Tipps für die Objektivauswahl zur Machine-Vision-Inspektion

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Hier muss allerdings beachtet werden, dass die möglicherweise entstehende Beugungsverzerrung kleiner Brennweiten keinen Einfluss auf die Bildqualität nimmt. Da mit einer gering geöffneten Blende, zusätzlich abhängig von der Belichtungszeit, nur wenig Licht auf den Sensor treffen kann, muss eine gute Beleuchtung, gegebenenfalls mit künstlichen Lichtquellen, gewährleistet sein. Die ist zum Beispiel wichtig, wenn Produktionsprozesse on the fly mittels Bilderkennung gesteuert werden.

Eine notwendig kurze Belichtungszeit mit einer hohen Bildrate pro Sekunde an einem sich schnell bewegenden Fließband und die dort vorhandenen Beleuchtungsbedingungen bestimmen die Blendenwahl. Die optimale Blendenzahl ergibt sich als bestmögliche Kombination aus hoher Tiefenschärfe und geringer Beugungsverzerrung. Für die Auswahl der optimalen Blende bietet sich für individuelle Applikationen eine praktische Simulation oder die Beratung durch einen Bildverarbeitungsexperten an.

Als grobe Richtschnur wird bei mittlerer Blendenzahl meist die beste Auflösung erreicht. C-Mount-Objektive verfügen über eine variable Blende, M12- oder Ruggedized-Objektive werden dagegen mit einer festen Blende ausgestattet. Welche Blende eingesetzt werden soll, muss im daher Vorfeld der Objektivwahl feststehen. Außerdem sind nicht alle Objektive für jede Blende geeignet. Benötigt die Anwendung eine hochgeöffnete Blende mit einer Blendenzahl kleiner als 1.4, kommen nur Spezialobjektive in Frage.

Lichtfarbe und Wellenlänge verändern den Brennpunkt

Grundsätzlich sollte natürlich bereits außerhalb der Kamera eine optimale Ausleuchtung der Szenerie angestrebt werden, sei es mit zusätzlichen Lichtquellen an der Applikation oder mit der Einbindung von Beleuchtungseinheiten sowie Blitzsteuerungen in die Applikation selbst. Gerade wenn das Bildverarbeitungssystem schnell bewegte Objekte analysieren oder unabhängig vom Umgebungslicht funktionieren soll, ist eine zusätzliche Beleuchtung notwendig.

Hier kommen aufgrund ihrer Langlebigkeit und Zuverlässigkeit meist LEDs zum Einsatz, die über entsprechende Steuerelektronik wie Schrittgeber oder Lichtschranken zum Auslösezeitpunkt der Kamera mittels eines Beleuchtungs-Controllers geblitzt werden. Dieses Blitzen spart Strom, reduziert die Erwärmung der LEDs, erhöht damit ihre Lebensdauer, und das bei gleichzeitig deutlich höherer Lichtintensität. Der Einsatz farbiger LEDs und des passenden Filters vor dem Kameraobjektiv verringert zusätzlich den Einfluss von weißem oder andersfarbigem Umgebungslicht.

Die einfallende Lichtfarbe, messbar in der Wellenlänge, ist damit auch ein ausschlaggebendes Kriterium für die Objektivwahl. Wird die Szene mit weißem Licht beleuchtet, das eine Mischung aus allen Lichtfarben ist, kommt es zu sogenannten Farbfehlern, deren Grund in den physikalischen Eigenschaften der Linsen liegt. Der Brechungsindex der Linsen ändert sich mit der Wellenlänge des Lichtes. Ultraviolettes und blaues Licht wird deutlich stärker gebrochen als rotes Licht, am wenigsten stark gebrochen wird infrarotes Licht.

Da der Brennpunkt für blaues Licht näher an der Linse liegt als der Brennpunkt für rotes Licht ergeben sich für die unterschiedlichen Lichtfarben unterschiedliche Fokusebenen. Diesen Effekt nennt man Dispersion. Neue Objektive sind hierfür im sichtbaren Bereich korrigiert, ist ein Objektiv bis in den nahen Infrarot Bereich optimiert, heißt es meist IR-corrected. Sind alle Kriterien berücksichtigt, steht der Auswahl des geeigneten Objektivs für eine optimale Bilderfassung nichts mehr im Weg.

* Ute Häußler arbeitet in der technischen Unternehmenskommunikation bei FRAMOS, Taufkirchen.

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