Sensorgrößen von Standard-Kameras
Klassische industrielle Bildverarbeitungskameras haben je nach verwendeter Kamera und Auflösung unterschiedlich große Sensoren. Der Großteil der Kameras mit kleineren Sensoren wird mit sogenannten C-Mount oder eventuell CS-Mount-Optiken verwendet. Das C-Mount-Anschlussgewinde hat einen tatsächlichen Durchmesser von 1 Zoll, also 25,4mm und einer Gewindesteigung von 1/32 Zoll.
Die in Standard-Kameras verwendeten Sensoren sind deutlich kleiner und bewegen sich zwischen 4 bis 16mm Bilddiagonale. Auch diese Sensor-Größen werden mit Zoll-Angaben angegeben. So hat der 1-Zoll-Sensor eine Diagonale von 16mm.
Die Zollangaben für CCD- und CMOS-Sensoren sind nur historisch zu erklären: Bildaufnahmeröhren von Fernsehkameras wurden bis Mitte der 80er Jahre verwendet und waren den Ende der 60er Jahre erfundenen CCD- oder CMOS-Sensoren lange überlegen.
Der eigentliche Bildwandler der Röhrenkameras befand sich in einer Vakuumröhre aus Glas, und die verschiedenen Bildaufnahmeröhren wurden unter anderem nach dem Außendurchmesser des Glaskolbens klassifiziert. Die Diagonale der lichtempfindlichen Fläche im Innern der Röhre war naturgemäß kleiner und betrug etwa zwei Drittel des Außendurchmessers. Entsprechende CCD-Sensoren, die die Kathodenstrahlröhren ersetzen sollten, mussten genau diese Fläche abdecken. Ein CCD, dessen lichtempfindliche Fläche einer 1/2-Zoll-Röhre entspricht, wurde daher als 1/2-Zoll-Sensor bezeichnet, auch wenn dies nicht den tatsächlichen Abmessungen der heute üblichen CCD- bzw. CMOS-Sensoren entspricht.
Industriekameras mit Auflösungen von 640x 480 Pixeln verwenden heute meist 1/3"-Sensoren, Kameras mit 2 bis 5 Megapixeln 1/2"-Sensoren. Sensoren mit 5 oder 8 Megapixel haben meist 2/3", Kameras mit 12 bis 24 Megapixel haben oft 1" oder 1.2" Sensoren.
Generell ist der Trend zu beobachten, dass im Massen-Kameramarkt die Sensoren immer kleiner werden. War Ende der 80er Jahre ein Standard-VGA-Sensor teilweise noch 2/3" groß, ist dieser heute noch 1/3". Die Miniaturisierung ist eine Folge verbesserter Herstellungsprozesse, die kleinere lichtempfindliche Flächen ermöglichen bei (hoffentlich) vergleichbarer Leistung. Es erlaubt den Herstellern eine größere Anzahl von Sensoren zu einem günstigeren Preis aus einer Wafer-Scheibe herzustellen. So hat ein Sensor mit 1/3" nur noch etwa 40% der Fläche eines 1/2"-Sensors und ist entsprechend preiswerter.
Wichtig: Sollten Sie bei einem Kameramodell die Wahl zwischen einem größeren und kleineren Sensor haben, wählen Sie bitte den die größere Variante, wenn Sie:
- z.B. Präzisionsmessungen oder feinste Oberflächenprüfungen machen, bei denen möglichst wenig Kamera-Rauschen das Ergebnis verfälschen darf.
- lichtkritische, schnelle Anwendungen mit kurzer Belichtungszeit planen.
- Farbkameras benutzen, die evtl. Monochromkameras ersetzen sollen und ebenfalls nicht besonders viel Licht zur Verfügung steht, da diese bis zu 3-4x mehr Licht als ein vergleichbarer Monochrom-Sensor benötigen.
Großformatige Sensorgrößen von Flächen- oder Zeilenkameras
Bei hochauflösenden Flächen- oder Zeilenkameras kommen auch deutlich größere Sensoren mit Abmessungen von mehreren Zentimetern zum Einsatz. Die Abmessungen dieser Sensoren sind in der Regel nicht genormt und ergeben sich aus der Auflösung und der Pixelgröße der Sensoren. Hier ist alles erlaubt und nur durch das Budget begrenzt.
Eine Zeilenkamera mit 2048 Pixeln bei 10µm Pixelgröße hat eine Zeilenlänge von 20,48mm, bei 14µm Pixelgröße ist der Sensor schon 28,6mm lang. Ab 20mm Sensordiagonale ist der C-Mount Objektivanschluss nicht mehr verwendbar.
Diese Kameras verwenden dann typischerweise das Nikon-Bajonett (F-Mount) oder M42 bis M72 als Objektivanschluss. Erst jetzt können hochauflösende Sensoren mit großen Pixeln verwendet werden, um Zeilenkameras mit bis zu 12k Pixeln oder Flächenkameras mit bis zu 16 Mio. Pixeln zu bauen.
Auch hochauflösende Flächenkameras mit hochauflösenden Sensoren bis 250 Megapixel haben heute sehr große Bildwandler. Diese erfordern oft Kameras mit M42- oder M72-Anschlussgewinde.
Pixelgrößen eines industriellen Kamera-Sensors
Mit der Miniaturisierung der Sensoren werden auch die Pixelgrößen immer kleiner. Sensoren von Consumer-Kameras (8 bis 12 Megapixel für 200 Euro) haben heute Pixelgrößen von meist 1,7 µm, die lichtaktive Fläche pro Pixel ist also nur etwa 3 µm2 groß. Dies führt bei nicht optimalen Lichtverhältnissen zu einem stärkeren Sensorrauschen. Für die Qualitätskontrolle mit Kameras ist dies völlig inakzeptabel.
Moderne industrielle BV-Kameras (C-Mount) mit Auflösungen von VGA bis 24 Megapixel haben in der Regel Pixelgrößen von 2,74 bis 3,45 µm (Sony Pregius S Gen. 4, Sony Pregius Gen.2 ) und liefern damit deutlich bessere Signalergebnisse. Wenn Sie möglichst rauscharme Bilder und präzise Messergebnisse benötigen, achten Sie auf möglichst große Sensorpixel, auch wenn diese Kameras etwas teurer sind!
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