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MFT-Objektive für die industrielle Bildverarbeitung

Während in der Industrie viele Objektive mit festgeschraubter Blende und Fokus arbeiten, hat sich im Consumerbereich mit MFT (Micro Four Thirds) bereits ein leistungsfähiger Objektivstandard mit steuerbaren Objektiven etabliert. Die Frage ist nur, ob dieser auch für die industrielle Bildverarbeitung geeignet ist?

Die EXO304 Tracer mit MFT-Bajonett bietet durch die Möglichkeit Fokus, Zoom und Blende individuell zu steuern, neue Perspektiven für die Bildverarbeitung. (Bild: SVS-Vistek GmbH)

Vor knapp zehn Jahren stellten Olympus und Panasonic den Micro Four Thirds (MFT)-Standard für spiegellose Kameras der Öffentlichkeit vor. Der Standard definiert die Rahmenbedingungen, um kompakte (Consumer-) Kamerasysteme mit Wechselobektiven zu bauen. Mittlerweile unterstützen namhafte Optikhersteller wie J.Schneider, Carl Zeiss oder Sigma den Standard.

Ziele von MFT

Um die (spiegellosen) Kamerasysteme kompakt zu halten wurde der Bildkreis auf 21,63mm festgelegt und der Abstand Objektivbajonett-Sensor deutlich verringert. Die Steuerung der Objektive erfolgt über Aktoren im Objektiv (jedes Objektiv hat einen Prozessor) mit elf im Bajonett innenliegenden Kontakten. MFT in Machine Vision: Die Optikhersteller von Machine-Vision-Optiken sind mit den großformatigen Sensoren mit hoher Auflösung (z.B. Sony IMX304 mit 1,1″ und 12MP) konfrontiert. Jeden Monat kommen neue Objektive auf den Markt, dennoch sind Auflösungen von 12MP oder besser noch selten und meist auch teuer. MFT und MTF: Klassisch erfolgt die Messung der Auflösung über die Auswertung der MTF (Modulations-Transfer-Funktion). Ein genaues Studium von Machine-Vision-Objektiven offenbart zum Bildrand hin oft deutliche Schwächen in der Abbildungsleistung. Dieser Faktor gewinnt an Dramatik, da die Kameras immer höher auflösen mit kleineren Pixeln und größerer Fläche. Ein großer IMX304-Sensor befindet sich mit seiner 17,52mm Diagonale noch bequem im Bildkreis der MFT-Spezifikation. Für diese Spezifikation liefern große Optikhersteller exzellente und sehr gut dokumentierte MFT-Objektive mit hervorragender MTF bis an den Bildrand. Asphärische Objektive mit niedrig brechenden Gläsern sind hier Standard. MFT und CMOS: CMOS-Sensoren finden zunehmend Verbreitung, gerade die Sony-IMX-Sensoren versprechen hohe Qualität. Fast alle CMOS-Sensoren arbeiten zur Erhöhung der Lichtempfindlichkeit (und besseren Flächenabdeckung) mit Mikrolinsen. Hierbei hat jedes einzelne Pixel seine eigene Optik. Für diese Mikrolinsen-Optik sollte der Einfallswinkel des abbildenden Strahles optimalerweise senkrecht zur Sensorebene stehen. Je größer die Sensordiagonale, desto schräger treffen die Strahlen bei konventionellen Objektiven an den Rändern des Sensors auf. Die Folge ist ein Lichtverlust oder Shading bei großen Sensoren. Moderne MFT-Objektive sind meist bildseitig telezentrisch aufgebaut und sorgen so für eine gleichmäßige Ausleuchtung über den gesamten Sensor hinweg. Natürlich könnte man das radiale Shading auch in der Kamera ausgleichen, aber wer will schon seinen teuren Dynamic Range an ein Objektiv-Shading opfern?

Mechanische Zuverlässigkeit

 Moderne MFT-Objektive sind meist seitig telezentrisch aufgebaut und sorgen so f?r eine gleichm??ige Ausleuchtung ?ber den gesamten Sensor hinweg. (Bilder: SVS-Vistek GmbH)

Moderne MFT-Objektive sind meist seitig telezentrisch aufgebaut und sorgen so für eine gleichmäßige Ausleuchtung über den gesamten Sensor hinweg. (Bilder: SVS-Vistek GmbH)

MFT-Objektive haben auch Nachteile. In vielen Machine-Vision-Applikationen wird eine Optik einmal eingestellt und so soll sie dann auch bleiben. Ein variabler Fokus stellt da ein Unsicherheitsfaktor dar. Oftmals ist der Autofokus jedoch abschaltbar. Der normale Anwender behandelt seine Technik nicht immer gut. Dennoch erwiesen sich Objektive in nicht repräsentativen Tests als erstaunlich robust und fokussierten auch nach über einer Millionen Focusvorgängen noch einwandfrei (siehe inVision 2/14). Moderne magnetische Lager und enge Toleranzen bei der Serienfertigung überzeugen. Zudem ist das Angebot breit, Brennweiten von 7 bis 300mm stehen bereits zur Verfügung. Machine Vision verlässt mittlerweile den Bereich des Anlagenbaus mit seinen statischen Geometrien in der Abbildung. Immer öfter sind neue Konzepte gefragt, die mit einem gesteuerten Objektiv (Fokus, Zoom, Blende) elegant zu lösen sind, weil die Objektabstände eben nicht mehr statisch wie auf dem Fließband sind, sondern immer wieder neu für jedes Objekt justiert werden müssen. Machine-Vision-Kameras wie die EXO304 Tracer mit MFT-Bajonett bieten hier neue Möglichkeiten. Für Industrie 4.0 mit dem Ansatz Losgröße 1 und vorsichtig agierenden Robotern (Beschleunigungswerte) ist eine individuell steuerbare Optik von Vorteil.

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Die EXO304 Tracer mit MFT-Bajonett bietet durch die Möglichkeit Fokus, Zoom und Blende individuell zu steuern, neue Perspektiven für die Bildverarbeitung. (Bild: SVS-Vistek GmbH)


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