STEMMER IMAGING

Bevor wir die Vorteile dieser Funktion erklären, schauen wir uns noch kurz an, warum es wichtig ist, die Blendenöffnung zu variieren.

Ein Grund ist natürlich die Kontrolle der Lichtmenge, die eine Optik passieren kann. Aber wussten Sie auch, dass sich damit nicht nur die Bildhelligkeit regeln lässt?

Auch die Schärfentiefe (Depth of Field – DOF), der Abstand zwischen den nächsten und den am weitesten entfernten Objekten im Fokus (ohne Objektivanpassung), wird durch die Größe der Blendenöffnung beeinflusst.

Je kleiner die Blendenöffnung, desto größer die Schärfentiefe.

Gehen wir noch einen Schritt weiter: Die Größe der Blendenöffnung hat auch Auswirkung auf die Fokustiefe (Depth of Focus) …

 

 

Was ist der Unterschied zur Schärfentiefe?

Die Fokustiefe ist der Bereich, in dem der Sensor bewegt werden kann und dabei eine ‘akzeptable’ Scharfstellung erreicht wird (während das Objekt in derselben Position bleibt).

Der Effekt ähnelt der Schärfentiefe, wobei eine kleinere Blendenöffnung eine größere Fokustiefe bewirkt ... und umgekehrt.

Mithilfe der Auto-Iris-Funktion passt sich die Blendenöffnung des Objektivs automatisch an die Lichtverhältnisse an. Die Software initiiert die Änderung mittels einer Steuerung, die mit der Blende verbunden ist und sie entsprechend öffnen und schließen kann.

In einem “DC-Iris”-System befindet sich die Schalttechnik, die das Signal umwandelt und die Blendenöffnung steuert, im Inneren der Kamera. Bei “Video Iris” ist sie im Objektiv selbst. Da diese Steuerungen eine kontinuierliche Signalstärke benötigen, arbeiten sie nicht korrekt, wenn die Kamera unregelmäßig getriggert wird, wie es in den meisten Bildverarbeitungssystemen der Fall ist.

Dieses Verfahren reagiert lediglich auf veränderte Lichtverhältnisse. So kann es zwar die Lichtmenge, die auf den Sensor trifft, steuern, aber andere Bildqualitäten, wie z.B. die Schärfentiefe lassen sich damit nicht kontrollieren.

 

 

Aber warum sollte man ständig die Blende ändern? Es reicht doch, die Blende so klein wie möglich zu setzen und schon klappt es auch mit der Schärfentiefe.

Ja, das wäre großartig … aber leider ist es nicht möglich. Man bräuchte nämlich eine unglaublich lange Verschlusszeit. Außerdem würde die Diffraktion zu einem limitierenden Faktor werden.

Diffraktion ist eine leichte Beugung des Lichts, wenn es ein Objekt passiert. Sie entsteht durch Interferenzen der Lichtwellen, die an einem Objekt vorbeilaufen.

Stellen Sie sich jeden Punkt an der Wellenfront als eine neue Quelle für eine kreisförmige Welle vor. Gibt es zwei auf jeder Seite, so heben sich die Auswärtsrichtungen gegenseitig auf und die Wellen laufen einfach weiter, solange keine Interferenz (z.B. aufgrund eines Hindernisses) auftritt.

Das Licht, das direkt neben den Kanten der Blendenlamellen verläuft, wird gebeugt. Je kleiner die Blendenöffnung desto größer die Menge an Licht, die gebeugt wird. Folglich nimmt dabei die Bildschärfe ab.

Nach dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem sollte der Radius des Unschärfekreises etwas größer sein als die Hälfte der Pixelgröße. Demnach sollte die Größe des Unschärfekreises die Größe eines Pixels etwas übersteigen.

Deshalb sind Kameras mit kleinen Pixeln in Applikationen, die eine große Schärfentiefe benötigen, unvorteilhaft. Je kleiner die Pixel, desto weniger fehlerverzeihend ist der Unschärfekreis.

Beim anderen Extrem, wenn die Blendenöffnung zu groß ist, können Aberrationen (Abweichungen) wie z.B. die chromatische oder die sphärische Abweichung die Bildqualität beeinträchtigen.

In den meisten Objektiven erfährt das Licht, das durch die Mitte der Linse fällt, eine andere Vergrößerung als das Licht, das auf die Kanten trifft.

Die liegt an der sphärischen Form, da die Oberfläche derartiger Linsen die Form eines Kugelausschnitts hat. Deshalb weisen Bilder, die mit einer sphärischen Linse erzeugt werden, zu den Kanten hin mehr Unschärfe auf.

Asphärische Linsen tun das nicht, aber sie sind ziemlich teuer in der Herstellung.

Erfahren Sie mehr dazu in unseren Grundlagen zum Thema Abbildungsfehler von Optiken.

Das P-Iris-Verfahren wurde entwickelt, um genau diese Nachteile zu überwinden.

Es steuert nicht nur automatisch die Blendenöffnung, um die Lichtmenge auf den Sensor zu regulieren …

... sondern es verbessert dabei gleichzeitig die Bildqualität.

Anders als beim Auto-Iris-Verfahren verwenden die Objektive, die das P-Iris-Verfahren einsetzen einen Schrittmotor zur Steuerung der Blende. Dieser ermöglicht eine wesentlich präzisere Steuerung, die exakte Bewegung in bestimmte Positionen und die permanente Rückmeldung der Position an die Software. Die vorgegebenen Positionen, die sog. Blendenzahlen (im Englischen f-numbers genannt), sind Punkte, an denen die Optik am besten, d.h. mit minimaler optischer Verzerrung, in den gegenwärtigen Umgebungsbedingungen arbeitet. Aus der Kombination aus präziser Steuerung und Anpassung an die Kamerasoftware resultiert die optimale Bildqualität. Jedoch müssen die Einstellungen (Gain, Belichtung und Blende) exakt austariert sein, da sich Extremwerte ungünstig auswirken können.

... alles unter Berücksichtigung möglicher Effekte durch Diffraktion und Abbildungsfehler (dabei werden auch Extremwerte bei der Blendenöffnung vermieden).