Leuchtdichteaufnahmen von zwei unterschiedlichen Messobjekten – links ohne Streulichtkorrektur und rechts mit Streulichtkorrektur
STREULICHTKORREKTUR
Application Note – Streulichtkorrektur
Diese Seite zeigt eine Zusammenfassung der Application Note. Thema des Dokuments ist die Streulichtkorrektur von Leuchtdichtemesskameras und ihr Einfluss auf die Messergebnisse hinsichtlich des Kontrasts.
Was ist Streulicht?
Streulicht ist ein immer auftretendes Phänomen in optischen Geräten. Es beschreibt das Licht, welches von den Oberflächen innerhalb sowie außerhalb des Geräts gestreut als auch reflektiert wird und in Folge dessen zu ungewollten Abbildungen auf dem Sensor führt.
In dem nachfolgenden Video wird am Beispiel einer LED-Messung gezeigt, wie Streulicht die Messwerte in den dunklen Bildbereichen beeinflusst und wo es entsteht. Die gelben Strahlen stellen dabei die eigentlichen (idealen) Strahlenverläufe dar, wohingegen die roten Strahlen ungewollte Reflexionen und Streuungen zeigen. In Summe führen diese ungewollten Anteile zu einem zusätzlichen Signal auf dem Sensor, dass nicht von der Quelle stammt, ihr aber fälschlicherweise zugeordnet wird.
Lade Player...
Was ist der Unterschied zwischen dem Dynamikbereich und dem Kontrast?
Die beiden Begriffe "Dynamikbereich" und "Kontrast" werden oft verwechselt. Der Dynamikbereich ist definiert als der mögliche Wertebereich für ein bestimmtes Pixel, einschließlich der Sättigung und verschiedener Integrations- oder Belichtungszeiten. Der Kontrast ist der Unterschied zwischen zwei Bereichen in einem Bild.
Die LMK kann sehr helle Quellen wie eine helle LED oder die Sonne mit einer sehr hohen Genauigkeit messen. Die LMK kann auch sehr niedrige Werte von 1 cd/m² mit hoher Genauigkeit messen, wie z.B. dunkle Symbole oder die reflektierte Leuchtdichte einer Straße bei Nacht. Im ersten Fall ist die Integrationszeit sehr kurz (~ 100 μs), und im zweiten Fall beträgt die Integrationszeit Sekunden, ohne dass der Sensor übersättigt wird. Dies entspricht einem Dynamikbereich von 1:10 000 000. Ein Kontrast von 1:10 000 000 würde jedoch bedeuten, dass die gleichzeitige Messung desselben dunklen Symbols, das sich neben der Sonne befindet, möglich wäre. Das System müsste genaue Messergebnisse der Sonne mit mehreren Mcd/m² und des Symbols mit nur 1 cd/m² im selben Bild liefern, was wegen des Streulichts physikalisch unmöglich ist. Die Messergebnisse des Symbols werden also falsch sein.
Ergebnisse mit Streulichtkorrektur
Der Einfluss des Streulichts kann durch die Verwendung von Antireflexionsbeschichtungen und gut gestalteten Blenden im Objektiv minimiert werden. Aber selbst eine gute Antireflexionsbeschichtung hat immer noch etwa 0,5% Reflexion pro Oberfläche. Über alle Linsen ergibt sich so selbst in einem sehr guten Objektiv schnell ein Gesamtstreulicht von 1% oder mehr. TechnoTeam verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Messung von kontrastreichen Bildern sowohl in der Produktentwicklung als auch in der Produktion. Durch die Entwicklung innovativer Kalibrierungsmethoden, Streulichtmodelle und Korrekturalgorithmen ist es uns gelungen, die Auswirkungen von Streulicht erheblich zu reduzieren.
In den folgenden Bildern gehen die Werte in der Dunkelzone mit dem korrigierten System von 30 cd auf 3 cd bzw. von 30 cd/m² auf 3 cd/m² zurück.
Qualitätsindizes zur Quantifizierung des Kontrasts
Die CIE244:2021 stellt mehrere Qualitätsindizes zur Charakterisierung von Kamerasystemen vor. In Bezug auf den Kontrast sind die relevanten Indizes f23, f24 und f25.
| Beschreibung | Standard System | High-contrast system | |
|---|---|---|---|
| f23 | Wirkung des Umgebungsfeldes | 1:1 000 | 1:2 000 |
| f24 | Streulichteinfluss für negativen Kontrast | 1:100 | 1:2 000 |
| f25 | Kantenfunktion | 1:1 500 | 1:15 000 |
Während die meisten Hersteller nicht bereit sind, solche Qualitätsindizes für ihre Systeme offenzulegen, tut TechnoTeam dies freiwillig. Im Vergleich zu anderen Kamerasystemen haben wir festgestellt, dass die LMK einen etwa 10× höheren Kontrast messen kann.
Zusammenfassung
Diese Application Note erklärt, was Streulicht ist, seine Ursache und seinen Einfluss auf die Messergebnisse. Seit fast zwei Jahrzehnten konzentriert sich TechnoTeam auf die Erzielung höchster Leistung durch sorgfältige Analyse und aufwendige Optimierung aller Komponenten und der Prozesse, um unserem Motto „High precision measurement“ gerecht werden zu können.
