schicken die Aufnahmen als unkomprimierte Rohdaten direkt an einen PC, der dieses relative hohe Datenvolumen verarbeitet. Der Vorteil: keinerlei Bildinformation geht verloren.

Figure 6: Polarized sunglasses block horizontally polarized light (red) but transmit vertically polarized light (blue). Image source: microscopyu.com

Begleiten Sie uns Schritt für Schritt durch alle relevanten Kriterien. Wir helfen Ihnen die richtigen Entscheidungen zu treffen, damit Sie genau die Kameraausstattung finden, die am besten zu den Anforderungen Ihres Systems passt.

VisionKamera

To see how polarized sunglasses work, it is convenient to think of light as a wave moving along a string. Just like a wave on a string, a light wave wiggles transversally to its direction of motion. And just like a wave on a string, the plane in which the string oscillates can have different orientations. For example, the oscillation can vibrate up and down, side to side or in any combination of the two directions. If the string is made to oscillate at, say, a 45 degree angle, this can be mathematically decomposed into a combination of horizontal and vertical oscillation components in equal amounts. A string oscillating at, say, 75 degrees has more vertical component than horizontal component. The angle of transverse oscillation is called the "polarization angle" (see Figure 1). By the way, when we say that a certain light source is "unpolarized" we mean that it emits waves at random angles so that on average there is no preferred direction of polarization. Direct Sunlight, light bulbs and candles are examples of unpolarized light sources. Almost no natural source of light is polarized at the source; polarization happens after some sort of interaction with matter. Therefore, for almost all sources of light, it is as though we wiggled the string in one transverse direction to generate a wavelet along the string then unpredictably changed to another transverse direction, and so on (see Figure 2). The waves come out swinging in hodge-podge polarization angles, but all travel along the direction of the string.

Hier muss eine einfache, aber ausgesprochen wichtige Anforderung erfüllt sein: Die Verschlusstechnik muss zur Anwendung passen. Der Verschluss schützt den Sensor in der Kamera vor einfallendem Licht. Er öffnet exakt zum Zeitpunkt der Belichtung. Die gewählte Belichtungszeit sorgt dafür, dass genau die richtige „Dosis“ Licht eindringen kann. Sie steuert, wie lange genau der Verschluss dafür geöffnet bleiben muss. Der Unterschied zwischen einem Global Shutter und einem Rolling Shutter liegt in der Art und Weise, wie sie diese Belichtung verarbeiten.

Basler Kameras verfügen über eine Reihe sogenannter Autofeatures wie zum Beispiel automatische Belichtungsanpassung oder automatischer Gain. Indem sich die Belichtungszeit und die Gain-Parameter automatisch den sich ändernden Umgebungsbedingungen anpassen, bleiben die Aufnahmen dank der Autofeatures konstant hell.

The content contained on this website is for informational purposes only. The content is not intended to be a substitute for professional advice.Reliance on any information provided in this article is solely at your own risk.

KamerasystemeIndustrieProzessüberwachung

Völlig unterschiedlich können sich Kameras mit gleichem Sensor auch verhalten, weil sich Firmware und Software der Kameras unterscheiden. Zum einen wäre hier die Konformität mit Standards, wie etwa GenICam wichtig („Ansprechen“ der Kamera), aber auch Kompatibilität mit den Interfacestandards wie GigEVision und USB3 Vision . Diese Standards regeln und definieren die Kommunikationswege und Schnittstellen der Kamera und ermöglichen bei der Integration Aufwandsersparnisse und verlässliche Qualität in der Datenübertragung.

HochauflösendeKamera

Netzwerkkameras zeichnen Videos auf. Sie kommen häufig in klassischen Überwachungsanwendungen zum Einsatz, oft in Kombination mit Industriekameras. Einige ihrer typischen Eigenschaften:

Die Schnittstelle ist sozusagen das Bindeglied zwischen Kamera und PC, das die Bilddaten von der Hardware (dem Kamerasensor) zur Software (den Bildverarbeitungskomponenten) überträgt. Die beste Schnittstelle für Ihre Anwendung zu wählen bedeutet, die optimale Balance zwischen Leistung, Kosten und Zuverlässigkeit zu finden, indem man eine Reihe von Faktoren gegeneinander abwägt.

Mit diesen Eigenschaften haben sie mittlerweile auch in traditionellen CCD-Anwendungen erfolgreich Fuß gefasst. Einer der größten Vorteile moderner CMO-Sensoren ist ihre ausgezeichnete Bildqualität auch bei hohen Bildraten.

Figure 2: An unpolarized wave. The direction of polarization changes randomly along the wave. Sunlight and most other light sources are unpolarized but become partially polarized on reflection. Image source: astronomy.nmsu.edu

Im Laufe der vergangenen Jahre hat die CMOS-Technologie immense Fortschritte gemacht, sodass sie mittlerweile für nahezu alle Anwendungen infrage kommt. CMOS-Sensoren bieten

Eine Vielfalt an Funktionen, wie z.B. Tag/Nacht-Modus oder spezielle Infrarot-Filter, die dafür sorgen, dass die Kameras selbst unter schwierigen Licht- und Wetterbedingungen ausgezeichnete Bildqualität liefern.

Industriekamera Hersteller

Was Sie jetzt brauchen, ist ein erfahrener Guide. Jemand, der Ihnen einen Pfad durch das Dickicht bahnt und Sie zielsicher zur Lichtung am Ende Ihres Entscheidungsweges zur passenden Kamera für Ihre Anwendung führt.

Die Modellpalette von Basler Kameras reicht von kleinen Gehäusegrößen von 29 mm x 29 mm bis hin zu den längeren Abmessungen bei Kameras mit sehr großen (Zeilenkamera-) Sensoren wie die der Basler racer Serie.

CognexKamera

Kameras für Bildverarbeitungssysteme sind entweder Industriekameras, auch Machine Vision Kameras genannt, oder Netzwerk- bzw. IP (Internet Protocol) Kameras.

Stehen Sie vor der Aufgabe, ein Bildverarbeitungssystem zu konzipieren, finden Sie sich möglicherweise umgeben von einer verwirrenden Vielfalt von Optionen, inmitten einer schier undurchschaubaren Palette von Kameramodellen, relevanten Eigenschaften, hilfreichen Features und vielfältigen Einsatzmöglichkeiten.

Eine relative einfache Entscheidung, die sich daraus ableitet, was Sie mit Ihrer Anwendung sehen möchten. Brauchen Sie für die Auswertung der Ergebnisse ein Farbbild oder reicht auch Schwarz/Weiß? Ist Farbe nicht unbedingt nötig, empfiehlt sich eine Monochrom-(sprich S/W)-Kamera. Sie ist empfindlicher und liefert dadurch detailreichere Aufnahmen. Für manche Anwendungen kann auch eine Kombination von S/W- und Farbkameras sinnvoll sein: Viele Verkehrsanwendungen beispielsweise kombinieren beide Kameratypen, um die juristische Belastbarkeit der Aufnahmen zur Beweisführung je nach nationaler Gesetzeslage zu gewährleisten.

Figure 1: "Polarization angle" is the angle of the transverse direction of oscillation of a wave. Here, horizontal (0 degrees) and vertical (90 degrees) are shown. Angle in between can be thought of as a mixture of the two directions with different mixture ratios. The grey rectangle with a vertical slot represents a polarized filter designed to transmit the vertical oscillations of the string and block the horizontal ones. Image source: cnx.org

Ein großer Sensor bietet mehr Platz für Pixel, was gleichzeitig eine höhere Auflösung bedeutet. Der echte Vorteil dabei ist, dass die einzelnen Pixel immer noch groß genug sind für ein gutes SNR – im Gegensatz zu kleineren Sensoren, bei denen sich die kleinere Oberfläche auch auf kleinere Pixel beschränken muss.

Unmittelbar verbunden mit der Wahl der Schnittstelle ist auch die Größe des Kameragehäuses. Sie spielt eine Rolle, wenn es um die Integration der Kamera in das Bildverarbeitungssystem geht. In Anwendungen, in denen mehrere Kameras nebeneinander angeordnet sind, um die gesamte Breite einer Materialbahn erfassen zu können (sogenannte Multikamera-Setups), zählt jeder Millimeter.

GigE Vision, USB3 Vision und Camera Link sind moderne, weithin gebräuchliche Technologiestandards, welche die Kompatibilität der Kameraschnittstelle mit standardkonformen Komponenten und Zubehör ermöglichen. Jede dieser Technologien erfüllt spezifische Anforderungen unter anderem hinsichtlich Bandbreite, Multikamera-Konfigurationen oder Kabellängen.

Ari Siletz is president of CCDMETRIX. His company specializes in automated vision system inspection and metrology. With a background in both optical and software engineering, Ari has been developing instruments for the the ophthalmic and optical coating industries since the 1980s. Writing is one of Ari's serious hobbies. He is a published author whose short stories have appeared in numerous literary anthologies. He lives in Sebastopol, California.

hingegen arbeiten mit einem Sensor, der aus nur 1, 2 oder 3 Pixelzeilen aufgebaut ist. Die Bilddaten werden Zeile für Zeile belichtet, und ebenso Zeile für Zeile wieder zu einem Bild zusammengesetzt und verarbeitet. Ob man eine Flächen- oder eine Zeilenkamera verwendet, hängt von der Art der Anwendung und deren Anforderungen ab.

IP-KameraIndustrie

Figure 6 below illustrates a simplified summary of everything we just discussed about polarization: glare reducing sunglasses!

Häufig umgeben von einem robusten Gehäuse zum Schutz vor Erschütterungen und Wettereinflüssen, und damit gleichermaßen geeignet für Innen- und Außenbereiche.

sind mit einem rechteckigen Sensor ausgestattet, bestehend aus zahlreichen Zeilen von Pixeln, die alle zur exakt gleichen Zeit belichtet werden. Alle Bilddaten werden also gleichzeitig aufgenommen, und ebenso gleichzeitig weiter verarbeitet.

Der Global Shutter öffnet so, dass Licht gleichzeitig auf die gesamte Sensorfläche fällt. Je nach Bildrate wird ein bewegtes Objekt oft in schneller Abfolge belichtet. Das macht den Global Shutter zur passenden Verschlusstechnik für Anwendungen, in denen Objekte erfasst werden müssen, die sich sehr schnell bewegen, wie z.B. in Verkehrs- und Transportanwendungen, in der Logistik oder bei der Druckinspektion.

Es gibt für nahezu jedes Sensormodell eine beachtliche Anzahl an verschiedenen Kameras von unterschiedlichen Herstellern. Trotz gleichem Sensor, sind die Kameras nicht identisch. Welche Aspekte sind im Vergleich der Kameras wichtig?

The Fresnel equations quantitatively show how unpolarized light becomes partially polarized after reflection from a dielectric surface--such as water or glass. The equations are mentioned here just so the reader can see the horizontally polarized component of a wave differs in its reflection coefficient from the vertically polarized component. Unequal reflection coefficients lead to unpolarized light becoming partially polarized. Interestingly, the Fresnel equations predict the existence of an angle for which the glare is completely polarized, not just partially polarized. In other words, glare coming from this angle (known as the Brewster angle) can be completely blocked by an ideal polarizing filter. The effect is dramatic. (see Figure 4).

Große Sensor- und Pixelflächen können mehr Licht aufnehmen. Das Licht ist für den Sensor das Signal, das er in Bilddaten umwandelt. So weit, so einfach. Jetzt wird’s spannend: Je größer die Sensoroberfläche ist, desto besser ist das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR – Signal-to-Noise-Ratio), insbesondere für Pixel mit einer Größe von 3,5 µm oder mehr. Ein höheres SNR bedeutet gleichzeitig bessere Bildqualität. Ein SNR von 42 dB gilt als solides Ergebnis.

Figure 5: Molecules in a polarizing filter are long in one direction and short in the perpendicular direction. Electrons can freely oscillate along the length of the molecule, absorbing or reflecting the light energy, while they are unable to oscillate very far along the short direction. The "E-field" arrows in the Figure show the direction of polarization. The small spheres labeled "e-" represent electrons. Note in the Figure how the horizontally polarized wave (top) emerges) from the its electron interaction with its amplitude reduced, while the vertically oscillating wave (bottom) comes through with undiminished amplitude. Image Source: voer.edu.vn

Allerdings geben EMVA-Daten nicht immer umfassende Hinweise auf Probleme, die sich aus dem Sensor-Design ergeben können: Ein Beispiel hierfür ist die so genannte Shutter Line, ein Bildartefakt. Interessanterweise fallen dem menschlichen Auge solche Fehler sofort auf, während EMVA-Werte davon unberührt bleiben. Ein anderes Beispiel sind zeitlich veränderliche Störungen wie Defektpixel oder blinkende Pixel.

Die Frage, nach welchen Kriterien die Kamera für eine bestimmte Anwendung ausgewählt werden kann, ist keineswegs neu und hat unter anderen auch die European Machine Vision Association (EMVA) beschäftigt. Ergebnis ist der EMVA 1288 Standard: Er definiert Methoden zur Ermittlung von Daten, die Bildqualität und Empfindlichkeit einer Machine Vision Kamera bzw. eines Sensors für eine solche Kamera charakterisieren.

Kameras sind vielfach schon werkseitig vorbereitet, ihre Anwender bei verschiedenen Aufgaben bestmöglich zu unterstützen. So sind alle Basler Kameras werkseitig mit einem Kern hilfreicher Features ausgestattet, die helfen die Bildqualität zu verbessern, Bilddaten effektiver zu analysieren und Prozesse mit höchster Präzision zu steuern. Unsere Features Check List bietet einen umfassenden Überblick über sämtliche Features aller Basler Kameramodelle.

Machine Vision Kameras für die Industrie umfassen zwei Technologien: Flächen- und Zeilenkameras. Sie unterscheiden sich in der Art und Weise, wie sie Bilder aufnehmen. Das wiederum ist relevant für die BV-Anwendung.

verwendet man häufig für Überwachungsaufgaben, von der Prozesssteuerung in Versandstraßen oder Packsystemen bis zur Gebäude- oder Verkehrsüberwachung.

Nicht zuletzt sind es standardisierte oder proprietäre Features der Kamera, die die Performance des Vision Systems steigern können, manche holen aus ein und demselben Sensor ein deutlich besseres Ergebnis heraus.

CCD-Sensoren nutzen die gesamte Sensorfläche, um Licht aufzunehmen, ohne dass die Elektronik darauf Platz in Anspruch nimmt. Das lässt auf der Oberfläche mehr Raum für Pixel, was wiederum bedeutet, dass mehr Licht aufgenommen werden kann. Dieser Typ von Sensoren ist demzufolge ausgesprochen lichtempfindlich – ein großer Vorteil in Anwendungen mit schlechten Lichtverhältnissen, wie zum Beispiel in der Astronomie. CCD-Sensoren liefern ausgezeichnete Bildqualität in langsameren Anwendungen, da sie aufgrund ihrer Architektur und der Art und Weise, wie sie Bilddaten transportieren und verarbeiten, im Hinblick auf Geschwindigkeit zunehmend an ihre Grenzen stoßen.

Aber auch bei der Leistungsfähigkeit der Firmware und der dazugehörigen Software kann es in mehrerlei Hinsicht Unterschiede geben. Die erste betrifft die Arbeit bei der Integration der Kamera: eine ausgereifte Software- und Treiberumgebung für die Ansteuerung der Kameras und eine etablierte Programmierumgebung (inkl. Kompatibilitäten mit verschiedenen Betriebssystem oder Programmiersprachen) kann nicht jeder Kamerahersteller bieten. Sie sind aber ein Muss für jedes größere Design-In.

Die EMVA-Daten von Kameras zu vergleichen ist sozusagen das Pflichtprogramm wenn es um die Auswahl eines geeigneten Exemplars geht. Erst durch die EMVA-Daten wird klar, was eine Kamera kann, bzw. wie geeignet die Kamera ist.

In den Spezifikationen Ihrer Kamera lesen Sie “2048 x 1088”. Was bedeutet das? Diese Angabe beschreibt die Anzahl der Pixel pro Zeile, in diesem Fall 2048 Pixel in den horizontalen und 1088 Pixel in den vertikalen Zeilen. Multipliziert ergibt das eine Auflösung von 2.228.224 Pixel oder 2,2 Megapixel (Millionen Pixel, kurz “MP”).Um herauszufinden, welche Auflösung Sie für Ihre Anwendung benötigen, hilft eine einfache Rechnung: Auflösung = (Objektgröße) / (Größe des zu prüfenden Details)

Sie komprimieren die Aufnahmen. Dies reduziert die Datenmengen soweit, dass sie in der Kamera gespeichert werden können. Indem man sie an ein Netzwerk anschließt, kann theoretisch eine unbegrenzte Zahl von Nutzern auf die Daten zugreifen.

In diesem Schritt geht es um die Wahl eines passenden Sensors - CCD oder CMOS - und um die Wahl der Verschlusstechnik - Global oder Rolling Shutter. Die nächste Überlegung gilt der Bildrate, also der Anzahl der Bilder, die eine Kamera pro Sekunde liefern muss, um ihre Aufgabe lückenlos zu erfüllen.

Selbst große Sensoren mit einer hohen Pixelanzahl bringen nicht viel ohne das passende Objektiv. Sie können ihr volles Potenzial nur ausschöpfen, wenn auch das Objektiv, mit dem sie kombiniert werden, diese hohe Auflösung auch tatsächlich auflösen kann.

Figure 3: Viewing the same scene with and without a polarizing filter. The reflected sunlight in the left image is partially polarized. The right image is taken with a filter that blocks horizontally polarized light. Image source: photography.ca/blog

Den Sequencer nutzt man, um bestimmte Bildabfolgen auslesen zu können. Sie können damit zum Beispiel verschiedene AOIs programmieren, die mithilfe des Sequencers automatisch Sequenz für Sequenz ausgelesen werden.

Der Begriff wird synonym verwendet mit „Bildwiederholrate”, „Bild pro Sekunde”, bzw. „frames per second (fps)“ oder „Zeilenrate” bei Zeilenkamera-Anwendungen. Die Bildrate beschreibt die Anzahl der Bilder, die der Sensor pro Sekunde aufnehmen und verarbeiten kann.

3DKamera Industrie

Der Rolling Shutter belichtet ein Bild Zeile für Zeile. Je nach gewählter Belichtungszeit kann dies Verzerrungen zur Folge haben, die dadurch entstehen, dass sich das Objekt während der Belichtung weiterbewegt – der sogenannte Rolling Shutter-Effekt. Trotzdem muss man auch bei bewegten Anwendungen die Option des Rolling Shutters nicht grundsätzlich verwerfen. Oft lässt sich der Effekt mithilfe angepasster Belichtungszeiten und Einsatz von Blitzlicht umschiffen.

Mithilfe des AOI-Features können Sie individuelle Bildausschnitte innerhalb einer Aufnahme, oder sogar mehrere Ausschnitte gleichzeitig, auswählen. Der Vorteil liegt darin, dass so nur die Ausschnitte, die wirklich für die Auswertung eines Bildes relevant sind, verarbeitet werden. Das beschleunigt das Auslesen der Bilddaten.

To understand how polarized sunglasses block horizontal polarization, it's important to know how the electrons in the molecules of the sunglass filter behave. Electrons are set to oscillation by the incoming light wave and therefore some of the wave energy of the light gets transferred to the electrons to be dissipated or reflected by the electrons. Polarizing filters used in sunglasses contain molecules which make it is easy for the electrons to oscillate in the horizontal direction (long direction) thus dissipating more horizontally polarized light energy. On the other hand the long molecules make it hard for electrons to oscillate in the vertical direction (short direction)—thus diminishing the electrons' dissipation of vertically polarized light waves. (see Figure 5).

kommen typischerweise in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen, in Medizin und Biowissenschaften, im Verkehrs- und Transportwesen, oder in Sicherheits- und Überwachungsanwendungen zum Einsatz, oft als Ergänzung zu Netzwerkkameras.

Figure 4: Glare reflecting at Brewster angle from a window. The light producing the glare is highly polarized allowing the polarizing filter (on the right window) to virtually remove all of it. For fresh water, the Brewster angle is about 53 degrees, so peak performance of polarized sunglasses on a calm lake happen when the sun is at an angle of about 37 degrees from the horizon (90-53= 37). Image source: boundless.com/physics

Weitere Unterschiede können sich bei der Datenstabilität ergeben. Sieht z. B. die Kamera-Firmware einen Frame Buffer vor, steigert dies die Datenstabilität gerade bei höheren Bandbreiten/ Frameraten enorm.

Sunlight can become partially polarized by the scattering of air molecules or by reflecting off something like a lake. This means that after scattering or reflecting the sun's waves oscillation angles, they are no longer random in all directions but have a preferred direction on average. In the case of a horizontal surface—like a lake or a road—the preferred direction is horizontal. This horizontally vibrating reflected sunlight is the nuisance we see as glare, and this is why polarized lenses are so useful to beach goers and motorists: they block glare. The polarized filters on these lenses preferentially block the horizontal component of light oscillation while transmitting the vertical component. The result is a darker image but with better contrast (see Figure 3).

FireWire und USB 2.0 sind ältere Technologien, die sich aufgrund ihrer technischen Beschränkungen nicht mehr uneingeschränkt für den Einsatz in modernen Bildverarbeitungssystemen empfehlen.

werden eingesetzt, wenn Produkte und Güter geprüft werden, die auf Förderbändern transportiert werden, und das mit teils sehr hoher Geschwindigkeit. Typische Branchen umfassen Druck, Sortierung und Verpackung, Lebensmittelindustrie sowie alle Arten von Oberflächeninspektion.

Ein gründlicher Test einer Musterkamera hilft dem Anwender hier deutlich weiter. Wichtig bei so einem Test ist, die Kamera gründlich und möglichst applikationsnah zu testen. Nicht jede Algorithmik reagiert gleich empfindlich auf Bildqualitäts-Probleme. In jedem Fall ist es hilfreich wenn man sich hinsichtlich der Bildqualität auf einen gesicherten Standard verlassen kann, den meist nur größere Markenhersteller bieten. Das spart Testzeit und langwieriges Optimieren der eigenen Applikation.

Unsere Tools helfen Ihnen, die richtigen Komponenten für Ihr Bildverarbeitungssystem oder Ihre Anwendung zu finden. Ob Sie bestimmte Komponenten-Spezifikationen oder ein komplettes System für Ihre Anwendung suchen, unsere Tools unterstützen Sie dabei.

Bei Flächenkameras können diese Datenmengen je nach Schnittstelle und je nachdem ob eine niedrige Bildrate von 10 fps oder eine hohe (bzw. schnelle) Bildrate von 340 fps verwendet wird, stark variieren. Welche Bildrate möglich oder notwendig ist, hängt davon ab, was die Kameras im betreffenden Bildverarbeitungssystem abbilden müssen.

Je höher die Bildrate, desto schneller ist der Sensor => je schneller der Sensor, desto mehr Bilder pro Sekunde => je mehr Bilder pro Sekunde, desto höher das Datenvolumen.

Kamera Industrie

In practice it's difficult to get the long molecules all lined up in one direction, but somewhat lined up molecules are still effective in making a polarizer. One way to accomplish this is to put long-chain molecules on a piece of transparent stretchable material then heat and pull the stretchable material. The long molecule chains, originally in random orientations, will more or less line up in the direction of the pulling.

Nehmen wir an, Sie möchten eine präzise Detailaufnahme der Augenfarbe einer etwa 2 m großen Person in einer bestimmten Entfernung machen:

CMOS-Sensoren integrieren die Elektronik, um das Licht (oder genauer: die Photonen) in elektronische Signale (also Elektronen) umzuwandeln, direkt auf der Sensorfläche. Das macht diese Sensoren besonders schnell, da sie die Bilddaten schneller auslesen. Der Bildausschnitt lässt sich flexibel auswählen. CMOS-Sensoren kommen besonders häufig im Kamera-Massenmarkt zum Einsatz, so zum Beispiel in Spiegelreflexkameras.

werden zum Beispiel in Banken, Kasinos, Firmengeländen und öffentlichen Gebäuden, oder in Logistikzentren wie Häfen oder Frachtzentren verwendet.