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Bildverarbeitung > Kameras
Kameras für die industrielle Bildverarbeitung
Die Kamera ist eine der wichtigsten Komponenten bei der industriellen Bildverarbeitung. Diese Digital-Kameras haben speziell auf die Anwendung in der industriellen Bildverarbeitung abgestimmte Eigenschaften und sind nicht mit den Digitalkameras aus dem Consumerbereich zu verwechseln.
Inzwischen wird schon ein sehr breites Spektrum an Digitalkameras für den industriellen Einsatz angeboten. So ist es möglich, eine Kamera mit für den jeweiligen Einsatzzweck optimalen Eigenschaften auszuwählen.
Die Digitalkameras unterscheiden sich hauptsächlich im Bereichen ihrer Bestandteile
sowie im Bereich ihrer (besonderen) Eigenschaften
Der Sensor
Der Sensor einer Digitalkamera wandelt das durch die Optik einfallende Licht in elektronische Signale um. Bei den Bildsensoren gibt es grundlegende Unterschiede Man unterscheidet hauptsächlich nach der Art des Sensors, dem mechanischen Aufbau und der Ausgabe als Farb- oder Schwarz-Weiss-Information.
In der industriellen Bildverarbeitung werden hauptsächlich CCD-Sensoren (Charge Coupled Device), oder CMOS-Sensoren (Complementary Metal Oxide Semiconductor) verwendet. Beide Sorten haben ihre spezifischen Eigenschaften. So bietet der CCD-Sensor eine höhere Dynamik, einen erweiterten Empfindlichkeitsbereich auch im nicht sichtbaren Spektrum (nahes IR und UV). Die Vorteile des CMOS-Sensor liegen zum Beispiel in der flexibleren Auslesemöglichkeit bestimmter Bildbereiche (ROI) und der höheren Bildrate.
Beim mechanischen Aufbau unterscheidet man zwischen einer flächigen Anordnung mehrerer Bildpunkte (Pixel) neben- und übereinander (Flächensensoren), oder aber nur einer einzigen Reihe von Bildpunkten nebeneinander (Zeilensensoren). Auch hierbei gibt es je nach Anwendungszweck klarer Vorteile für das jeweilige System.
Es werden sowohl Farbsensoren, als auch Schwarz-Weiss-Sensoren in der automatischen Bilderkennung verwendet. Für die automatische Auswertung von Bildern werden gern SW-Sensoren eingesetzt, weil hier eine hohe Auflösung in den Helligkeitsstufen bis zu 16bit möglich ist, was weit besser ist, als es dem menschlichen Auge möglich wäre. Aber auch die Verwendung von Farbsensoren ist möglich. Hierbei wird jedem einzelnen Pixel des Sensors ein roter, blauer oder grüner Filter vorgesetzt und daraus eine Farbinformation für das Gesamtbild generiert.
Weitere Informationen zu den Sensoren finden Sie hier.
Der Datenbus
In der Digitalkamera wird das durch die Optik auf dem Sensor fallende Licht in einzelne Bildpunkte (Pixel) aufgeteilt zu elektronischen Signalen verarbeitet. Diese Signale müssen in der Kamera zunächst aufbereitet und dann ausgegeben werden. Für die Ausgabe stehen verschiedene Standards zur Verfügung, die zum Teil auch in anderen nicht industriellen Bereichen verwendet werden. Hauptsächlich verwendet werden hier KameraLink, FireWire und GigE. Der Datenbus hat Einfluss auf die maximale Geschwindigkeit der Daten zum Prozessrechner. Bei größeren Entfernungen zwischen Kamera und Auswertungsrechner müssen oft Medienumwandler (auf Glasfaserkabel) verwendet werden, da manche Bussysteme nur wenige Meter Kabellänge gestatten.
Weitere Informationen zum Datenbus finden Sie hier.
Die Bauart
Digitalkameras für die industrielle Bildverarbeitung sind in der Regel für einfache industrielle Umgebungsbedingungen gemacht. Das bedeutet zum Beispiel Umgebungstemperaturen zwischen 10 und 50 Grad Celsius, wobei mit höheren Temperaturen innerhalb des genannten Bereichs die Bildqualität oft schon deutlich abnimmt. Auch bei höherer Luftfeuchtigkeit, sowie störender Einfluß von Staub und Schmutz, wie er bei industriellen Anwendungen vorkommt, muß mit Schutzgehäusen für die Kameras gearbeitet werden. Wir haben bereits weit reichende Erfahrungen mit geeigneten Schutzmaßnahmen auch bei extremen Umgebungsbedingungen (siehe auch "Projektbeispiele").
Weitere Informationen zur Bauart finden Sie hier.
Die Auflösung
Auflösung bezeichnet die Anzahl der Bildpunkte der Kamera (Sensor). Die Bildpukte sind ein Maß dafür, mit welcher Genauigkeit der Bildinhalt erkannt, bzw. vermessen werden kann. Mit einer zunehmenden Zahl an Bildpunkten steht auch eine höhere Genauigkeit zur Verfügung. Dabei reicht die Bandbreite der Möglichkeiten von 512 Punkten bei Zeilenkameras (siehe auch unter Sensor) bis hin zu 29 Mio. Bildpunkten bei Flächenkameras.
Weitere Informationen zur Auflösung finden Sie hier.
Die Geschwindigkeit
Je nach Aufgabenstellung ist auch die Geschwindigkeit, in der die Kamera ihre Bildinhalte liefern kann, ein wichtiges Maß bei der Auswahl der geeigneten Komponenten. Dabei korrespondiert die Geschwindigkeit auch mit der Anzahl der Bildpunkte. So sind die Bildraten, oder fps für frames per second genannt, von Flächensensoren mit vielen millionen Bildpunkten geringer als von Sensoren mit relativ wenigen Bildpunkten, die bereits mehrere hundert Bilder pro Sekunde liefern können. Bei Zeilensensoren lassen sich sogar Raten von mehr als 140.000 Zeilen pro Sekunde erreichen.
Weitere Informationen zur Geschwindigkeit finden Sie hier.