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Der preiswerte Turbo

Optische Filter für Bildverarbeitungssysteme

Auf der Suche nach der optimalen Lösung wird mit Beleuchtungsarten, Lichtfarben, Objektiven und Kameras experimentiert. Die einfachsten Mittel werden aber oft übersehen. Dabei gehören optische Filter zu den unkompliziertesten und preiswertesten Möglichkeiten, Bildqualität, Reproduzierbarkeit und Prozesssicherheit von Bildverarbeitungssystemen zu verbessern.
Digitale Kameras sind in der Lage, den Nah-Infrarot-, UV-Bereich und den sichtbaren Wellenlängenbereich abzubilden. Dieses breite Spektrum voll auszunutzen und gleichzeitig Ungenauigkeiten auszuschließen, die aufgrund von Unterschieden der Lichtintensität und -homogenität entstehen, kann eine Herausforderung darstellen. Um CMOS- und CCD-Kameras für industrielle Bildverarbeitungsanwendungen fit zu machen, ist der Einsatz von Filtern, die auf diese Anforderungen zugeschnitten sind, ein Muss.

Unterschied Industrie- und Fotofilter

Seit über 100 Jahren benutzen Fotografen Filter, um Reflexionen zu reduzieren, die Farbbalance auszugleichen und den Kontrast in S/W-Aufnahmen zu verbessern. Allerdings erfüllen fotografische Filter, die für Filmkameras entwickelt wurden, bei Weitem nicht die Ansprüche, die Industriekameras stellen. Daher wurden die Fotofilter in den Industriebereich übertragen und für die Bildverarbeitung weiterentwickelt. Die spektrale Empfindlichkeit von Foto-Filmen liegt im sichtbaren Spektrum, also zwischen 400 und 700nm Wellenlänge. Ungefilterte CCD- und CMOS-Sensoren sind auch außerhalb des sichtbaren Spektrums empfindlich und haben somit eine höhere Gesamtempfindlichkeit bei wenig Licht. Um diese Kameras für Bildverarbeitungsanwendungen zu optimieren sind optische Filter sehr gut geeignet. Die Filter sind speziell dafür ausgelegt, das Potenzial der digitalen Sensoren voll auszunutzen und UV-, NIR- oder sichtbare Lichtanteile effektiv zu betonen oder zu sperren. Auf diese Weise werden die gewünschten Objektcharakteristiken besser hervorgehoben.

Anforderungen und Design

Der ideale Bildverarbeitungsfilter sollte unmittelbar den Kontrast erhöhen und Schwankungen im Umgebungslicht langfristig ausgleichen können. Bandpassfilter-Designs sollten daher standardmäßig mit einer AntiReflexionsbeschichtung ausgeliefert werden, um eine hohe Transmission des gewünschten Lichtspektrums und eine hohe Absorption des unerwünschten Wellenlängenbereiches zu gewährleisten. Bei Objektiven mit kurzen Brennweiten ist der Lichteintrittswinkel sehr groß. Da sich bei Filtern die Transmissionswellenlänge je nach Lichteinfallswinkel verschieben kann, kommt es unter Umständen zu Vignettierung, also einem Abfall der Bildhelligkeit zum Bildrand hin. Spezielle Filter wirken diesem Effekt entgegen und werden daher bevorzugt bei Objektiven mit kurzen Brennweiten eingesetzt.

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