So finden Sie den richtigen Sensor!

Der Sensor ist der wichtigste Teil der Kamera. Er bestimmt die meisten Ihrer Eigenschaften. Eine Kamera auswählen bedeutet also in erster Linie einen Sensor zu wählen. Jeder in der PicSight Familie verfügbare Sensor hat einzigartige Eigenschaften, die zu ganz bestimmten Anwendungen passen.

Die folgenden Faktoren bestimmen maßgeblich die Eigenschaften von Kamerasensoren:


Bewegte Objekte

Schlüsseldaten: Framerate, elektronischer Shutter, Integrationszeit, Progressive-Scan, Global- und Rolling-Shutter, Windowing und Partial-Scan. Die Aufgabe einer Kamera ist es ein Bild eines Objektes zur Auswertung aufzunehmen. Bewegt sich das Objekt, relativ zu Position der Kamera, so muss der Sensor schnell genug sein um die Bereiche des Objektbildes in den dazugehörigen Sensorpixeln zu halten. Sonst würden die Bildpunkte verwischen. Die Zeit in der auf dem Sensor Licht angehäuft wird nennt man Integrationszeit (integration time).Die Fähigkeit, Bewegung von sich schnell bewegenden Objekten "einzufrieren" wird mit einem elektronischen Shutter realisiert, der die Belichtungszeit bestimmt. Dieser ist bei allen PicSight CCD-Sensoren der P-Serie (Progressive-Scan) und bei CMOS Sensoren der G-Serie (Global-Shutter) verfügbar. CMOS-Sensoren der R-Serie (Rolling-Shutter) eignen sich für gewöhnlich nicht um bewegte Objekte aufzunehmen, da hier immer nur eine Zeile nach der anderen aufgenommen wird.

Eine weitere wichtige Fragestellung bei der Aufnahme bewegter Objekte ist, wie häufig ein Bild aufgenommen werden sollen. Dieser Parameter wird in Frames pro Sekunde oder Bildern pro Sekunde ausgedrückt (fps). Der Standardwert wir bei Sensoren im Free-Running-Modus bei voller Auflösung angegeben. Die tatsächliche Framerate reduziert sich jedoch wenn der Sensor im Trigger-Modus (Asynchroner-Reset-Modus) betrieben wird. Bei reduzierter Bildgröße kann die Framerate auch höher sein. Bei CMOS-Sensoren ist die Bildgröße sowohl auf der X-Achse, als auch der Y-Achse flexibel reduzierbar (Windowing), während CCD-Sensoren nur ganze Bildzeilen auslassen können (Partial-Scan).

Für die Aufnahme schnell bewegter Objekte empfehlen wir folgende Sensoren:
-> G32M/B, dieser Sensor hat eine hohe Framerate.
-> P141M/B, dieser Sensor hat eine hervorragende Empfindlichkeit und sehr gutes Signal-/Rauschverhältnis.

Für die Aufnahme langsam bewegter Objekte empfehlen wir folgende Sensoren:
-> R132M, dieser Sensor hat einen Rolling-Shutter aber 1.3 Mpixel Auflösung, 30fps und ist preisgünstig,
-> R132M, dieser Sensor hat einen Rolling-Shutter aber 3 Mpixel Auflösung, 13fps und ist preisgünstig.

 

Objektiveigenschaften

Schlüsseldaten: Objektivanschluß, Sensorgröße, Pixelgröße

Für beste Ergebnisse müssen Kamera und Objektiv Hand in Hand arbeiten. Natürlich müssen die Objektivanschlüsse von Kamera und Objektiv zueinander passen. PicSight Kameras besitzen standardmäßig Schraubanschlüsse in C-Mount - das Objektiv sollte also ebenfalls einen C-Mount-Anschluss haben. Auch sollte sichergestellt sein, dass der Sensor gleich groß oder kleiner als das projizierte Bild ist, damit die Bildqualität über das ganze Bild gewährleistet werden kann. zuletzt sollte auch die Auflösung des Objektives höher, oder gleich der des Sensors sein um ein Verschwimmen des Bildes zu vermeiden.

PicSight Sensorgrößen variieren von 1/4" bis zu 2/3", dies sind einige typische Größen:
-> P34M/B, 1/4"; P33M/B, 1/3"; P32M/B, 1/2"; P141M/B, 2/3"

PicSight Sensor-Pixelgrößen variieren von 2.775um bis zu 9.9um, dies sind einige große Größen:
-> R492B, 2.775um; P203B, 3.275um; P32M/B, 9.9um; G32M/B, 9.9um


Beleuchtungsverhältnisse

Schlüsseldaten: Empfindlichkeit, Pixelgröße, Anti-Blooming, Spektralempfindlichkeit, NIR

Die Beleuchtungsverhältnisse haben Einfluss auf die Sensorauswahl. Bei wenig Licht oder in Hochgeschwindigkeitsanwendungen kann die Sensorempfindlichkeit zum Schlüsselfaktor werden. Das muss aber nicht immer der Fall sein da andere anwendungsspezifische Faktoren ebenfalls eine wichtige Rolle spielen. Innerhalb der Gleichen Sensor-Generation werden die Unterschiede in der Empfindlichkeit am stärksten durch die Pixelgröße beeinflusst. Je Größer die Pixel, desto empfindlicher ist der Sensor. Sensoren weisen außerdem in verschiedenen Wellenlängenbereichen unterschiedliche Empfindlichkeiten auf.

Enthält die Szene die ein Sensor aufnehmen soll sehr helle Punkte, wie Sonne oder sehr starke Reflektionen, so kann ein Blooming-Effekt im Bild entstehen. Unter Blooming versteht man das "Überlaufen" der hellen Punkte innerhalb der selben Zeilen oder Spalten auf dem Chip. Sind helle Punkte in der Szene nicht zu vermeiden, sollte ein Anti-Blooming-Sensor ausgewählt werden. PicSight Kameras sind Standardmäßig mit einem Infrarot-Filter für eine natürlichere Bildwiedergabe ausgestattet. Dieser Filter kann durch einen Floatglas-Filter ersetzt werden, um die volle Bandbreite der Wellenlängen zu nutzen. Für OEM-Kunden statten wir PicSight Kameras acuh mit beliebigen kundenspezifischen Filtern aus. Bei einer Bildaufnahme mit reduziertem Wellenlängenspektrum, NIR, Laser oder anderen Quellen, sollten Sie auch die Spektralempfindlichkeitskurve der Sensoren berücksichtigen.


Bildanforderungen

Schlüsselfaktoren: Pixelgröße, CCD, CMOS, Auflösung

Werden Kamerabilder als Datenquelle zur Inspektion verwendet, ist es wichtig, dass das Bild und das inspizierte Objekt stark übereinstimmen. Bildrauschen ist dabei das wichtigste Problem. Dieses Problem ist bei CCD-Sensoren tendenziell kleiner als bei CMOS-Sensoren. Die Wahl der größten Pixelgröße und des niedrigsten Gain-Wertes tragen ebenfalls zur Rauschreduzierung bei. Alle PicSight Kameras nutzen digitale Schnittstellen. Dadurch bieten Sie eine bessere Bildqualität und geringere Anfälligkeit für Störungen durch Umwelteinflüsse. Die Bildverarbeitung kann auch Anforderungen an die minimale Auflösung stellen. Vision-Software-Libraries geben in der Regel an wie viele Pixel zur zuverlässigen Messung oder Inspektion benötigt werden. Der Sensor sollte genug Pixel haben um diese Anforderungen zu erfüllen. Zu viele Pixel können aber auch unnötig sein und den Bildverarbeitungsprozess verlangsamen. PicSight Kameras sind mit verschiedenen Auflösungen von VGA bis zu 5 M-Pixel erhältlich.


Kosten

Schlüsselfaktoren: CCD, CMOS, Sensorgröße

Kostenfaktoren können bei der Sensorauswahl ebenfalls eine Rolle spielen. Kleinere CMOS- und CCD-Sensoren sind sich preislich sehr ähnlich. In höherer Auflösung und Größe sind CMOS-Sensoren jedoch deutlich günstiger als CCD-Sensoren.


Farbe oder Monochrom

Schlüsselfaktor: Bayer-Muster

Erhältlich sind Farb- und Monochrom-Sensoren. Wenn Ihre Applikation keine Farbinformationen auswerten soll, dann wird ein monochromer Sensor der passende sein. Sollen Farbunterschiede erfasst oder gemessen werden, so liefert ein Farbsensor die zusätzliche Information. Alle PicSight Farb-Kameras haben Sensoren mit einen Bayer-Muster. Vorgeschaltete Primärfarbfilter sind über den ganzen Sensor verteilt. Um die Farbinformationen zu erhalten ist eine Interpolierung nötig. Dies kann direkt in der Kamera geschehen (PicSight RTF Modelle), auf dem Framegrabber (PicPort Framegrabber) oder auf dem Hostcomputer berechnet werden.


Beispiele für Sensoren:

P141M/B - 2/3" CCD, Progressive-Scan, 1360x1024 Pixel, 20fps, Pixelgröße 6.45x6.45um
Diese Sensoren bieten eine sehr gute Bildqualität bei Megapixel-Auflösung. Sie werden in anspruchsvollen Anwendungen der industriellen Inspektion, Überwachung oder Verkehrsüberwachung eingesetzt

G32M/B - 1/2" CMOS, Global-Shutter, 659x494 Pixel, 196 fps, Pixelgröße 9.9x9.9um
Dies sind schnelle und empfindliche Sensoren. Sie eigenen sich um Bewegungen aufzunehmen und werden eingesetzt wenn hohe Frameraten erforderlich sind, wie beispielsweise bei einer industriellen Inspektion mit 10.000 Teilen pro Minute.

R312AB - 1/2" CMOS, Rolling-Shutter, 2048x1536 Pixel, 12fps, Pixelgröße 3.2x3.2um. Dies ist ein hochauflösender Sensor mit einer sehr guten Framerate. Er wird eingesetzt um Szenen mit menschlicher Interaktion zu analysieren wie beispielsweise im Sicherheitsbereich oder der nicht industriellen Beobachtung.