High-Sensitivity industrial cameras

Hochempfindliche Bildverarbeitungskameras

Mit hochempfindlichen Bildverarbeitungskameras ist es möglich, auch bei schlechten Lichtverhältnissen ein Videobild mit geringem Bildrauschen zu erzeugen.

Hochempfindliche Industriekameras können in verschiedenen Bereichen wie z.B. für Security-Aufgaben in der Nacht bei schwachem Licht oder bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen eingesetzt werden. Die Kameras sind entweder mit CCD- oder CMOS-Sensoren  ausgestattet.

Was genau sind hochempfindliche Industriekameras?

Wenn ein Golfball aufs kurz gemähte Grün gespielt wird, kann man ihn schnell erkennen. Landet der Ball in etwas höherem Gras, sieht man ihn auch noch. Fliegt der Ball jedoch in sehr hohes Gras, kann man ihn nur schlecht erkennen und finden.
Hochempfindliche Bildverarbeitungskameras - Ein Golfball im Gras
Überträgt man dieses einfache Beispiel auf Bildverarbeitungskameras und ihre Bilddaten, dann entspricht die Höhe des Grases dem sogenannten Rauschen in der Kamera.
So wie die Höhe des Grases das Finden erschwert, nimmt die Erkennbarkeit eines Signals mit wachsendem Rauschen ab. Ist das Rauschen klein (das Gras gemäht), kann man ein Objekt (den Ball) gut erkennen. Wird das Rauschen der Kamera größer, kann das Objekt nicht mehr erkannt werden. Je kleiner das Hintergrundsignal ist, umso einfacher findet man den Ball.
Die Detektionsgrenze, also die Grenze, bei der der Ball im Gras gerade noch erkennbar ist, ist per Definition dann erreicht, wenn das Gras so hoch steht wie der Ball. Ebenso ist das Objekt in den Bilddaten gerade noch vom Rauschsignal unterscheidbar, wenn das Rauschen so groß ist wie das Signal. Das Verhältnis vom Signal zum Rauschen nennt man Signal-Rausch-Verhältnis.  An der beschriebenen Detektionsgrenze liegt es bei 1. Je höher das Signal-Rausch-Verhältnis, desto besser erkennbar ist ein Objekt.
Jedes Signal, das im Kamerasensor durch ein Objekt erzeugt wird, hängt davon ab, wie viel Licht auf die Pixel der Kamera trifft. Bei wenig Licht ist dieses Signal sehr klein. Die Elektronik der Kamera ist aber in der Lage, auch ein kleines Signal so weit zu verstärken, dass es gut digitalisiert und übertragen werden kann. Die Sache hat leider einen Haken: Neben dem gewünschten Signal wird auch das störende Rauschen der Kamera mitverstärkt. Das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) ändert sich trotz Verstärkung nicht. 

Das ist insbesondere kritisch bei einer hochempfindlichen Industriekamera. Sie arbeitet mit hoher Signalverstärkung. Damit auch bei hoher Verstärkung Objekte gut erkennbar sind, muss das Signal-Rausch-Verhältnis einer solchen Kamera so groß wie möglich sein. Daher ist es das Ziel einer guten Kameraentwicklung, das Rauschen so klein wie möglich zu halten. Bei einer Kamera mit niedrigem Grundrauschen heben sich die Objekte gut vom Rauschen ab, weil das Signal-Rausch-Verhältnis groß ist.
Wichtig für ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis ist die Fähigkeit eines Sensors, das Licht möglichst effizient in elektrische Signale umzuwandeln. Die Quanteneffizienz (QE) beschreibt, aus wie vielen Photonen wie viele Elektronen erzeugt werden. So werden bei modernen, lichtempfindlichen Sensoren beispielsweise über 60 Elektronen aus 100 Photonen erzeugt. Das entspricht einer QE von 60%. Aufgrund von kontinuierlichen Verbesserungen in der Sensortechnologie werden zukünftig sicher auch höhere QE’s von 70% möglich sein.
Haben Sie Fragen zu unseren hochempfindlichen Bildverarbeitungskameras? Nehmen Sie gerne Kontakt mit uns auf.
 
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