Zusammenhänge, die bei der Auswahl einer geeigneten Kamera wichtig sind

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Allied Vision Technologies GmbH

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Etwas verbreiteter als die Angabe der spektralen Empfindlichkeit ist die Angabe der Quanteneffizienz, wobei man die spektrale Empfindlichkeit in die Quanteneffizienz umrechnen kann und umgekehrt. Der Quantenwirkungsgrad gibt an, wieviele der einfallenden Fotonen einen Beitrag zum Fotostrom liefern. Ein Wert von 0,8 bedeutet, daß 20% der einfallenden Fotonen verloren gehen, also keinen Beitrag liefern.

Verluste ergeben sich z.B. durch Reflexion, Absorption und durch Ladungsträgerrekombination.

Was ist denn nun die Empfindlichkeit eines Sensors/einer Kamera? Als Empfindlichkeit kann man das nötige Eingangssignal (Anzahl Fotonen) definieren, die man benötigt um eine Information zu erzeugen. Daraus folgt, dass ein Eingangssignal größer sein muss, als das Grundrauschen des Sensors (Dunkelrauschen). Ein sehr wichtiger Wert einer Kamera ist also dieses Dunkelrauschen und die Schwelle, die ein Signal überschreiten muss um eben nutzbare Informationen zu erzeugen nennt sich auch „sensitivity threshold“.

Die Empfindlichkeit eines Sensors hängt also hauptsächlich von der Quanteneffizienz und dem Dunkelrauschen ab: S~QE/Dunkelrauschen.

In einer konkreten Anwendung kommt es nun noch darauf an, wie viele Fotonen pro Pixel beim Sensor ankommen, dies ist vom optischen Aufbau abhängig. Der Informationsgehalt eines Bildes (ist gleich dem Dynamikumfang DNR) ist dann:

DNR = PhotonsPerPixel x QE/Dunkelrauschen.

Wobei das Dunkelrauschen pro Pixel noch von der Pixelgrösse, der Belichtungszeit, der Auslesefrequenz, dem Quantisierungsrauschen (bei der Digitalisierung) und der Temperatur abhängig ist.

Um beurteilen zu können, welche Kamera für eine Applikation am besten geeignet ist, sind nicht nur die Sensor-/Kameradaten wichtig, sondern vor allem auch die des optischen Aufbaus.

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