Kategorie Archiv: Glossar

Blooming

Unter Blooming versteht man einen Effekt, der häufig bei älteren, digitalen Kameras mit CCD-Sensor auftritt. Üblich für diesen Effekt sind helle Punkte und Streifen auf dem Bild, die durch überbelichtete Stellen entstehen, da die Pixel des Sensors nur in der Lage sind, eine bestimmte Ladungsmenge aufzunehmen. Die überflüssige Ladungsmenge wird daher an benachbarte Pixel abgegeben, wodurch helle Flecken in Form von Streifen entstehen.

 

 

 

 

 

Der weiße Streifen unterhalb der Sonne ist ein Resultat des Bloomig-Effekts. Hingegen kommt der rundliche weiße Fleck um die Sonne durch Streuung des Lichts in der Atmosphäre und Optik zustande und hat nichts mit Blooming zu tun.

Bildquelle: Wikimedia Commons Lizenz: Public domain 

Was kann man dagegen tun? Im Sensor können sogenannte Anti-Blooming-Gates angebracht werden, welche überschüssige Ladung abgeben. Dabei verringert sich jedoch die Empfindlichkeit aufgrund höherer Pixelgröße. Bei langen Belichtungszeiten kann daher eine Überbelichtung entstehen, da bereits zum Abfließen von Ladung kommt, bevor eine Speicherzelle voll ist. CCD-Sensoren werden eher selten mit diesen Gates versehen, denn diese werden bevorzugt bei lichtempfindlichen Aufnahmen eingesetzt.

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.

DPI

DPI heißt „Dots per Inch“, also (Druck)-Punkte pro Zoll, und beschreibt die Punktdichte. 300 DPI bedeutet, dass ein Drucker 300 winzige Tintenpunkte ausgibt, um jeden Zoll des Drucks auszufüllen. Die Punktdichte ist bei der Bildreproduktion ein Maß für die Detailgenauigkeit einer gerasterten visuellen Darstellung und damit einer der Qualitätsaspekte des technischen Wiedergabeverfahrens. Dabei handelt es sich um die drucktechnische Auflösung, mit der Druckdaten auf ein Trägermedium aufgetragen werden. Die DPI-Zahl hängt vom verwendeten Drucker ab.

Im allgemeinen Sprachgebrauch wird zwischen DPI und PPI nicht mehr unterschieden. Tatsächlich werden selbst im Fachjargon von Mediengestaltern die Begriffe weitgehend synonym verwendet. PPI beschreibt die Auflösung in Pixel in einem digitalen Bild, wohingegen DPI die Anzahl der Druckpunkte in einem gedruckten Bild beschreibt.

Ergonomie

Ergonomie ist „die Wissenschaft von der Gesetzmäßigkeit menschlicher bzw. automatisierter Arbeit“ Sie setzt sich zum Ziel, eine gute Arbeitsatmosphäre zu schaffen und die Arbeitsbedingungen so zu gestalten, dass gesundheitliche Belastungen vermieden werden.

Vor allem im Büro- und Produktionsbereich, bei überwiegend sitzender oder stehender Tätigkeit vor dem Bildschirm oder an Maschinen, ist die ergonomische Gestaltung des Arbeitsplatzes von großer Bedeutung. Hier sollte die Umgebung, insbesondere Arbeitsplatzkomponenten wie Stühle, Tische, Tastaturen, Bildschirme oder Bedientasten, an die Bedürfnisse und körperlichen Vorgaben des arbeitenden Menschen angepasst werden. Durch angestrengtes Sehen, blendendes Licht oder Fehlhaltungen können bei Dauerbelastung erhebliche gesundheitliche Schäden entstehen.

Ergonomie zieht sich daher auch bei book2net als roter Faden durch die Entwicklung aller Scansysteme. Anwenderfreundliche Software, schnelle Datenverarbeitung, blendfreie Beleuchtung und ergonomisches Design erleichtern dem Benutzer das Arbeiten an den Geräten. Dadurch werden körperliche Belastungen minimiert und Digitalisierungsprojekte optimiert:

Insbesondere unsere Produktions- und Großformatscanner sind mit hohem Bedienkomfort konzipiert, Dadurch ist eine entspannte, produktive Arbeit über viele Stunden hinweg garantiert:

– Die Geräte können als Sitzarbeitsplatz bedient werden
– Die Arbeitshöhe kann über Stellfüße angepasst werden
– Die Bedienung kann komfortabel entweder per Hand- und / oder Fußschalter erfolgen
– Die regulierbare LED-Beleuchtung sorgt für ein blendfreies Arbeiten

Filter

Ein Filter ist in der Regel eine dünne transparente Scheibe aus Glas oder Kunststoff, die vorne am Objektiv angebracht wird, um das Bild bereits bei der Aufnahme zu verändern. Es gibt Filter mit speziellen Aufgaben, um das Bild zu verbessern, und es gibt Filter, die Fotografen kreative Möglichkeiten bieten, z.B. Farb- oder Verlaufsfilter. Zu ersteren gehören unter anderem Infrarot- oder UV-Filter, die dafür sorgen, dass weder UV- noch Infrarot-Licht durch die Optik auf den Sensor gelangt und so das Bild nachteilig verfärbt. Auch Polfilter sind oft nützlich, da sie Reflexionen und Überstrahlungen vermeiden können. So wird ein Informationsverlust in den besagten Bereichen vermieden.

Ein wichtiges Einsatzgebiet von Filtern ist insbesondere die Multispektralfotografie, da mit Hilfe der Filter unterschiedlichste Lichtwellenlängen selektiert und gezielt  auf den Sensor gebracht werden können.

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

Fokus

Der Fokus oder auch Brennpunkt beschreibt in der Physik die Stelle eines optischen Systems, an dem sich die Lichtstrahlen nach dem Durchlaufen der Optik schneiden. An diesem Punkt werden also die Informationen, die vorher parallel gelaufen sind, zentriert und somit vollumfänglich erfasst. Meistens wird der Begriff Fokus verwendet, um zu sagen, dass etwas optimal scharf dargestellt wird. Je nach Gerät und System erfolgt die Bestimmung des Fokus punktuell, mittig oder selektiv.

Bei unseren Systemen wird der Fokus über die gesamte Scanfläche mittels einer Kontrastmessung bestimmt. Dort wo der Kontrast am höchsten ist, ist die optimale Schärfeebene, also der Fokus. Durch die Betrachtung der gesamten Scanfläche wird sichergestellt, dass auch die Randbereiche optimal scharf sind und nicht nur die Vorlagenmitte.

Konservatorisch

Im Bereich des Kulturgutschutzes bezeichnet konservatorisch alle Maßnahmen, die dazu dienen, die Authentizität kunst- und kulturhistorisch wichtiger und schützenswerter Werke zu untersuchen, zu dokumentieren, zu bewahren und zu erschließen, ohne dabei irreversible Eingriffe vorzunehmen, die dem Objekt schaden oder es massiv verändern. 2000 wurden die Richtlinien für die Präventive Konservierung im Dokument von Vantaa festgelegt http://konservierung-restaurierung.de/Dokument_von_Vantaa.pdf

Der konservatorische Umgang ist eine Präventivmaßnahme zur Sicherung des Objektes und seines Schutzes vor Zerstörung, sei es durch Katastrophen, Kriege oder klimatische Einflüsse, und der Vermeidung daraus resultierender restauratorischer Eingriffe. Zugleich kann eine fachgerechte Restaurierung jedoch auch für eine dauerhafte Bewahrung eines Objektes zwingend notwendig sein. 

Im musealen und archivierenden Bereich umfassen die konservatorischen Maßnahmen für ausgestellte und gelagerte/deponierte Objekte vor allem die Gewährleistung und Steuerung eines stabilen Raumklimas hinsichtlich Temperatur und Luftfeuchtigkeit sowie die Minderung von Licht- und Schadstoffemissionen.

Im erweiterten Sinn ist auch die Digitalisierung von Kulturgut als konservatorische Maßnahme zu verstehen. Sie ermöglicht, dass  Objekte gesehen, untersucht und erschlossen werden können, ohne dass sie einer physischen Belastung durch Transport, Exposition oder Benutzung unterliegen. Zugleich muss aber der Digitalisierungsprozess selbst konservatorischen Anforderungen genügen und darf zu keiner Schädigung der Objekte führen.

book2net - konservatorische Buchwippe

Moderne Scansysteme zur Digitalisierung von Kulturgütern müssen daher zwingend über den Objekten angemessene konservatorische Komponenten verfügen. Dazu zählen u.a. ein regulierbares, schonendes Beleuchtungssystem, abriebvermeidende Auflageflächen, konservatorische Buchwippen mit Buchrückenfreistellung und einstellbarem Öffnungswinkel, steuerbare Andruckverfahren mit Spezialglas sowie Spezialzubehör zur sorgsamen Handhabung.

Lichtempfindlichkeit

Hohe Lichtintensität kann bei empfindlichen Kunstwerken, insbesondere bei Werken aus Papier, wie Graphiken, Handschriften oder Bücher,  zu unwiederbringlichen Schäden führen. Abhängig von Zeitdauer und Lichtstärke werden durch die Exposition biochemische Prozesse gestartet, die den organischen Alterungsprozess beschleunigen und zu Strukturveränderung von Papier, Tinte und Farbe führen.

Daher ist bei der Digitalisierung solcher Objekte zwingend auf ein konservatorisches Beleuchtungssystem zu achten. Bei herkömmlichen Verfahren wie der Zeilensensortechnik, die eine Lichtstärke bis zu 14.000 Lux benötigt, besteht ein sehr hohes Risiko, dass wertvolle Objekte Schaden nehmen können. Dagegen gewährleistet die von uns eingesetzte CMOS-Sensortechnologie eine besonders schnelle und schonende Erfassung der Vorlagen. Speziell entwickelte Light-Control-Module bieten darüber hinaus die Möglichkeit, die Beleuchtung entsprechend der konservatorischen Vorgaben anzupassen und bis auf eine Lichtintensität <= 2500 Lux zu reduzieren.

Machine Vision

In Ergänzung zur konventionellen und künstlerischen Fotografie gibt es den großen Bereich der industriellen Fotografie, für den spezielle Machine-Vision-Kameras konzipiert werden. Dieses Segment hat sich in den letzten Jahren sehr stark entwickelt und ist der Innovationsmotor für Sensortechnik geworden.

Mittlerweile werden jährlich 9 Milliarden Sensoren gefertigt, die Steigerungsraten betragen ca 20% pro Jahr. Bei solchen Volumina ist der Wettbewerb intensiv, ebenso die Innovationskraft.

Wesentliche Merkmale

  • Große Bandbreite von Sensoren hinsichtlich der Anzahl der Pixel
  • Die Nachfrage nach schnellen Sensoren wächst stark
  • Die schnellsten Sensoren verarbeiten mittlerweile 30000 Aufnahmen pro Sekunde
  • Es werden ausschließlich CMOS Sensoren eingesetzt; Stromverbrauch und Hitzeentwicklung sind weitaus besser. Mechanische Verschlüsse sind nicht mehr notwendig.
  • Anders als in der künstlerischen Fotografie wird Wert auf eine gleichmäßige Schärfeleistung über die gesamte Fläche gelegt.
  • Kostenintensive Innovationen sind nur mit den entsprechenden Stückzahlen zu rechtfertigen, die nur dieser Markt ermöglicht. Diese werden aber auch getätigt.
  • Machine-Vision-Kameras dienen nur einem bestimmten Zweck und einer bestimmten Aufgabe.

 

book2net X71 Digitalkamera

ANWENDUNGSBEREICHE

  • Sicherheitstechnik, Überwachung
  • Automobilindustrie
  • Produktionsüberwachung
  • Wissenschaftliche Fotografie
  • Handys
  • Luft- und Raumfahrt
  • Robotortechnik
  • Gaming

Machine-Vision-Kameras sind bei entsprechender Ausstattung generell gut für Aufgaben im Kulturbereich geeignet; Bildqualität, Performance, Preis sind im Einklang.

Die Innovationszyklen sind erfreulich kurz.