Kameraparameter und Sensoreigenschaften

•Der Sensor besitzt prinzipbedingt keine Belichtungszeit (siehe auch Funktionsweise des uEye HDR-Sensors: Belichtung).

•Das Auslesen der Pixelwerte erfolgt beim NSC0806 zeilenweise (rolling readout). Durch den leichten zeitlichen Versatz zwischen dem Auslesen einer Zeile und der nächsten kann der sogenannte Rolling-Shutter-Effekt auftreten (siehe auch Funktionsweise des uEye HDR-Sensors: Auslesemethode).

•Empfohlener Pixeltaktbereich 10–15 MHz. Bei einem Pixeltakt von mehr als 20 MHz kann es zu einer leichten horizontalen Bildunschärfe kommen.

•Nur GigE uEye Kameras: Um den Dynamikumfang der HDR-Bilder voll nutzen zu können, sollten die Bilder mit 12-Bit-Bittiefe übertragen werden.

•In Situationen mit extremer Helligkeit können in den hellsten Bildstellen schwarze Pixel auftreten. Dabei handelt es sich um einen physikalischen Effekt der CMOS-Technologie. Schließen Sie die Blende etwas, um diesen Effekt zu vermeiden.

Anpassung des Kontrasts (Schwarzwert/Weißwert bzw. Verstärkung)

•Der Schwarzwert des Sensors verschiebt sich bei höherer Betriebstemperatur nach unten. Um eine Übersteuerung des Schwarzwertes zu verhindern, sollten Sie die automatische Korrektur immer aktivieren oder der Schwarzwert manuell auf 255 setzen (siehe is_Blacklevel()).

•Bei der Verwendung der automatischen Verstärkung (Gain) können höhere Verstärkerwerte als bei manueller Einstellung erreicht werden. Weiße Bildwerte (255) werden nur bei automatischer Verstärkung erreicht (siehe is_SetAutoParameter()).

•Die Werte für die automatische Verstärkung und die automatische Schwarzwert-Korrektur werden kameraintern aus dem Histogramm des vorherigen Bildes ermittelt. Um die automatische Anpassung auch im Triggermodus verwenden zu können, müssen daher jeweils zwei Bilder nacheinander eingezogen werden.

•Die Verstärkung (Gain) arbeitet auf digitaler Basis mit 14 Bit Bittiefe. Die Verwendung von Verstärkungsfaktoren über 4x erzeugt auch bei 12 Bit Übertragung fehlende Stufen im Histogramm und wird daher nicht empfohlen.
Um die Sensorrohdaten unkorrigiert zu übertragen müssen die Funktionen zur automatischen Verstärkung (is_SetAutoParameter()) deaktiviert werden. Setzen Sie außerdem die Verstärkung auf 0 (siehe is_SetHardwareGain()) und den Schwarzwert (Blacklevel) auf 255 (siehe is_Blacklevel()).

Auswahl von Objektiven

•Der Sensor besitzt eine hohe Empfindlichkeit im nahen Infrarotbereich. Um im sichtbaren Bereich eine hohe Bildschärfe zu erreichen, sollte die Kamera mit einem IR-Sperrfilter ausgestattet sein. Standardmäßig werden uEye HDR-Kameras mit dem HQ-IR-Sperrfilter ausgeliefert (siehe Filterarten).

•Durch den extrem hohen Dynamikumfang des HDR-Sensors treten in Objektiven immer vorhandene Linsenreflexionen deutlicher hervor als bei der Verwendung herkömmlicher Sensoren. An unvergüteten Linsen kann die Reflexion mehr als 4 % der einfallenden Lichtmenge betragen. Das so reflektierte Licht wird an folgenden Linsenelementen wieder gespiegelt und tritt schließlich als störender Lichtfleck auf dem Bild in Erscheinung. Um auf Kameras mit HDR-Sensoren gute Ergebnisse zu erzielen, müssen die einzelnen Linsenelemente des Objektivs mit einer hochwertigen Antireflexbeschichtung versehen sein.

Blitzbetrieb und gepulste Beleuchtung

Da HDR-Sensoren wie der NSC0806 nicht wie herkömmliche Sensoren Ladungen integrieren, ergeben sich Einschränkungen beim Blitzbetrieb.

•Beim Auslesen des Sensors wird exakt die momentan auf jedem Pixel einfallende Lichtmenge gemessen. Deshalb muss ein Blitz während der kompletten Auslesedauer aktiv sein, um das vollständige Bild zu erhellen. Bei einem Sensor mit rolling readout müsste also die Lichtquelle während der kompletten Auslesezeit (t = 1/Bildrate) leuchten, um das Bild gleichmäßig aufzuhellen, was bei Hochleistungsblitzen in der Regel nicht möglich ist.

•Eine weitere Auswirkung der fehlenden Integration auf dem Sensor ergibt sich bei schnell gepulstem Licht, wie es bei LED- und Laserlichtquellen oder beim Lichtbogenschweißen auftritt. Die durch das Pulsen bedingten Helligkeitsschwankungen der Lichtquelle werden als Hell-Dunkel-Übergänge im Bild sichtbar, deren Abstand von der Frequenz der Lichtquelle abhängt.

Darstellung und Verarbeitung von HDR-Bildern

Es wird empfohlen, in Anwendungen zur Bildverarbeitung keine Kontrastanpassung vorzunehmen. Um den Dynamikumfang der HDR-Bilder voll nutzen zu können, sollten die Bilder mit 12 Bit Bittiefe übertragen werden. So lassen sich per Software die relevanten Bildbereiche in bestmöglicher Qualität weiterverarbeiten.

Mit HDR-Sensoren aufgenommene Bilder können bei der Bildschirmdarstellung kontrastarm erscheinen. Wenn HDR-Bilder ausschließlich zur Visualisierung verwendet werden sollen, empfiehlt es sich, eine Kontrastanpassung in der Kamera durchzuführen. Diese kann manuell über die Funktionen "Schwarzwertkorrektur" und "Verstärkung" durchgeführt oder vom uEye Treiber automatisch eingestellt werden. Bei der automatischen Anpassung wählt der Treiber den Schwarz- und Weißpunkt so, dass die Helligkeitswerte des Bildes optimal auf das Histogramm gestreckt werden.

Die Anpassung des Schwarzwerts erfolgt immer in der Kamera und wirkt sich nicht auf die Bildqualität aus. Beim Öffnen einer uEye HDR-Kamera sind die automatische Anpassung des Schwarzwerts sowie die kamerainterne Weißwertanpassung standardmäßig aktiviert. Weitere Informationen zu HDR finden Sie im Whitepaper "High Dynamic Range Imaging: Bilder und Sensoren" auf unserer Webseite.