Lieferantenverzeichnis: Farbkameras (Flächenkameras)

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Lexikon: Farbkameras (Flächenkameras)

Synonyme: Farb Flächenkameras, Flächen- Farbkameras

Quelle: Baumer Optronic GmbH (oben)

Definition Farbkameras sind Systeme zur Aufnahme von zweidimensionalen Farbabbildungen durch optoelektronische Bildsensoren mit sichtbarem Licht, im Ultraviolett- oder Infrarotbereich. Der Bildsensor ist eine flächige Matrix aus einer Vielzahl von parallel angeordneten Zeilen aus lichtempfindlichen Fotodioden, was ein dem Bild entsprechendes Ladungsmuster auf der Diodenmatrix erzeugt. Da Fotodioden nur Helligkeiten, jedoch keine Farben messen können, erfolgt die Erfassung der Grundfarben Rot, Grün und Blau (RGB) über vorgeschaltete Filter auf einzelnen Pixel eines Chips oder z. B. durch die Aufsplittung der Grundfarben des Bildes mit Hilfe eines Prismas auf drei getrennte Chips. Bei CCD-Sensoren werden alle Ladungen einer Aufnahme zeilenweise seriell von einem zentralen Ausleseverstärker ausgelesen. Dagegen wird bei CMOS-Sensoren die Ladung jedes einzelnen Pixels direkt erfasst und ausgelesen. Digitale Kameras haben eine integrierte Signalaufbereitung sowie einen digitalen Signalausgang. Gängige Schnittstellenformate sind z. B. Camera-Link, USB, FireWire (IEEE1394), Gigabit Ethernet oder verschiedene Video-Formate. Flächenkameras mit analogem Signalausgang werden dagegen als Analogkameras bezeichnet. Ein funktionsfähiges Kamerasystem umfasst ein Gehäuse, CCD- oder CMOS-Bildsensor, die Signalaufbereitung und eine Schnittstelle. Das Gehäuse hat einen Anschluss für Objektive oder kann mit integrierter Optik und auch Beleuchtung ausgestattet sein. Funktionsprinzip Eine Bildaufnahme erfolgt synchronisiert mit einer Blitzbeleuchtung oder mit einer Dauerbeleuchtung. Für die Aufnahme werden alle Pixel des Kamerachips gleichzeitig belichtet, was scharfe und verzerrungsfreie Aufnahmen auch von schnell bewegten Objekten erlaubt, die die Bewegung "einfrieren". Prinzipiell kann die Aufnahme durch CCD- oder CMOS-Sensoren als Kamerachip erfolgen. Das gängigste Verfahren ein Farbbild zu generieren ist das Vorschalten eines Bayer-Filters, bei dem jeder einzelne Pixel mit einem roten, grünen oder blauen Filter versehen ist. Da das menschliche Auge empfindlicher auf Grüntöne reagierte, werden schachbrettartig verteilt 50 % grün-, 25 % rot- und 25 % blauempfindliche Pixel eingesetzt. Da für die Erfassung eines aus drei Farben zusammengesetzten Bildpunkt stets drei benachbarte Pixel beansprucht werden, sinkt die genutzte Sensorfläche rechnerisch auf ein Drittel der tatsächlichen Auflösung. Die ursprüngliche Auflösung muss daher wieder durch Interpolation, die Berechnung von Zwischenwerten, hergestellt werden. Bei der Bauart der Drei-Chip-CCD-Farbkameras bleibt die volle Auflösung der Matrix erhalten, indem ein Prisma das Licht in die drei Grundfarben zerlegt und auf drei getrennte CCD-Chips verteilt abbildet. Die drei Aufnahmen werden anschließend zu einer Gesamtaufnahme verrechnet. CCD (Charged Coupled Device)-Sensoren sind aus einer Matrix aus einzelnen lichtempfindlichen Pixeln aufgebaut. Deren Ladungen werden Zeile für Zeile über sogenannte Schieberegister in einen Auswertverstärker verschoben und dort in Spannungssignale umgewandelt. Bei CMOS-Sensoren wird jeder Pixel einzeln ausgelesen werden, was gegenüber CCD-Sensoren gleicher Größe ein schnelleres und flexibleres Auslesen ermöglicht. Funktionen wie die Belichtungskontrolle, die Kontrastkorrektur oder die Analog-Digital-Wandlung lassen sich direkt in den Chip integrieren. Einsatzbereich Farbkameras dienen als Komponenten zum Aufbau von Bildverarbeitungssystemen z. B. für die Objekterkennung, Prüfungen auf Anwesenheit und Vollständigkeit, Oberflächen- und Farbkontrollen, zur Lesung von 3D-Codes oder für Druckbildkontrollen. Sie sind universell für eine Vielzahl Farbanwendungen in der industriellen Fertigung einsetzbar wie Prüf- und Sortieraufgaben, zur Positionsbestimmung, Prozessüberwachung oder für Codelesungen. Anwenderbranchen sind der interne Betriebsmittelbau, Systemintegratoren von Bildverarbeitungssystemen oder der Sondermaschinenbau z. B. für die Automobilzuliefer- und Automobilindustrie, Elektronikhersteller, die Druckindustrie, die Nahrungs- und Genussmittel-Industrie und viele andere Branchen. Anbieter in xpertgate: Framos GmbH