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Was man beachten muss!

Beleuchtung für Zeilenkamera-Anwendungen – Teil 2/2

Teil 2 unserer Miniserie zum Thema optimale Beleuchtungslösungen beschäftigt sich mit den Themen Arbeitsabstände, Modullänge, LEDs sowie Polarisation und gibt zudem einige nützliche Praxistipps.

Unterschiedliche Arbeits- abstände

Ist ein flaches Objekt mit bekanntem und fixem Abstand zu beleuchten, ist die Auswahl der notwendigen Fokussierung relativ einfach. Aber wie sieht es aus mit variierenden Abständen, wenn das Objekt keinen genau definierten Abstand zum Licht hat oder die Oberfläche nicht flach ist? Der Einsatz von Reflektortechnik ermöglicht eine bessere Lichtverteilung über die Tiefe. Bild 1 verdeutlicht die Vorteile der Reflektortechnik. Für eine optimale Bilderfassung wird eine homogene Lichtverteilung in der Länge, Breite und Tiefe benötigt. Probleme in der Farbwiedergabe, die bei der Bildaufnahme mit weißen LEDs vorkommen, resultieren häufig aus chromatischen Linsenfehlern, wenn z.B. Stablinsen zur Fokussierung von Licht eingesetzt werden. Wenn der Abstand vom Objekt zur Kamera und zur Beleuchtung variiert, stellt die schwankende Bildhelligkeit üblicherweise eine Herausforderung für die Bildverarbeitung dar. Durch die Wahl des richtigen Reflektors kann über einen großen Bereich eine gleichmäßige Helligkeit erzeugt werden. Einige Beleuchtungssysteme fokussieren z.B. das Licht der LED über eine speziell patentierte Reflektortechnologie und vermeiden dadurch chromatische Fehler bei unterschiedlichen und schwankenden Arbeitsabständen. Die Y-Achse in Bild 2 zeigt die relative Helligkeit bei unterschiedlichen Abständen.

Die richtige Modullänge

Jedes Objektiv verursacht im Rohbild einen Helligkeitsabfall von der Mitte zum Bildrand. Der Helligkeitsverlust ist proportional dem Wert von cos4 (phi), wobei phi der gemessene Winkel von der optischen Achse (Bildmitte) ist. Bild 3 zeigt den Helligkeitsverlust über den Bildwinkel, ausgehend von der Bildmitte. Deshalb ist es ratsam, auf den Einsatz von großen Bildwinkeln bzw. Weitwinkelobjektiven zu verzichten. Der zu erwartende Helligkeitsverlust würde direkt das Rauschen im Bild zum Bildrand hin erhöhen. Weiterhin nimmt die Beleuchtungsstärke von Zeilenbeleuchtungen am Rand ab. Während ein Punkt in der Mitte von beiden Seiten gleichmäßig Licht erhält, wird ein Punkt am Rand immer mehr nur einseitig beleuchtet. Deshalb ist es notwendig, die Länge der Beleuchtung in Abhängigkeit von der Länge des Objektes und vom Abstand der Beleuchtung zum Objekt zu wählen. Es ist empfehlenswert, Beleuchtungsmodule zu verwenden, die länger als das Objekt sind. Je größer die Entfernung zwischen der Beleuchtung und dem Objekt ist, desto größer sollte das Modul sein. Um hinreichende Beleuchtungsbedingungen zu erhalten, kann folgende Formel angewandt werden: IL=FOV+2*D – FOV=Field Of View, D=Distance (Licht zu Objekt).

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