sehr wichtig ist, ist die Pixelgröße. Darüber hinaus gibt es Spezialtypen, wie beispielsweise Dualline- oder TDI-Kameras, mit denen wir uns später in diesem Kapitel noch beschäftigen.

Die Sensorauflösung gibt die Zahl der Bildelemente an, aus denen ein Sensor besteht. Je mehr Pixel, desto länger der Sensor und desto größer das Objektiv, das benötigt wird. Die meisten Sensoren bis zu einer Pixelgröße von 1K nutzen Standard-C-Mount-Optiken. Ist der Sensor 2K oder größer, müssen größere Optiken mit M42-, M58- oder F-Mount verwendet werden, deren Bildkreis groß genug ist, um eine starke Vignettierung (Eckenabschattung) und Verzeichnung zu vermeiden. Wie bereits im Kapitel Optik beschrieben, kann der Effekt der Vignettierung bei Zeilenkameras zu großen Problemen führen, da er eine nichtlineare Empfindlichkeit im Sensor bewirkt.

Die Pixeltaktfrequenz beschreibt die Geschwindigkeit, mit der Pixelwerte aus einer Kamera ausgelesen werden. Um eine hohe Zeilenfrequenz zu erzielen, werden die Bilddaten mit hoher Frequenz (z.B. 8K Pixel bei 80 MHz) parallel über mehrere Kanäle übertragen. Daher erfolgt die Datenausgabe bei Zeilenkameras auch immer digital, da die analoge Bandbreite nicht ausreicht. Typischerweise verfügt die Pixelclock über eine feste Frequenz bei der Übertragung der Pixelwerte. Während die Pixelwerte mit einer festen Frequenz übertragen werden, kann die Zeilenfrequenz variabel oder konstant sein. Zeilenkameras können auch freilaufend betrieben werden, d.h. dass Bildzeilen kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit ausgegeben werden. Eine konstante Zeilengeschwindigkeit ist kein Problem, solange sich das Prüfobjekt mit konstanter Geschwindigkeit bewegt.

In vielen Anwendungen kann sich jedoch die Geschwindigkeit des sich bewegenden Objekts verändern und die Verwendung eines Synchronisations- (EXSYNC) Signals erfordern. Dies ist ein Trigger-Signal, das in regelmäßigen, räumlichen Abständen in Bezug auf das Objekt erzeugt wird, damit die Zeilenaufnahme synchron mit der Bewegung des Objekts erfolgt. Hierfür wird normalerweise ein Encoder verwendet. Bei der Auslegung des Systems muss darauf geachtet werden, dass die maximale Frequenz des Synchronisationssignals (Encoder-Ausgang) durch die Geschwindigkeit der Kamera und die Anzahl der Pixel (Sensorlänge) begrenzt ist.

Scan Beispiel

Wie auf den Bildern zu sehen ist führt die Erfassung des Kreisbildes ohne Nutzung eines Encoders zu einem verzerrten Bild, da sich die Geschwindigkeit des Objekts während der Aufnahme ändert. Quadratische, gleichförmige Pixel sind im Bild gewünscht, da dies Interpretation, Analyse und Anzeige der Daten erleichtert. In der Praxis sind die meisten Systeme so angelegt.

Ein praktisches Beispiel zur Ermittlung von Zeilenfrequenz und Belichtungszeit

Bekannt sind:

  • Objektbreite: B = 370 mm

  • Objektgeschwindigkeit: v = 3 m/s

  • Geforderte Auflösung: Dx = 0,2 mm/Bildpunkt

Die benötigte Anzahl der Bildpunkte errechnet sich damit folgendermaßen:

n Pixel = B / Dx

Somit ist eine Auflösung von mindestens 1850 Pixeln erforderlich. Standardmäßig sind Modelle mit 2048 Pixeln erhältlich. Wird nun die Objektbreite von 370 mm auf die 2k-Zeile abgebildet, so erfasst ein Pixel 0,18 mm im Objekt. Es wird angenommen, dass horizontale und vertikale Auflösung gleich sind (Ratio 1:1), so lässt sich die Zeilenfrequenz folgendermaßen berechnen:

fz = v / Dy

Wegen der berechneten Auflösung Dx = Dy mit Dx = 0,18 mm ergibt sich:

fz = 16.667 Hz

Die Zeilenkamera sollte demnach für eine Zeilenfrequenz von mind. 16,7 kHz ausgelegt sein.


Mehr zu diesem Thema: