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Wenn Augenblicke zählen

On- und Offboard-Highspeed-Kameras beim Crashtest

Hochgeschwindigkeitskameras spielen im Crashtest-Umfeld eine zentrale Rolle. Umfangreiche Tests stellen höchste Anforderungen an die eingesetzten On- und Offboardkameras.

 Bei Schlittentests m?ssen Onboardkameras erh?hte Anforderungen hinsichtlich mechanischer Stabilit?t und Standhaftigkeit gegen?ber Vibrationen und G-Shock gen?gen. (Bild: AOS Technologies AG)

Bei Schlittentests müssen Onboardkameras erhöhte Anforderungen hinsichtlich mechanischer Stabilität und Standhaftigkeit gegenüber Vibrationen und G-Shock genügen. (Bild: AOS Technologies AG)

Hochgeschwindigkeitskameras werden in der Unfallforschung bereits seit den späten sechziger Jahren eingesetzt. Die Arbeit mit den damals filmbasierten Kameras war jedoch aufwendig. Anfangs der neunziger Jahre waren die ersten digitalen Highspeedkameras marktreif. Sie waren unhandlich, gross und schwer. Zwar war die erreichbare Auflösung von 128x128p bei 1.000fps nicht überwältigend, aber die Funktion Instant Playback brachte in den Testabteilungen erhebliche Vorteile, denn die Aufnahmen waren sofort abspielbar. Die ersten digitalen Kameras basierten meist auf CCD-Technologie. Sie waren zwar lichtempfindlich, hatten aber erhebliche Nachteile wie etwa Blooming, d.h. ein Überschwappen von Ladung auf benachbarte Pixel. Mitte der neunziger Jahre folgten dann die ersten CMOS-Sensoren, die den Siegeszug der heutigen Hochgeschwindigkeitskameras einleiteten. Die Sensoren, das Herzstück heutiger Kameramodelle, wurden in punkto Pixel und Bildgeschwindigkeit immer leistungsfähiger. In den letzten zehn Jahren hat die Performance bezüglich Bildqualität, Aufnahmegeschwindigkeit und Baugrösse der Highspeed-Kameras enorme Fortschritte gemacht.

Heutige Crashtests

Crashtestanwendungen lassen sich grob in die Kategorien Schlitten- und Crashtests gliedern. Bei Schlittentests werden Komponenten auf einem Schlitten geprüft. Diese Anwendungen zeichnen sich durch eine hohe Repetitionsrate der Tests aus und verlangen von den Off- und Onboardkameras höchste Zuverlässigkeit und schnelle Turnaroundzeiten. Bei Crashtestanwendungen (Full-scale Size Crash Tests) werden ebenfalls Kameras on- und offboard eingesetzt. Diese sind vielfältig und reichen von größeren Typen mit Auflösungen von Full-HD bei 2.000fps bis zu kleinsten Kameras von nur einigen cm³ Volumen, die z.B. unter der Haube in der Nähe der Lenksäule verbaut werden. Für Detailaufnahmen werden dagegen oft Auflösungen von 800x600p bei 1.000fps verwendet. Für grössere Innenraumaufnahmen sind es Auflösungen von 1.280×104 bis 1.920×1.080p bei jeweils 1.000 bis 1.500fps. Kameras, die in Crashtests zum Einsatz kommen, müssen ausgesprochen zuverlässig sein und in der Testumgebung umfassend integriert werden können. Die meisten Kameras verfügen über einen CMOS-Sensor, eine Steuereinheit mit Interface für die Abarbeitung der Befehle und ein eingebautes RAM-Memory für die Bilddaten der Aufnahme. Diese Bilddaten werden nach der Zwischenspeicherung in der Kamera meist auf einen PC übertragen. Viele Crashtests werden zusätzlich mit Motion-Analysis-Software und zunehmend auch in 3D ausgewertet. So kommen verschiedene Kameras aus unterschiedlichen Blickrichtungen zum Einsatz. Diese Kameras müssen bildsynchron aufnehmen, denn nur so sind aussagekräftige 3D-Analysen und Resultate möglich.

Onboard- und Offboardkameras

 Die Miniatur-Onboardkamera Micro-G1 im Gr?ssenvergleich (Bild: AOS Technologies AG)

Die Miniatur-Onboardkamera Micro-G1 im Grössenvergleich (Bild: AOS Technologies AG)

Bei Crashtests werden einerseits robust gebaute, stationäre Offboardkameras eingesetzt, die nicht im Testfahrzeug montiert werden und die den typischen Anforderungen einer Industrieumgebung genügen. Andererseits gelangen Onboardkameras zum Einsatz. Diese sind idealerweise frei von beweglichen Teilen wie Lüfter, da Vibrationen einen Einfluss auf ein stehendes Bild haben können und die Messwerte dadurch verfälscht werden. Onboardkameras müssen zudem erhöhten Anforderungen hinsichtlich mechanischer Stabilität und Standhaftigkeit gegen Vibrationen und G-Shock genügen, treten in Crashtests doch Kräfte bis zu 100G (teilweise sogar bis 150G) auf. Im Onboardbereich werden folglich kleine bzw. kompakte und angesichts der hohen Beschleunigungen möglichst leichte Kameras bevorzugt. Diese beinhalten vorzugsweise eingebaute Stützbatterien, damit sie für eine gewisse Zeit autonom funktionieren. Es kann vorkommen, dass während eines Tests z.B. ein Kabel durchgetrennt oder abgerissen wird. Genau dann sind meistens exakt diese Aufnahmen von Interesse. Dabei sichern die eingebauten Batterien den Erhalt der Aufnahme. Anforderungen an zukünftige Kameras sind z.B. eine höhere Lichtempfindlichkeit oder noch kleinere Bauweisen. Zudem sollten sie Protokollen gemäss standardisierten Normen (z.B. GigE Vision) genügen. Ferner gilt es aus Kundensicht, die Investitionskosten für Highspeedkameras so attraktiv wie möglich zu gestalten.

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