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Kamera und Beleuchtung

Die Kombination aus Kamera, Objektiv und Beleuchtung ist entscheidend für das Funktionieren einer Bildverarbeitungslösung. Wir helfen bei der Auswahl der geeigneten Komponenten und können mit Unterstützung unserer Hardware-Partner vielfältige Anforderungen bedienen.

Auswahl der Kamera

Für die Auswahl der Kamera werden unterschiedliche Kriterien berücksichtigt. Wir verfügen über umfangreiche Erfahrungen im Einsatz von Industriekameras der Firma IDS Imaging und den kostengünstigen HIKROBOT Kameras, die von Maxxvision vertrieben werden. Bei Bedarf können wir aber auch die Kameras anderer Herstellern über die bereitgestellten SDK (Software development kits) in unser Software einbinden.

  1. Auflösung

    • Höhere Auflösung ermöglicht detailliertere Bildinformationen, was vor allem bei kleineren oder komplexeren Objekten nützlich ist.
    • Projekte mit großen Abstandsbereichen oder sehr präziser Bildverarbeitung erfordern oft Kameras mit höheren Auflösungen.

  2. Bildrate (Frames per Second, FPS)

    • Für schnelle Prozesse ist eine hohe Bildrate entscheidend, um Bewegungen ohne Verwischen zu erfassen.
    • In statischen Anwendungen reicht oft eine niedrigere Bildrate.

  3. Sensorgröße und Typ

    • CMOS- und CCD-Sensoren bieten jeweils unterschiedliche Vorteile, je nach Lichtempfindlichkeit und Bildqualität.
    • Der Sensor bestimmt oft das Blickfeld und die Empfindlichkeit, was besonders bei schlechten Lichtverhältnissen oder detaillierten Nahaufnahmen relevant ist.

  4. Optik und Brennweite

    • Die Wahl der Objektive und deren Brennweite beeinflusst, wie groß der erfasste Bildausschnitt ist und wie nahe das Objekt sein kann.
    • Variabler Fokus und Makroobjektive sind z. B. für Nahaufnahmen hilfreich.

  5. Belichtungssteuerung und Lichtempfindlichkeit (ISO, Blende)

    • Für Anwendungen in schwach beleuchteten Umgebungen ist eine gute Belichtungssteuerung oder eine hohe Lichtempfindlichkeit wichtig.
    • Einige Kameras bieten automatische Anpassungen oder manuelle Steuerungen, die eine flexible Anpassung der Belichtung ermöglichen.

  6. Synchronisation und Trigger

    • Wenn mehrere Kameras gleichzeitig arbeiten oder ein externer Trigger die Bildaufnahme steuert, ist eine präzise Synchronisation wichtig.
    • Die Kameras sollten entsprechend konfigurierbar sein oder Trigger- und Synchronisierungsfunktionen unterstützen.

  7. Schnittstellen und Kompatibilität

    • Die Wahl der Schnittstelle (USB, Ethernet, GigE, etc.) bestimmt die Übertragungsgeschwindigkeit und die Kompatibilität mit anderen Komponenten.
    • Manche Anwendungen erfordern schnelle Schnittstellen, um große Datenmengen zu bewältigen, oder spezielle Protokolle für industrielle Netzwerke.

  8. Bildqualität und Dynamikbereich

    • Der Dynamikbereich (Kontrastumfang) ist besonders wichtig, wenn das Bild unterschiedliche Lichtintensitäten aufweist.
    • Die Bildqualität hängt auch von der Fähigkeit der Kamera ab, Farben genau und ohne Rauschen zu erfassen.

  9. Größe und Formfaktor

    • Wenn die Kamera in enge oder spezielle Gehäuse integriert werden muss, spielt die Baugröße eine Rolle.
    • Speziell in Projekten, die Mobilität oder geringe Baugröße erfordern, ist dies ein entscheidendes Kriterium.

  10. Software-Integration und Treiberunterstützung

    • Die Kamera sollte mit den bestehenden Softwarelösungen und Entwicklungsumgebungen kompatibel sein.
    • Viele Projekte benötigen SDKs oder APIs, um die Kamerafunktionen programmatisch zu steuern.

  11. Umweltbedingungen und Schutzklasse (IP-Rating)

    • Bei Einsatz in rauen Umgebungen oder unter besonderen Bedingungen (z. B. Feuchtigkeit, Staub, Temperatur) ist eine robuste Bauweise oder ein Schutzgehäuse notwendig.
    • Die IP-Schutzklasse gibt an, wie gut die Kamera gegen Umwelteinflüsse geschützt ist.

Auswahl des Objektivs

Die Wahl des richtigen Objektivs für Industriekameras ist entscheidend, um qualitativ hochwertige Bilder für die Bildverarbeitung zu gewährleisten. Die folgenden Kriterien sind bei der Auswahl eines Objektivs besonders wichtig:

  1. Brennweite

    • Die Brennweite bestimmt das Sichtfeld der Kamera. Eine kurze Brennweite (z. B. 8 mm) erfasst ein breiteres Sichtfeld, während eine lange Brennweite (z. B. 50 mm) das Bild näher heranholt.
    • Die Wahl hängt von der Entfernung zwischen Kamera und Objekt und der Größe des zu erfassenden Bildbereichs ab.

  2. Blendenöffnung

    • Die Blendenöffnung beeinflusst die Lichtmenge, die auf den Sensor fällt, und die Schärfentiefe. Ein niedriger Wert (z. B. f/1.8) lässt mehr Licht herein und bietet eine geringere Schärfentiefe, während ein höherer Wert (z. B. f/16) eine größere Schärfentiefe bietet.
    • Die Beleuchtungsbedingungen und die Notwendigkeit, sowohl nahe als auch entfernte Objekte scharf abzubilden, bestimmen oft die optimale Blendenöffnung.

  3. Bildkreis und Sensorgröße

    • Das Objektiv muss den gesamten Sensor der Kamera abdecken. Der Bildkreis des Objektivs sollte daher mindestens so groß sein wie der Sensor der Kamera, um Vignettierung (dunkle Ecken) zu vermeiden.
    • Die Sensorgröße der Kamera (z. B. 1/2.5", 1", APS-C) ist entscheidend, um das passende Objektiv auszuwählen.

  4. Auflösung und Schärfe

    • Industriekameras mit hochauflösenden Sensoren erfordern Objektive, die feine Details scharf darstellen können. Die Auflösungsleistung des Objektivs muss der Sensorauflösung entsprechen.
    • Hochauflösende Objektive mit minimaler Verzerrung sind wichtig für präzise Messungen und Detailerkennung.

  5. Verzerrung

    • Verzerrungsarme Objektive sind besonders wichtig, wenn genaue Messungen oder geometrische Analysen erforderlich sind, da Verzerrungen die Bildverarbeitung beeinträchtigen können.
    • Weitwinkelobjektive neigen zu Verzerrungen, daher sollte ein Objektiv mit möglichst geringer Verzeichnung gewählt werden, wenn geometrische Präzision gefordert ist.
    • Verzerrungen können teilweise durch Software korrigiert werden, wobei das in einigen Bildbereichen zu einer Reduzierung der Bildauflösung führen kann.

  6. Arbeitsabstand und Naheinstellgrenze

    • Der Arbeitsabstand ist der Abstand zwischen Objekt und Kamera, in dem das Objektiv scharfstellt. Für Nahaufnahmen oder Makrofotografie sind Objektive mit geringer Naheinstellgrenze erforderlich.
    • Der Arbeitsabstand sollte so gewählt werden, dass er den Anforderungen des Projekts entspricht.

  7. Montageart (C-Mount, CS-Mount, F-Mount, etc.)

    • Die Befestigung des Objektivs muss zur Kamera passen, daher ist es wichtig, den richtigen Objektivanschluss (z. B. C-Mount, CS-Mount, F-Mount) auszuwählen.
    • Einige Montagearten ermöglichen zusätzliche Einstellungen, wie die Anpassung des Flanschabstands, was für präzise Fokusanpassungen entscheidend sein kann.

  8. Tiefenschärfe (Depth of Field)

    • Eine größere Tiefenschärfe ermöglicht es, sowohl nahe als auch entfernte Objekte gleichzeitig scharf darzustellen. Dies ist besonders wichtig, wenn sich die Objekte in verschiedenen Entfernungen befinden.
    • Die Tiefenschärfe kann durch Anpassung der Blende und der Brennweite beeinflusst werden.

  9. Optische Beschichtungen und Lichtdurchlässigkeit

    • Antireflexbeschichtungen minimieren Linsenreflexe und verbessern den Kontrast. Dies ist besonders wichtig bei Gegenlichtsituationen oder in Umgebungen mit starkem Licht.
    • Einige Objektive sind speziell beschichtet, um Streulicht zu reduzieren und Kontrast und Farbtreue zu erhöhen.

  10. Robustheit und Umwelttauglichkeit

    • Industriekameras werden oft in rauen Umgebungen eingesetzt, daher sind robuste Objektive notwendig. Einige Objektive sind staub- und wasserdicht oder haben eine spezielle Schutzbeschichtung.
    • Besonders in industriellen oder Außenumgebungen kann ein Objektiv mit hoher Schutzklasse (IP-Rating) erforderlich sein.

  11. Fokussteuerung (manuell vs. motorisiert)

    • Motorisierte Fokussteuerungen ermöglichen eine ferngesteuerte Anpassung des Fokus und eignen sich für Anwendungen, bei denen der Arbeitsabstand häufig variiert.
    • Manuelle Fokusobjektive sind einfacher und oft kostengünstiger, bieten aber weniger Flexibilität bei dynamischen Arbeitsabständen.

Auswahl der Beleuchtung

Die Auswahl der richtigen Beleuchtung für ein Bildverarbeitungsprojekt ist entscheidend, um klare, kontrastreiche und gut erkennbare Bilder zu erhalten. Die Beleuchtung beeinflusst die Qualität der Bilddaten und damit die Effizienz und Genauigkeit der Bildverarbeitungsalgorithmen. Hier sind einige wichtige Kriterien:

  1. Art der Beleuchtung (z. B. LED, Laser)

    • LED-Leuchten sind aufgrund ihrer langen Lebensdauer, geringen Wärmeentwicklung und Energieeffizienz weit verbreitet.
    • Laserbeleuchtung kann für Anwendungen verwendet werden, die stark fokussiertes Licht oder präzise Musterprojektionen benötigen.

  2. Lichtfarbe und Farbtemperatur

    • Die Farbtemperatur (z. B. kaltweiß oder warmweiß) beeinflusst, wie Farben im Bild dargestellt werden.
    • Für Farb- oder Oberflächenuntersuchungen wird oft eine neutrale Farbtemperatur verwendet, um Farbverfälschungen zu vermeiden.
    • Spezielle Beleuchtungen (z. B. Infrarot oder UV) können für spezifische Materialien und Oberflächen vorteilhaft sein, insbesondere wenn bestimmte Farben oder Strukturen hervorgehoben werden müssen. Dafür werden dann  spezielle Kameras und Objektive benötigt, die im Bereich des nicht-sichtbaren Lichtes arbeiten.

  3. Beleuchtungsrichtung (gerichtet vs. diffuses Licht)

    • Diffuses Licht (z. B. über eine Ringbeleuchtung oder Lichtleiter) reduziert Schatten und Reflexionen und eignet sich gut für die Erkennung von Farb- und Oberflächenmerkmalen.
    • Gerichtetes Licht, etwa aus einer punktuellen oder gerichteten Quelle, erzeugt schärfere Schatten und betont Oberflächenstrukturen und Konturen.

  4. Helligkeit und Intensitätsregelung

    • Eine ausreichende Beleuchtungsstärke ist entscheidend, insbesondere bei Aufnahmen mit hohen Verschlussgeschwindigkeiten oder bei schwacher Umgebungsbeleuchtung.
    • Eine dimmbare oder regelbare Beleuchtung ermöglicht eine Anpassung der Lichtintensität an wechselnde Bedingungen und hilft, Über- oder Unterbelichtungen zu vermeiden.

  5. Stroboskopische Beleuchtung (Blitzlicht)

    • Für Anwendungen, die schnelle Bewegungen erfassen, wird oft eine stroboskopische Beleuchtung verwendet. Sie ermöglicht eine extrem kurze Belichtungszeit, was Bewegungsunschärfe vermeidet.
    • Diese Art der Beleuchtung eignet sich besonders für Hochgeschwindigkeitsprozesse oder schnelle Bildaufnahmefolgen.

  6. Beleuchtungswinkel

    • Der Beleuchtungswinkel beeinflusst, wie das Licht auf das Objekt fällt und welche Oberflächenmerkmale hervorgehoben werden.
    • Flach einfallendes Licht betont Oberflächenstruktur und Kanten, während senkrecht einfallendes Licht gleichmäßiger ist und Oberflächenmerkmale eher glättet.

  7. Schattierungs- und Blendvermeidung

    • Die Beleuchtung sollte so gewählt werden, dass unerwünschte Schatten oder Blendungen minimiert werden, die das Bild stören könnten.
    • Durch Einsatz von diffusen Lichtquellen oder Lichtleitern kann Blendung oft reduziert werden.

  8. Lichtfeld und Homogenität

    • Das gesamte Sichtfeld der Kamera sollte möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet sein. Inhomogene Beleuchtung erschwert die Bildanalyse, da sich die Bildhelligkeit je nach Position verändert.
    • Lichtleiter, Ringlichter oder integrierte Diffusoren können helfen, eine gleichmäßige Lichtverteilung zu erreichen.

  9. Anpassung an Umgebungslicht

    • In einer Umgebung mit stark wechselndem Umgebungslicht ist eine Beleuchtung erforderlich, die konstante Bedingungen schafft.
    • Gehäuse oder Umhausungen können zusätzlich helfen, unerwünschtes Umgebungslicht abzuschirmen.

  10. Wärmeentwicklung und Kühlung

    • Hohe Wärmeentwicklung kann das Projekt beeinflussen, insbesondere bei temperaturempfindlichen Anwendungen oder Messungen. LED-Beleuchtungen erzeugen im Vergleich zu Halogenlampen weniger Wärme und sind deshalb oft die bevorzugte Wahl.