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Pixel Shift-Technologie (Pixelverschiebung)

Bei der Pixel Shift-Technologie ist der Sensor auf einer präzisen piezoelektrischen Kristallunterlage montiert, die eine Pixelverschiebung im Nanobereich von einem halben oder einem Drittel Pixel ermöglicht. Auf diese Weise kann die Standardauflösung um das Vierfache oder sogar das Neunfache erweitert werden. Dadurch können Kameras mit Pixel Shift-Technologie für Anwendungen eingesetzt werden, die ultrahohe Auflösungen erfordern.

Die Funktionsweise der Pixel Shift-Technologie wird in Abbildung 1 dargestellt. In diesem Beispiel wird der Sensor präzise um ein halbes Pixel in X- und Y-Richtung verschoben. Das resultierende Bild ist somit eine Kombination aus vier Einzelbildern mit verbesserter Auflösung (Ergebnisbild aus vier Aufnahmen) im Vergleich zum Standardbild (Ergebnisbild aus einer Aufnahme). Das Zusammenfügen der Bilder erfolgt per Software im Bildverarbeitungs-PC. Bei einer Verschiebung des Sensors um ein Drittel Pixel werden entsprechend neun Bilder erzeugt.

Abbildung 1: Pixel Shift-Technologie

Kameras mit Pixel Shift-Technologie sind als Monochrom- oder Farbversion erhältlich, wobei die Möglichkeit der Pixelverschiebung im Bereich der Farbabbildung noch zusätzliche Vorteile bietet: CCD-Farbkameras erzeugen ihre Farbbilder mit Hilfe der Bayer-Interpolation. Dabei können ungewollte Artefakte wie Farbmoiré oder falsche Farbpixel entstehen. Durch eine Pixelverschiebung werden Farbartefakte und Alias-Effekte jedoch vermieden und die Farbauflösung optimiert (siehe Abbildung 2).

Abbildung 2: Farboptimierung durch Pixelverschiebung

Die Abbildungen 3 und 4 zeigen die verbesserte Auflösung auf dem Ausschnitt eines Geldscheins. Bild 3 wurde mit einer Standardauflösung aufgenommen: es ist verpixelt und undeutlich. Bild 4 zeigt denselben Bereich mit Anwendung der Pixelverschiebung. Das so entstandene Bild verfügt über eine deutlich höhere Auflösung. Zusätzlich zu den Vorteilen einer verbesserten Auflösung sorgt die Pixelverschiebung auch für ein größeres Bildfeld, sofern das passende Objektiv verwendet wird. Dadurch lässt sich das Zusammensetzen mehrerer Bilder und die Verwendung mehrerer Kameras vermeiden, was Zeit und Geld spart.

Abbildung 3: Geldscheinaufnahme ohne Pixelverschiebung

Abbildung 4: Geldscheinaufnahme mit Pixelverschiebung