Verzeichnung von Objektiven

Die Verzeichnung ist ein rotationssymmetrischer Bildfehler, der von der Bildmitte zum Bildrand hin zunimmt. Dabei tritt eine lokale Veränderung des Abbildungsmaßstabes innerhalb der Bildebene auf, was bei Messapplikationen sehr störend sein kann. Nimmt die Vergrößerung zu den Rändern des Bildfelds zu, dann wird ein Quadrat kissenförmig verzeichnet. Im umgekehrten Fall spricht man von tonnenförmiger Verzeichnung.

Verschiedene Arten von Verzeichnung

Weitwinkelobjektive in Retrofokus-Bauweise (Schnittweite größer als Brennweite) neigen zur tonnenförmigen Verzeichnung und Teleobjektive (Baulänge kleiner als Brennweite) zur kissenförmigen.

 

Bestimmung der optischen Verzeichnung

Der Prozentsatz der maximalen Verzeichnung wird vom Mittelpunkt aus zu den Bildecken gemessen, da dort eine maximale Verzeichnung auftritt. Die Zunahme des Fehlers kann stark vereinfacht als linear zunehmend von der Bildmitte hin zum Rand beschrieben werden.

Berechnung von optischer Verzeichnung

 

• Ist der Fehler kleiner als die Pixelgröße des Kamerasensors, ist er messtechnisch nicht mehr erfassbar.
• Das menschliche Auge ist in der Lage, Verzeichnungen erst ab zwei Prozent Geometriefehler wahrzunehmen. Die kann jedoch für viele Applikationen schon ein viel zu hoher Wert sein! Es lohnt sich, messtechnisch die Verzeichnung zu bestimmen!
• Dieser Fehler tritt bei vielen üblichen Objektiven auf und besonders bei Weitwinkelobjektiven stark ausgeprägt. Mit Hilfe aufwändiger Linsenkonstruktionen lässt er sich weitestgehend korrigieren, bei Weitwinkelobjektiven jedoch sehr kostspielig.

 

Entstehung der optischen Verzeichnung

Ein nicht symmetrischer Aufbau der Linsenkonstruktion und einer Blende  vor und hinter der optischen Mitte des Objektivs führt zu Bildverzeichnungen. Dabei kann das Bild tonnen- oder kissenförmig gewölbt werden.

Rückseitige Blendenanordnung einer nicht symmetrischen Linsenkonstruktion führt zu kissenförmiger Verzeichnung:

Entstehung einer kissenförmigen Verzeichnung

 

Vorderseitige Blendenanordnung einer nicht symmetrischen Linsenkonstruktion führt zu tonnenförmiger Verzeichnung:

Entstehung einer tonnenförmigen Verzeichnung

Gerade bei Zoomobjektiven kann dieser Fehler bei langen Brennweiten sehr stark werden, da zwar Linsengruppen, aber nicht unbedingt die Lage der Blende mit verschoben werden.

Korrekturmöglichkeiten und Tipps für die BV

• Verbesserung durch den Anwender: Eine nachgeschaltete Softwarekorrektur (nicht-lineare Bildentzerrung mittels Bildtransformationen) kann das Bild zusätzlich optimieren.
• Verwendung von hochwertig korrigierten Objektiven mit besserer Linsenanordnung
• Einsatz von längeren Objektivbrennweiten, falls ein größerer Arbeitsabstand realisierbar ist als Alternative zu weitwinkligen Optik-Konstruktionen.
• Kein Einsatz von Kompromiss behafteten Zoomobjektiven
• Das Abblenden der Optik kann diesen Fehler nicht korrigieren.

 

Applikationen mit extremer optischer Verzeichnung

In fast jeder Anwendung ist eine Verzeichnung störend. Die extreme Fisheye-Perspektive einer sehr kurzen Brennweite hilft jedoch bei sehr nahen Abständen, in die seitlichen Wände eines Hohlraums hineinzusehen. Typisch hierfür sind Prüfungen von Bohrungen, Nadelwalzlagern, Gewindegängen etc.