Kategorie Archiv: C

Chromatische Abberation

In der Fotografie bezeichnet die chromatische Aberration (auch mit CA abgekürzt) einen Abbildungsfehler optischer Linsen, der dadurch entsteht, dass Licht unterschiedlicher Wellenlänge oder Farbe verschieden stark gebrochen wird. Dies kann zu einem Farbquerfehler führen, der sich vor allem an Bildrändern in grünen und roten bzw. blauen und gelben Farbsäumen an Hell-Dunkel-Übergängen äußert. Ebenso können Farblängsfehler in Form unterschiedlicher Verfärbungen vor und hinter der Fokusebene entstehen.

apochromatische Aufnahme eines Gebäudes

Vergleich eines Motivs ohne und mit chromatischer Aberration, in diesem Fall einem Farbquerfehler.

Bildquelle: Wikimedia Commons (unbearbeitet)
Lizenz: Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

 

Da beim Digitalisieren solche Farbfehler dringend vermieden werden sollen, arbeiten unsere Systeme mit einem chromatisch-korrigierten Objektiv, das dieses Phänomen ausgleicht. Andernfalls würden zum Beispiel bei schwarzen Buchstaben farbliche Fragmente an den Kanten sichtbar werden, der Scan würde nicht dem Original Bild entsprechen.

CRI

CRI (Color Rendering Index) beschreibt in Zahlen, inwieweit künstliches Licht dem natürlichen Licht ähnelt. In der Farbenlehre ist Weiß der Maximalausschlag von Rot, Grün und Blau. In der Natur ist das perfekte Weiß erreicht, wenn mittags die Sonne senkrecht auf die Erde fällt, also keine Wellenbereiche in die Atmosphäre weggebrochen werden. In diesem Fall sprechen wir von einem CRI von 100. Reflexionen finden dagegen abends und morgens statt: Der Himmel färbt sich rot, da die Blauanteile des Lichtes an der Atmosphäre weggebrochen werden.

Bei Buchscannern versucht man bei der Lichtquelle möglichst nahe an den Wert 100 zu kommen. In der Regel wird ein CRI von 80-95 erreicht. Dieser Wert ist aber nicht allein für die Qualität des Lichtes verantwortlich. Nur in Verbindung mit der Farbtemperatur ergeben sich valide Aussagen. Die Werte können außerdem auch in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebstemperatur der Lichtquelle schwanken.

Flächensensor / CMOS versus CCD

Es gibt zwei Arten von Bildsensoren für Industriekameras auf dem Markt: CCD- und CMOS-Sensoren.

Sowohl CCD-Sensoren (Charge Coupled Device) als auch CMOS-Sensoren (Complementary Metal Oxide Semiconductor) wandeln Licht (Photonen) in elektrische Signale (Elektronen) um. In Bezug auf die Leistung haben CMOS-Sensoren mittlerweile CCD-Sensoren nicht nur eingeholt, sondern überholt. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Sensortypen liegt in ihrem technischen Design.

Vergleichen wir zunächst die Funktionsweise der beiden Sensortypen:

Kamerasensoren verwenden Bildelemente, die als „Pixel“ bezeichnet werden, um Licht zu erfassen. Eine beliebte Analogie, wenn es um Pixel geht, besteht darin, sich eine Reihe von Eimern vorzustellen, die Regenwasser sammeln.

Den Unterschied macht, wie der Sensor ausgelesen wird!

Flächensensor Eimer Analogie

CCD-Sensoren lesen jedes Pixel nur sequentiell aus.

In unserer Analogie wird Wasser wie bei einer altmodischen Feuerwehr von einem Eimer zum nächsten gegossen, bis es gemessen wird.

CCD Sensor Eimer Analogie

CMOS-Sensoren lesen jedes Pixel parallel aus. Dadurch können CMOS-Kameras 100-mal schneller auslesen als vergleichbare CCD-Kameras.

CMOS Sensor Eimer Analogie

Resultierend aus der integrierten Auswerteelektronik bieten CMOS -Sensoren im Vergleich zu CCD folgende Vorteile:

– Sehr hohe Bildraten im Vergleich zu einem CCD gleicher Größe
– Deutlich geringerer Stromverbrauch
– Artefakte, d.h. unbeabsichtigt erzeugte Unterschiede zur Bildquelle, wie Blooming und Smearing, wie sie für CCD typisch sind, treten nicht auf.
– Geringerer Lichtbedarf: Empfindliche historische Dokumente und Bücher können besonders schonend digitalisiert werden, da die Lichtintensität bei der Aufnahme erheblich reduzierte werden kann
– Aufgrund des flexiblen Auslesens durch direkte Adressierung der einzelnen Pixel bieten CMOS-Sensoren mehr Möglichkeiten für Binning und Partial Scan/ROI
– Geringere Baugröße der Kamera, da die Auswertelogik auf demselben Chip (System on a Chip) integriert werden kann