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Referenzlichtquelle für den EMVA 1288 Test von bildgebenden Sensoren und Kameras

App. 030

Die Auswahl einer geeigneten Kamera ist ein wichtiger Schritt im Rahmen der Konzipierung eines Bildverarbeitungssystems. Für den Anwender ist die Auswahl allerdings nicht immer einfach, da die unterschiedlichen Informationen der Kamerahersteller einen direkten Vergleich der Produkte oft nicht unterstützen. Dieses Problem hat die European Machine Vision Association zur Generierung des EMVA-Standards 1288 [1] motiviert. Die darin aufgeführten Parameter und die Beschreibung der Messverfahren bieten dem Anwender die erforderliche Vergleichsmöglichkeit bei der Auswahl bildgebender Sensoren und Kameras

Zur Messung der Empfindlichkeit, Linearität und Ungleichförmigkeit empfiehlt die EMVA 1288 als Referenzlichtquelle eine Ulbrichtkugel-Lichtquelle [2]. Als besonderes Merkmal gibt die EMVA 1288 vor, dass diese mit LED-Leuchtmitteln konfiguriert sein muss.

Zur Messung der Empfindlichkeit der Bildsensoren können Lichtquellen mit quasi monochromatischen Emissionsspektren verwendet werden. Dazu muss deren Intensität und Emissionsspektrum durch Kalibrierung in einer absoluten Messgröße bekannt sein. Die Empfindlichkeitsmessung ist nicht identisch mit der wesentlich aufwendigeren Messung der spektralen Empfindlichkeit der bildgebenden Sensoren. Diese Messung ist in der EMVA 1288 nur als Option aufgeführt. Für monochrome Sensoren empfiehlt sich eine Wellenlänge nahe der Wellenlänge der maximalen Empfindlichkeit des Sensors. Werden LED-Leuchtmittel eingesetzt, so sind dies typischerweise NIR-LEDs mit einer Spitzenwellenlänge bei 850 nm. Für Farbsensoren werden zur Messung der Empfindlichkeit drei Lichtquellen benötigt. Deren Wellenlänge entspricht jeweils der Wellenlänge der maximalen Empfindlichkeit eines Farbsensors. Typische Leuchtmittel sind monochrome LEDs mit 455 nm, 532 nm und 630 nm im Bereich des sichtbaren Spektrums.

Zur Messung der Linearität der bildgebenden Sensoren wird die Intensität der Referenzlichtquelle variiert und mit der entsprechenden Antwort des Sensors bzw. der Kamera verglichen. Grundsätzlich erscheint hierfür der Einsatz von LEDs als Leuchtmittel ideal, da deren Lichtstrom bzw. Strahlungsfluss nahezu proportional zum Betriebsstrom ist. In der Praxis muss allerdings der eingeschränkte Dynamikbereich des Betriebsstroms und die sorgfältige Ausführung des Temperatur Managements berücksichtigt werden.

Die Messung der Ungleichförmigkeit bildgebender Sensoren erfolgt durch einen Vergleich der Pixelsignale bei einer homogenen Ausleuchtung sämtlicher Pixel. Entsprechend der Vorgaben in der EMVA 1288 muss das Leuchtfeld der Ulbrichtkugel-Lichtquelle größer sein als die beleuchtete Sensorfläche. Mit einer geschickten Anordnung der Leuchtmittel an der Ulbrichtschen Kugel und einer diffusen Beleuchtung der Hohlkugel sind Leuchtfelder mit einer Flächenhomogenität der Leuchtdichteverteilung von besser als den geforderten 97 % möglich.

Referenzen

[1] EMVA 1288 Standard for Measurement and Presentation of Specifications for Machine Vision Sensors and Cameras. 

[2] Theorie und Anwendungen von Ulbrichtkugeln