FAQ

Eine spezielle MTF-Kurfe ist nur für einen bestimmten Bildpunkt aussagekräftig. Die Kurven für verschiedene Bildpunkte unterscheiden sich. Somit ist für die Einschätzung der Auflösung im gesamten Bildfeld eine Vielzahl von Kurven notwendig.

Um dies zu vereinfachen wird für die Modulation eine Anzahl von Ortsfrequenzen ausgewählt und von der Bildmitte zum Bildrand angewendet. In der vorhandenen Abbildung wurden drei Frequenzen dargestellt:

20 Linienpaare / mm (blau),

40 Linienpaare / mm (grün) und

80 Linienpaare / mm (rot).

Weiterhin wird die MTF-Kurve auch durch die Orientierung der Linienpaare im Bildfeld beeinflusst. In den vorhandenen MTF-Kuven wurden zwei zueinander senkrecht stehende Orientierungen ausgewählt: tangential (gestrichelt) und sagittal (durchgezogen) (siehe auch nachfolgende Abbildung).

Hinzu kommt, dass der Strahlengang für Bildpunkte außerhalb der Bildmitte zunehmend unsymmetrischer wird, wie Sie in den Kurven erkennen können. Die Entfernung von der Bildmitte wird als Parameter auf der x Achse von 0 bis 5.5 mm ausgewiesen. In der y-Achse wird der Betrag = Auflösung Bildebene/ Auflösung Objektebene als Grundlage genommen.

Abbildung 1

Telezentrie ist der Spezialfall, bei dem die Hauptstrahlen eines Objektivs parallel zur optischen Achse laufen.

Bei einem objektseitig telezentrischen Objektiv sind die Hauptstrahlen auf der Objektseite parallel zur optischen Achse, wodurch der perspektivische Fehler eliminiert wird. Ein Objekt wird auf dem Bildaufnehmer der Kamera in unterschiedlicher Entfernung immer gleich groß abgebildet. Bei diesen Objektiven ändert sich der Abbildungsmaßstab ß' bei variierendem Arbeitsabstand nicht.

Telezentrische Objektive werden in der Regel dort eingesetzt, wo Abstands- und Lageänderungen des Prüfobjektes die Messgenauigkeit beeinflussen. Sie sind prädestiniert für präzise Messanwendungen. Aufgrund des parallelen Strahlengangs werden telezentrische Objektive auch bei Messaufgaben von Teilen mit optisch kritischen Oberflächen und Materialeigenschaften (starker Glanz, optisch aktive Materialien, variable Kantenform, Glas) bevorzugt verwendet. 

Optischer Strahlengang eines telezentrischen Objektivs

Optischer Strahlengang eines entozentrischen Objektivs

Übliche Vorgehensweise

1. Mechanischen Einhausung des Bildverarbeitungsaufbaus zur Unterdrückung von Fremdlichteinflüssen. Nachteil: Mechanische Lösungen wie das Einhausen oder Anbringen von Lichtschutzblenden sind nicht immer möglich.

2. Einsatz von Tageslichtsperrfiltern zur Unterdrückung von Fremdlichteinflüssen. Nachteil: So genannte Tageslichtsperrfilter (Langpassfilter, die IR-Licht durchlassen) arbeiten auch bei Nutzung infraroter Beleuchtungen nicht stabil genug, da sowohl Sonnenlicht und Kunstlicht als auch Störlichtquellen häufig einen hohen Anteil an IR-Strahlung im nahen Infrarot besitzen.

Lösungsweg

Als besonders wirksame Kombination hat sich folgende Kombination erwiesen:

Nutzung einer tiefroten LED-Beleuchtung (> 660 nm siehe Abb. 1). Vorteil: Für rotes Licht sind CCD- und CMOS-Kamerasspektral besonders empfindlich.

Infrarotsperrfilter in der Kamera belassen (siehe blaue Kurve in Abb. 1)! Vorteil: Das verhindert den Störeinflussvon IR-Licht.

Vor das Objektiv einen roten Farbglasfilter (090) schrauben (siehe grüne Kurve in Abb. 1), der das Licht ab 600 nm (50%) durchlässt.

Vorteil:

Ergebnis dieser Filterkombination aus Rot- und IR-Sperrfilter ist ein schmalbandiger Durchlassbereich (rote Kurve), der genau dort liegt, wo die LED-Beleuchtung ihre Schwerpunktausstrahlungswellenlänge besitzt und wo dieCCD-Kamera vier Mal sensibler als im Infraroten ist.

Abbildung 1

Die Schärfentiefe 2b (oft auch als Tiefenschärfe) bezeichnet den Verschiebebereich eines Prüfobjektes entlang der optischen Achse, ohne das die zulässige Unschärfe überschritten bzw. die Qualität der Schärfe des Bildes merklich geändert wird.

Die vordere und hintere Schärfentiefengrenze begrenzen den Schärfentiefenbereich. Dieser Bereich ist unsymmetrisch vom optischen System weg zur Objektebene verschoben.

(Abbildung 1)

Die Schärfentiefe 2b ist proportional zu dem Unschärfekreis Dr .

2b ~ Dr

Der Unschärfekreis Dr ist von der Größe des eingesetzten Bildaufnehmers abhängig. Die Größe eines einzelnen Pixels p', auch Pixelpitch genannt, kann wie folgt errechnet werden:

(Abbildung 2)

p'=wurzel[(X' x Y') / ( p x q)]

X' x Y' ist die aktive, lichtempfindliche Fläche des Bildaufnehmers

p x q ist die Anzhl der aktiven Pixel auf dem Bildaufnehmer

Über den Pixelpitch p' des Bildaufnehmers kann man den Unschärfekreis D wie folgt berechnen:

Dr = 1,28 p' + 5,86

Die Schärfentiefe 2b für telezentrische Objektive lässt sich mittels Unschärfekreis Dr, Abbildungsmaßstab ß' und bildseitiger / objektseitiger Apertur NA' / NA wie folgt berechnen :

2b=Dr / (ß'² * NA') = Dr / (|ß'| * NA)

Allgemein gilt für telezentrische Objektive:

Je größer der Abbildungsmaßstab, desto kleiner die Tiefenschärfe

Je größer die objektseitige / bildseitige numerische Apertur, desto kleiner die Tiefenschärfe

Je größer der Pixelpitch des Bildaufnehmers, desto größer die Tiefenschärfe

Allgemein gilt für Standardobjektive:

Je größer der Abbildungsmaßstab, desto kleiner die Tiefenschärfe

Je größer die Blendenzahl, desto größer die Tiefenschärfe

Je größer der Pixelpitch des Bildaufnehmers, desto größer die Tiefenschärfe

Abbildung 1

Abbildung 2

Infrarotes Licht ist für das menschliche Auge nicht sichtbar, jedoch sind (manche) IBV-Kameras für infrarotes Licht bis 1.100 nm empfindlich. Die Farbwiedergabe von IR-Beleuchtungen ist jedoch unberechenbar und kann nur durch Versuche ermittelt werden.

Vision & Control bietet IR-Beleuchtungen in unterschiedlichen Wellenlängen an, die sich wie folgt einteilen lassen:

IR mit 850 nm: CCD-Chip hat eine wesentlich höhere Empfindlichkeit als bei längeren IR-Wellenlängen.

IR mit 880 nm: Standard IR-Wellenlänge bei IBV-LED-Beleuchtungen (Optimale Wellenlänge im Zusammenspiel mit vielen Filtern.)

IR mit 950 nm: Vorrangig für IBV-Anwendungen in der Halbleiterindustrie; Licht dringt schwach ins Halbleitermaterial ein und erzeugt somit Oberflächeneffekte.

Der Arbeitsabstand ist die Distanz zwischen dem Prüfobjekt und der ersten Körperkante des optischen Systems aus Richtung des Prüfobjekts.

Er wird als praxisbezogenes Maß für Objektive in der Bildverarbeitung angegeben.

Eingefügte optische Bauteile z.B. Filter, Schutzgläser, Prismenvorsätze und mechanische Zubehörteile müssen mit eingerechnet werden (Vergrößerung der optischen Weglänge). Der Arbeitsabstand wird in mm angegeben.

Abkürzung: AA (engl. WD = working distance)