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Optik

Objektiv


Damit ein Objekt von einer Kamera aufgenommen werden kann, wird ein Objektiv benötigt. Je nach dem welches Linsensystem in einem Objektiv verbaut ist, wird ein entsprechendes Bild durch die reflektierenden Lichtstrahlen auf der Bildebene des Kamera-Chips abgebildet.

 

Die Abbildung wird von mehreren Faktoren beeinflusst:

  • Linsenradien
  • Abstände zwischen den Linsen
  • Abstand zw. Objektiv und Objekt (Arbeitsabstand)
  • Abstand vom Objektiv zum Sensor

Das Verhältnis zwischen Bild (Objektabbild auf dem Sensor) und dem Objekt selber wird als die Vergrößerung bezeichnet.

Funktionsweise eines Objektives

  

Durch die Auswahl der Brennweite des Objektives wird der Abbildungsmaßstab definiert. Das heißt, das Verhältnis des Objektabbildes zum Objekt.

 

Es gibt zwei Arten von Objektiven, das Festbrennweitenobjektiv und das Zoomobjektiv.

Bei einem  Festbrennweitenobjektiv sind die Linsensysteme unveränderlich in einem festen Abstand zueinander verbaut. Sie haben einen fixen Mindestarbeitsabstand (MOD). Aufgrund der festen Brennweite verfügen diese Objektive über einen relativ festen Vergrößerungsbereich.

In der Bildverarbeitung stehen Arbeitsabstand und Vergrößerung meist fest und werden nicht verändert, daher werden hauptsächlich Objektive mit fester Brennweite verwendet.

  Zoomobjektive besitzen eine Fokusiereinheit, diese Objektive verändern ihre Brennweite indem ein Teil des Objektives bewegt werden. Zoomobjektive sind mechanisch oft weniger stabil und sind somit für exakte Messungen nicht unbedingt geeignet.

Kriterien für Optiken

Die Wahl des richtigen Objektives ist direkt abhängig vom Sensor der verwendeten Kamera. Die Parameter Chipgröße und Pixelgröße sind in Bezug auf die Auswahl von Bedeutung.

 • Sensorgröße  -  Bildkreisdurchmesser

    das Objektiv muß die kpl. Sensorfläche ausleuchten, um eine Vignettierung (Abschattung) im Bild zu vermeiden.

• Pixelgröße  -  optische Auflösung

   Je besser die optische Auflösung des Objektives, desto feiner können die Strukturen übertragen werden.

• Objektivauflösung  -  Abbildungsmaßstab

   Um Details an einem Objekt besser auflösen zu können und eine eindeutige Kantenerkennung zu haben, sollten diese Details auf ca. 4 Pixel abgebildet werden.

 

Sensorgröße:

Das Objektiv muß mindestens für die Sensorgröße (Angabe immer in Zoll) ausgelegt sein, wie die Größe des verwendeten Sensors der Kamera. Es kann jedoch auch eine Kamera mit kleinerem Sensor verwendet werden.

 

Zudem gibt es noch Begrifflichkeiten die eine wichtige Rolle im Zusammenhang mit Objektiven spielen.

 

Brennweite:

Die Brennweite einer Optik  bezeichnet den Abstand zwischen der optischen Bezugsebene (Hauptebene) und dem Punkt, in dem die Lichtstrahlen (unendlich) in einem einzelnen Punkt gebündelt werden (Brennpunkt).  Hinter diesem Punkt befindet sich die Bildebene auf dem der Kamera-Sensor liegt.

  

Vergrößerung:

Das Verhältnis von Bild- zu Objektgröße beschreibt die Vergrößerung der Optik und steht dabei in direktem Bezug zur Brennweite des Objektives und dem Arbeitsabstand.

 

Schärfentiefe:

Die Schärfentiefe ist ein Maß für einen Bereich, in dem die Abbildung des Objektes als scharf angesehen wird. Dieser wird von vielen Faktoren beeinflusst, jedoch hauptsächlich von der gewählten Blende. Je kleiner die Blendenöffnung, desto größer ist die Schärfentiefe.

Tiefenschärfe inkl. Beispiel

 

   


Vignettierung


Homogenität der Ausleuchtung

Alle Bilder haben einen Intensitätsabfall, beginnend vom Bildmittelpunkt zum Rand. Verursacher dieses Phänomens sind u.a. die Objektive. Hinsichtlich dieser Beeinflussung muss bei der Wahl des Objektives darauf geachtet werden.

Bei jedem Objektiv fällt die Bildhelligkeit zum Rand hin ab. Der Grund hierfür kann zwei Ursachen haben. Der Erste Grund ist die Optik selbst und zum Zweiten kann es auch am Sensor liegen.

Mechanische Vignettierung

Bei der mechanischen Vignettierung wird der Strahlengang im Randbereich mechanisch durch begrenzende Fassungsteile der Optik abgeblendet. Dies ruft eine Abschattung der Bildränder hervor. Die Abschattung tritt meist dann auf, wenn der Bildkreis oder die Größe der Optik zu klein für den Sensor sind.

Vignettierung

Cos4-Vignettierung

Alle Optiken werden von der sogenannten Cos4-Vignettierung beeinflusst. Die Ursache hierfür ist der physikalisch bedingte Lichtverlust durch längere Wege und flache Winkel im Randbereich.


Sensorabschattung

Bei Verwendung von Mikrolinsen wird das einfallende Licht sammeln und es auf den aktiven Pixelbereich fokussieren. Es gibt aber auch Bedingungen, die das auftreffende Licht in einem flachen Winkel auf den Sensor fallen lässt und ein Teil des Lichts dadurch gebrochen wird, so das er nicht mehr auf den aktiven Teil des Sensors fällt.

Sensorabschattung

 

 

 

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