Nutzen eines Kalibrationscharts
Ein Kalibrationschart hilft dabei, diese Störungen und Abweichungen zu ermitteln und zu korrigieren. Es erfüllt dabei mehrere Funktionen gleichzeitig und sorgt dafür, dass die Bildqualität und die Genauigkeit der Auswertung verbessert werden.
Weitere Details zur (Re)-kalibration:
Bevor also mit der Entwicklung einer Softwareanwendung begonnen wird, muss das Ausgangsbild möglichst PERFEKT sein.
Erzeugen eines unverzerrten Bildes
Durch geeignete Encoder-Konfiguration und entsprechende Multiplikator/Divider-Einstellungen am Zeilentrigger-Eingang der Kamera muss zunächst ein verzerrungsfreies Bild erzeugt werden.
Bitte verlassen Sie sich nicht auf Ihr Auge, sondern messen Sie z.B. mit einem Kalibriergitter die Form von Kreisen oder Quadraten in X- und Y-Richtung aus. Nur so können Sie sicher sein, dass Sie verzerrungsfreie Bilder von guter Qualität aufnehmen.
Falsche Encodereinstellungen
Vertikale Streifen und Lichtverlaufs-Effekte der Beleuchtung
In jedem Fall sollte als erster Schritt sichergestellt werden, dass die Beleuchtung den zu erfassenden Bildbereich genau abdeckt. Tipps zur Ausrichtung der Beleuchtung finden Sie hier.
Wenn der Bildaufbau in X- und Y-Richtung und die Bildhelligkeit annähernd stimmen, kommt die Feinabstimmung. In unserem obigen Bild sind noch größere Helligkeitsschwankungen in X-Richtung zu erkennen.
Um diese Inhomogenitäten auszugleichen, liefert jeder namhafte Zeilenkamerahersteller eine fertige Softwareschnittstelle zur Kalibrierung der Kamera mit.
Die Kalibrierung erfolgt in zwei oder drei Schritten:
- Dunkelbildkalibrierung: Dazu wird kurz der Deckel auf die Optik gesetzt - fertig. Dabei werden unterschiedliche Dunkelströme der einzelnen Pixel ermittelt und kalibriert. Jedes unbelichtete Pixel sollte also nach der Kalibrierung den gleichen Schwarzwert liefern.
- Sensoren zeigen im flächigen Graubild eine ungleichförmige Helligkeitsverteilung. Bei Zeilenkameras ist dies entlang der Zeile zu beobachten und führt zu Bildstreifen. Auch dies lässt sich herauskalibrieren. (Natürlich kann auch Schmutz auf dem Sensor zu den gleichen Streifen führen).
- Die Hellfeldkalibrierung dient zur Korrektur von Lichtschwankungen der Beleuchtung und zur Korrektur der unterschiedlichen Lichtempfindlichkeit der Pixel: Dazu bitte die Bildhelligkeit auf einen Wert von 50-75% auf einer homogenen Referenzfläche (Papier) einstellen, dazu die Optik defokussieren und anschließend kalibrieren.
(Die Kalibrierschritte werden als PRNU, FPU, DNU bezeichnet: Dark Signal Non Uniformity, Fixed Pattern Noise, Photo Response Non Uniformity).
Fehlende Kamera-Kalibrierung
Alle vertikalen Streifen im Bild sollten nun verschwunden sein und das Bild sollte homogen erscheinen. Danach evtl. letzte Feineinstellungen mit der Belichtungszeit der Kamera, der Verstärkung und der Blende des Objektivs vornehmen und die Optik erneut fokussieren.
Alle vertikalen Streifen im Bild sollten nun verschwunden sein und das Bild sollte homogen erscheinen. Danach evtl. letzte Feineinstellungen mit der Belichtungszeit der Kamera, der Verstärkung und der Blende des Objektivs vornehmen und die Optik erneut fokussieren.
Horizontale Streifen
Eher selten treten auch horizontale Streifen auf. Diese können verschiedene Ursachen haben:
- Übertriggerung der Kamera durch zu schnelle Encodersignale (Details siehe Encoder)
- Schwankende Helligkeit durch Einflüsse der Deckenbeleuchtung (50 Hz Flicker). Abhilfe bietet hier eine stärkere Zeilenbeleuchtung oder die Unterdrückung der Fremdlichteinflüsse durch Abschirmung etc.
- Flimmern durch unstabilisierte, schlecht gefilterte oder unterdimensionierte Netzteile der Beleuchtung. Abhilfe bietet hier nur bessere Hardware.
Externe Einflüsse
Kalibration einer Farbzeilenkamera
Bei jeder Farbkamera, auch bei Zeilenkameras, muss ein Weißabgleich durchgeführt werden, um neutrale Farben zu erhalten. Aufgrund der Farbtemperatur des jeweils verwendeten Weißlichts (Spektren verschiedener weißer LEDs) ist die Verteilung der Rot-, Grün- und Blau-Intensitäten im Kamerabild inhomogen. Die unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit des Sensors für verschiedene Wellenlängen verstärkt diesen Effekt zusätzlich.
Das hier gezeigte Bild- und Entfernungsintensitätsdiagramm einer Farbzeilenkamera zeigt zwei typische Fehler, die kalibriert werden müssen:
- Lichtabfall zum rechten und linken Bildrand. Dies kann wie bei einer Monochromkamera mit Hilfe der Hellbildkalibrierung kompensiert werden.
- Das Bild ist nicht neutral grau, sondern zeigt einen Blau- und Grünstich (Cyan). Die Verstärkung der RBG-Kanäle muss so gewählt werden, dass die drei Helligkeitskurven im obigen Diagramm übereinstimmen. Bei Dreichip-Farbkameras kann dies teilweise auch durch unterschiedliche Belichtungszeiten pro Sensor eingestellt werden.
- Auch hier bitte zur Kalibrierung die Bildhelligkeit auf einen Wert von 50-75% auf einer homogenen weißen Referenzfläche einstellen, dazu die Optik defokussieren, anschließend kalibrieren und wieder fokussieren.
Lichtquelle und Weissabgleich
Geeignete Kamera gesucht?
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