Wie man die Schärfe einer Kamera mit einem Siemensstern misst
Es gibt verschiedene Methoden zur Messung der optischen Auflösung oder Schärfe einer Kamera. Eine der einfachsten Methoden ist die Schärfemessung mit einem Siemensstern. Dieses Muster besteht aus hellen „Speichen“ auf einem dunklen Hintergrund, die von einem gemeinsamen Zentrum ausstrahlen und nach außen hin breiter werden. In einem perfekten optischen System treffen die Speichen scharf im Zentrum zusammen. In einem unvollkommenen System verschwimmen die Speichen ab einer bestimmten Entfernung vom Zentrum.
Um die Schärfe manuell zu bestimmen, kann man den Radius messen, bei dem das Moiré-Muster deutlich sichtbar wird, und diesen auf die folgende Formel anwenden:
Räumliche Frequenz = Anzahl der Linien / (2 x Radius x pi)
Da hyperspektrale Lichtfeldkameras jedoch aus Dutzenden oder sogar Hunderten von Objektiven bestehen, ist eine automatisierte und standardisierte Lösung erforderlich.
Wie die Schärfe einer Kamera mit der Slanted Edge-Methode gemessen wird
In der ISO-Norm 12233 definiert, misst die Slanted Edge-Methode die Modulation Transfer Function (MTF) als Funktion der räumlichen Frequenz des Bildes. Bei dieser Methode wird ein schrägkantiges Ziel von der Kamera erfasst, und ein benutzerdefinierter Bereich von Interesse wird ausgewählt. Der Prozess wird hier detailliert beschrieben:
Wir haben diese Methode für den Einsatz mit unseren hyperspektralen Kameras angepasst. Diese Methode wird in unseren internen Qualitätskontrollprozessen eingesetzt, um die Schärfe aller unserer Kameras sicherzustellen. Für jedes Objektiv der hyperspektralen Lichtfeldkamera berechnen wir zunächst die Edge Spread Function (ESF) und leiten daraus die MTF ab. Aus der MTF können wir die maximale theoretische Auflösung der Kamera in Mikrometern bestimmen.
Ergebnisse
Die Schärfemessung mittels der Slanted Edge-Methode ist ein Standardwerkzeug für die Qualitätskontrolle bei allen Cubert-Kameras. Diese Methode stellt sicher, dass alle unsere Geräte ihre maximale Leistung erbringen. Anbei sind typische Ergebnisse unseres Ultris X20-Modells dargestellt. Wir erreichen eine sehr hohe Bildqualität mit einer Auflösung von 7,2 µm, was vergleichbar ist mit dem Pixelabstand von 6,4 µm des ULTRIS X20-Sensors.
Abb. 3 und 4: Für jeden Kanal berechnen wir die Edge Spread Function (ESF), die die Modulation Transfer Function (MTF) in Linien pro mm generiert.
Abb. 5: Plot of the measured maximum objective resolution of one sample ULTRIS X20. The pixel size of the camera is 6.4 micrometers. With a mean resolution of 7.26 micrometers the objective delivers near perfect image reproduction.
Über den Autor
Dr. René Heine ist Mitgründer und CEO der Cubert GmbH, einem führenden Unternehmen im Bereich der Echtzeit-Spektralbildgebung. Seit der Gründung im Jahr 2012 prägt René maßgeblich die technologische Ausrichtung und das Wachstum von Cubert. Er promovierte in Physik an der Universität Ulm mit Auszeichnung und arbeitete während seiner Studienzeit auch an der Harvard Medical School. Mit seinem fundierten Wissen in Physik und seiner Vision für innovative Bildgebungstechnologien treibt René die Entwicklung bahnbrechender Lösungen bei Cubert voran.
