Bildwinkel & Auflösung

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Busso Scholz
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1 Whitepaper HD-Kameraserie 4500/4900 Bildwinkel & Auflösung Deutsch Rev /

2 1 Zusammenfassung Dallmeier HD-Kameras der Serie 4500 / 4900 liefern Bilder in hoher Qualität bei Auflösungen von bis zu 3 Megapixel ( ). Es muss jedoch beachtet werden, dass sich je nach eingestellter Auflösung und somit verwendeter Sensorfläche der nutzbare Bildwinkel bei gegebener Brennweite verändert. Dieses Dokument beschreibt, wie der nutzbare Bildwinkel mit der verwendeten Sensorfläche und der Objektivbrennweite in Verbindung steht. 2 Gültigkeit Dieses Dokument ist gültig für die folgenden Dallmeier HD-Kameras: DF4500HD DF4900HD DDF4500HDV DDF4900HDV Die Ausführungen in diesem Dokument basieren auf der Software-Version Spezifikationen 3.1 Sensor Die folgenden Sensorspezifikationen gelten für die oben genannten Kameras: Sensorspezifikationen Format 1/2,5" (4:3) Aktive Sensorgröße 5,70 mm (H) 4,28 mm (V), 7,13 mm diagonal Aktive Pixel 2592 (H) 1944 (V) Pixelgröße 2,2 μm 2,2 μm Farbfilteranordnung RGB Bayer-Matrix Tabelle 1: Sensorspezifikationen 3.2 Objektiv Standardmäßig ist folgendes Objektiv an die Kameras DDF4500HDV und DDF4900HDV angebracht oder optional verfügbar für die Kameras DF4500HD und DF4900HD: Objektivspezifikationen Format 1/2" Typ Megapixel Varifokal-Objektiv Brennweite 4 10 mm Blendenbereich F Max. Bildwinkel 94,8 69,0 37,3 28,0 Sonstiges DC Autoiris Tabelle 2: Objektivspezifikationen 2

3 HINWEIS: Das Objektivformat darf nie kleiner sein als das Sensorformat, da dies zu Randabschattungen bzw. Vignettierung im Bild führen würde. Vielmehr sollte das Objektivformat möglichst größer als das Sensorformat gewählt werden, da die Abbildungsqualität eines Objektivs vom Zentrum seiner optischen Achse zu den äußeren Rändern hin abnehmen kann (z. B. durch Randlichtabfall). Der in den Objektivspezifikationen angegebene Bildwinkel gibt üblicherweise den maximalen Bildwinkel (oder zutreffender den Erfassungswinkel ) an, den das Objektiv bei Einstellung auf unendlich mit annehmbarer Qualität abbilden kann, und ist nicht abhängig von der Sensorgröße. Der tatsächlich nutzbare Bildwinkel einer Kamera hängt jedoch auch mit der verwendeten Sensorfläche zusammen. 3.3 Bildauflösungen Je nach verwendetem Kameramodell können folgende Bildauflösungen eingestellt werden: Pixel / Pixel (D1 NTSC / D1 PAL) Pixel (720p) Pixel (1080p) Pixel (2 MP) Pixel (3 MP) Abhängig von der eingestellten Bildauflösung wird ein bestimmter Bereich der gesamten Sensorfläche (durch On-Chip Windowing ) zur Bilderfassung verwendet, wie in folgender Abbildung veranschaulicht wird: (Sensor: 5,70 mm 4,28 mm; 7,13mm diagonal) (3 MP) (720p) (2 MP) (1080p) (D1) Abb. 1: Verwendete Sensorbereiche bei unterschiedlichen Bildauflösungen 3

4 Standardmäßig entspricht die Auflösung des ausgegebenen Bildes der Auflösung der verwendeten Sensorfläche. Durch spezielle Subsampling-Methoden (Skipping und/oder Binning) entspricht die verwendete Sensorfläche bzw. die Eingabeauflösung bei D1 und 720p jedoch nicht, wie zu erwarten wäre, der Ausgabeauflösung, sondern unterscheidet sich deutlich. 3.4 Bildwinkel Die folgende Tabelle zeigt die nutzbaren Bildwinkel bei den jeweiligen Bildauflösungen: Bildwinkel (H V) Brennweite Auflösung * ** f = 4 mm 61,4 43,2 70,3 43,2 55,6 33,1 47,5 36,5 58,8 45,8 f = 10 mm 26,7 18,0 31,4 18,0 23,8 13,6 20,0 15,0 25,4 19,2 Tabelle 3: Bildwinkel bei jeweiligen Bildauflösungen * Durch Column Skip 3 (horizontales Skipping), Row Bin 3 (vertikales Binning) ** Durch Column Bin 2 (horizontales Binning), Row Bin 2 (vertikales Binning) Für mehr Informationen zu Skipping und Binning siehe Abschnitt Subsampling auf Seite 5. 4 Berechnungen Der Bildwinkel α kann mit folgender Formel berechnet werden in der Annahme, dass das Objektiv auf unendlich fokussiert ist: arctan bezeichnet die Umkehrfunktion des Tangens oder tan 1. d gibt die Abmessung der genutzten Sensorfläche in mm an (vertikal, horizontal oder diagonal). Um beispielsweise den horizontalen Bildwinkel α H zu berechnen, muss die horizontale Abmessung (Breite) d H der genutzten Sensorfläche eingesetzt werden. f gibt die festgelegte Objektivbrennweite an. 4

5 Beispiel: Zur Berechnung des horizontalen Bildwinkels α H bei einer Brennweite f von 4 mm, einer horizontalen Auflösung von 1920 Pixel und einer Pixelbreite von 2,2 μm (wie in den Sensorspezifikationen angegeben), wurden die folgenden Gleichungen verwendet: 5 Subsampling Standardmäßig entspricht die Ausgabeauflösung der vollen Breite und Höhe der genutzten Sensorfläche wie in Abb. 1 veranschaulicht. Für die Auflösungen D1 und 720p werden spezielle Subsampling-Methoden angewendet, um die Ausgabeauflösung zu reduzieren ohne den nutzbaren Bildwinkel zu verringern. 5.1 Skipping 5.2 Binning Skipping (to skip = überspringen) reduziert die Ausgabeauflösung, indem nur ausgewählte Pixel der genutzten Sensorfläche im ausgegebenen Bild verwendet werden. Ganze Zeilen und Spalten werden übersprungen bzw. nicht ausgelesen. Im 2 Skipping-Modus wird beispielsweise jeweils ein Pixelpaar (zwei benachbarte Pixel der Bayer-Farbmatrix) pro ausgegebenen Pixelpaar übersprungen. Im 3 Skipping-Modus werden jeweils zwei Pixelpaare pro ausgegebenen Pixelpaar übersprungen. Beachten Sie, dass Zeilen und Spalten immer paarweise ausgelesen werden. Binning (to bin = gruppieren, zusammenfassen) arbeitet in Verbindung mit Skipping und reduziert die Ausgabeauflösung durch Kombination und Mittelung von zwei oder drei benachbarte Zeilen oder Spalten (Zusammenfassung der Ladung benachbarter Pixel derselben Farbe). Binning kann Aliasing-Artifakte, die durch Skipping auftreten können verringern, die Lichtempfindlichkeit verbessern und das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) steigern. 5

6 5.3 Auslesen der Pixel 720p (Column Bin 2, Row Bin 2 ) Grau dargestellte Spalten/Zeilen werden zusammengefasst, weiß dargestellte Spalten/ Zeilen werden ausgelesen. Verwendete Sensorpixel: Ausgelesene Pixel: Ausleserichtung Spalten R G R G R G R G Ausleserichtung Zeilen G B G B G B G B R G R G R G R G G B G B G B G B R G R G R G R G G B G B G B G B R G R G R G R G G B G B G B G B Abb. 2: Pixel-Auslesemethode bei 720p 6

7 D1 NTSC (Column Skip 3, Row Bin 3 ) Grau dargestellte Spalten/Zeilen werden übersprungen/zusammengefasst, weiß dargestellte Spalten/Zeilen werden ausgelesen. Verwendete Sensorpixel: Ausgelesene Pixel: Ausleserichtung Spalten Ausleserichtung Zeilen Abb. 3: Pixel-Auslesemethode bei D1 HINWEIS: Aus technischen Gründen wird nur 3 vertikales Binning unterstützt. Für 3 horizontales Binning wird stattdessen 3 horizontales Skipping angewendet. 7

8 Technische Änderungen, Irrtümer und Druckfehler vorbehalten Dallmeier electronic Dallmeier electronic GmbH & Co.KG Cranachweg Regensburg Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0)

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