Bildqualität bei Kamerasystemen
Was macht ein gutes Bild aus? Die Antwort liegt nicht nur in Schärfe und Kontrast, sondern auch in weiteren wichtigen Kamerakriterien, die Sie beim Kamerakauf für Ihr Vision System berücksichtigen sollten. Bildqualität hängt von Faktoren wie Sensorgröße, Pixelanzahl, Bildrauschen, Belichtung und Belichtungszeit ab. Auch die äußeren Umstände spielen eine Rolle, da Vision Systeme unterschiedliche Anforderungen haben. Wir erläutern die entscheidenden Kriterien, um Kameras effektiv zu vergleichen.
Wie beurteilt man Bildqualität?
Welche Kriterien sind für das Beurteilen der Bildqualität einer Kamera wichtig und wie können Sie unter mehreren Kameras diejenige bestimmen, die Ihnen auf Basis dieser Kriterien die optimale Bildqualität liefert?
In unserem White Paper beantworten wir folgende Fragen:
Wie beurteilt man die Bildqualität verschiedener Kameras?
Wie schafft man vergleichbare Bedingungen für einen Kameravergleich?
Lässt sich mithilfe des Digital Gain die Bildqualität verbessern?
Welchen Einfluss haben Faktoren wie Lichtmenge, Sensor- und Pixelgröße, Dynamik, SNR und Auflösung auf die Bildqualität?
Kamera Kriterien vergleichbar machen
In der Kameratechnik und Machine Vision beeinflussen zahlreiche Faktoren die Bildqualität und die Auswahl eines passenden Vision Systems. Um Industriekameras besser vergleichen zu können, hat die European Machine Vision Association (EMVA) den EMVA1288-Standard eingeführt. Dieser Standard erleichtert den Vergleich verschiedener Kameratechnologien anhand wichtiger Metriken, wie Pixel-Eigenschaften, Sättigungskapazität und Sensortyp.
Für einen sinnvollen Kamera-Vergleich sollten Sie darauf achten, dass der Sensor identisch ist. Wichtige Parameter wie Beleuchtung, Belichtungszeit, Entfernung zum Objekt und das Objektiv müssen ebenfalls übereinstimmen, um die Bildqualität realistisch zu beurteilen. Die Daten im EMVA Data Sheet wurden unter diesen Bedingungen ermittelt, um einen klaren Vergleich zu ermöglichen.
Bildqualität: Entscheidende Kriterien für den Kauf Ihrer Kamera
Ob Industriekamera oder Consumer-Kamera: Die Faktoren, die eine hervorragende Bildqualität bestimmen, sind bei beiden Kameratypen ähnlich. Bei der Auswahl einer Kamera – sei es eine Systemkamera oder eine Spiegelreflexkamera – sollten Sie folgende Kriterien berücksichtigen, um die Frage „Was ist Bildqualität?“ zu beantworten:
Pixelanzahl und Sensorgröße: Beeinflussen die Detailgenauigkeit und die Leistung bei verschiedenen Lichtverhältnissen.
Quanteneffizienz (QE): Bestimmt, wie gut der Sensor Licht in ein elektrisches Signal umwandelt, besonders bei schwachen Lichtverhältnissen.
Bildrauschen und Signal-Rausch-Verhältnis (SNR): Ein gutes SNR sorgt für rauschfreie Bilder, insbesondere bei höheren ISO-Werten.
Dynamikumfang: Misst die Fähigkeit, Details in hellen und dunklen Bereichen festzuhalten, was die Farbwiedergabe verbessert.
Helligkeit und Beleuchtung: Die Leistung bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen ist entscheidend für die Bildqualität.
Schärfe: Hängt von der Qualität des Objektivs und der Bildverarbeitung ab und beeinflusst die Gesamtqualität Ihrer Fotos.
Kontrast: Hoher Kontrast sorgt für lebendigere und eindrucksvollere Aufnahmen.
Durch die Beachtung dieser Kriterien stellen Sie sicher, dass Sie eine Kamera wählen, die Ihnen die bestmögliche Bildqualität liefert.
Wichtige Faktoren für die Bildqualität
Sensorgröße und Pixelanzahl
Die Sensorgröße und die Pixelanzahl sind entscheidend für eine gute Bildqualität, da der Sensor die eingehenden Photonen in Elektronen umwandelt. Diese Elektronen werden verarbeitet, um Bildinformationen zu erzeugen. Die Pixel, die sich auf dem Sensor befinden, ermöglichen diese Umwandlung.
Verschiedene Sensoren haben unterschiedliche Quanteneffizienzen, d. h. sie wandeln unterschiedlich viele Photonen in Elektronen um. Eine höhere Quanteneffizienz führt zu mehr Bildinformationen und damit zu besserer Bildqualität.
Zudem wirken sich die Anzahl und Größe der Pixel auf die Bildqualität aus. Zu viele kleine Pixel können Bildrauschen erhöhen, sodass auch ein großer Sensor, der viel Licht einfängt, nicht automatisch hochwertige Bilder liefert. Eine optimale Kombination aus Sensor, Pixelanzahl und -größe ist erforderlich, um Bilder mit hoher Qualität zu erzielen.
Bildrauschen und SNR
Bildrauschen, auch als "Noise" bekannt, ist eine unerwünschte visuelle Störung, die in nahezu allen digitalen Bildern auftritt und ihnen ein körniges Erscheinungsbild verleiht. Es entsteht durch verschiedene Faktoren, einschließlich Unregelmäßigkeiten in der Lichtmenge auf dem Sensor sowie elektronischem Rauschen in den Schaltkreisen der Kamera.
Eine hochwertige Kamera zielt darauf ab, das Bildrauschen zu minimieren und es vom Bildsignal zu trennen. Das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) beschreibt, wie gut dies gelingt. Ein höheres SNR bedeutet, dass das Signal weniger von Rauschen beeinträchtigt wird, was zu einer besseren Bildqualität führt.
Beim Kamerakauf sind Kriterien wie Sensorgröße, Pixelanzahl, Belichtung und Kontrast entscheidend für die Bildqualität. Daher sollte das SNR ebenfalls in die Überlegungen einfließen, um die Frage „Was ist Bildqualität?“ zu beantworten.
Dynamikumfang bei Kameras
Die Bildqualität einer Kamera wird maßgeblich durch den Dynamikumfang bestimmt, der beschreibt, wie gut helle und dunkle Bildbereiche dargestellt werden können. Hierbei spielen die Pixel eine entscheidende Rolle: In hellen Bereichen nehmen sie viele Photonen auf, während dunkle Bereiche weniger Licht benötigen. Eine unzureichende Belichtungszeit kann zu einer verminderten Bildqualität führen, da dunkle Bereiche verschwommen erscheinen, während helle überbelichtet sind.
Eine Kamera mit gutem Dynamikumfang sollte daher über einen großen Sensor mit großen Pixeln verfügen, um ausreichend Licht aufzunehmen und eine ausgewogene Darstellung zu gewährleisten. Dies ist besonders wichtig bei der Aufnahme von Szenen mit hohem Kontrast, beispielsweise im Bereich Verkehr und Transport, wo sowohl helle Nummernschilder als auch dunkle Autofahrer klar erfasst werden müssen.
Das gesamte Vision System im Blick
In diesem Artikel haben wir zahlreiche technische Aspekte beleuchtet, aber letztlich hängt die Bildqualität vom gesamten Vision System ab:
Welchen Zweck soll Ihre Kamera erfüllen?
Wie ist das Umgebungslicht in Ihrem Vision System?
Welche Kamerakriterien sind für Ihre Anwendung am entscheidendsten?
Bei Basler profitieren Sie von unserer langjährigen Expertise, die Ihnen hilft, fundierte Entscheidungen beim Kamerakauf zu treffen und verschiedene Kamerasysteme zu vergleichen. Dank unseres umfangreichen Produktportfolios haben wir das optimale Vision System für Ihre Anwendung.
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