Denis Bulgin, In Press PR Ltd. für Stemmer Imaging
In den meisten industriellen Applikationen werden Festbrennweitenobjektive mit fixem Mindestarbeitsabstand (MOD) eingesetzt, da dieser Parameter meist unveränderlich bleibt. Da sie für einen definierten Aufbau gewählt wurden, liefern sie dafür die beste Qualität. Alternativ gibt es Festbrennweitenobjektive mit Fokussiereinheit, bei denen der MOD geringfügig variiert werden kann. Aufgrund der festen Brennweite verfügen diese Objektive über einen verhältnismäßig statischen Vergrößerungsbereich. Für eine erhöhte Stabilität sorgen Metallgehäuse, die für den allergrößten Teil der Bildverarbeitungsobjektive Standard sind.
Grundsätzliche Überlegungen bei der Objektivwahl
Die Wahl des richtigen Objektivs ist direkt abhängig vom Sensor der verwendeten Kamera. Dabei sind in Bezug auf die Optikauswahl vor allem die Parameter Chipgröße und Pixelgröße von Bedeutung. Das Objektiv muss in der Lage sein, die komplette Sensorfläche auszuleuchten, um Vignettierungen (Abschattungen) im Bild zu vermeiden. Zudem muss das Objektiv in der Lage sein, die Pixelgröße aufzulösen. Je besser die optische Auflösung des Objektivs, desto feinere Strukturen können übertragen werden. Ein Maß für die optische Qualität ist dabei die sogenannte Modulationstransferfunktion (MTF) des entsprechenden Objektivs. Sie beschreibt mathematisch den Vergleich zwischen dem Detailkontrast an den Kanten eines Objektes und dem Detailkontrast von dessen bildlicher Darstellung. Um ein Detail am Objekt auflösen zu können und eine eindeutige Kantenerkennung zu gewährleisten, sollte dieses Detail auf etwa 4 Pixel abgebildet werden.
Somit hängt der benötigte Abbildungsmaßstab direkt von der gewünschten Objektauflösung beziehungsweise der Pixelgröße ab. Eine perfekte Linse würde ein Bild erzeugen, das dem Objekt inklusive aller Details und Helligkeitsschwankungen exakt entspricht. In der Praxis ist dies jedoch nicht möglich, da eine Linse wie ein Tiefpassfilter wirkt. Die Abschwächung einer gegebenen Frequenz oder eines Details wird mittels der MTF klassifiziert. Bei jeder Linse gibt es einen Punkt, an dem der Kontrast den Wert Null erreicht. Diese Grenze wird als Auflösungsgrenze bezeichnet und üblicherweise in Linienpaaren pro Millimeter (lp/mm) angegeben. Das Spektrum an Sensorformaten und Auflösungen von Bildverarbeitungskameras ist enorm, und zusammen mit der Fülle an Anwendungsmöglichkeiten, ergibt sich eine große Auswahl an Objektiven, einschließlich Spezialobjektiven.
Die gebräuchlichsten Objektivarten
Der gebräuchlichste Typ von Objektiven für Sensoren mit einer Auflösung von weniger als einem Megapixel sind die Universalobjektive, die in festen Standardbrennweiten von 4,5 bis 100 mm zur Verfügung stehen. Diese Objektive sind für eine unendliche Fokussierung optimiert und weisen je nach Hersteller eine MTF von 70 bis 90 lp/mm mit geringer Verzeichnung und Vignettierung auf. Objektive mit kürzeren Brennweiten erzeugen normalerweise Bilder mit Fischaugeneffekt.
