Farbzeilen-Kameras

Auch mit Zeilenkameras ist eine Farbinspektion möglich. Gerade im Bereich der Druckbildinspektion und manchmal auch in der Oberflächenprüfung ist es besonders wichtig, auch die Farbinformation mit zur Auswertung zur Verfügung zu haben.  Dem Anwender stehen hierfür verschiedene Schlüsseltechnologien im Sensor-Aufbau zur Verfügung:

 

Einzelzeile mit RGB-Trippel

Die einfachste, preiswerteste Möglichkeit, mit einer Zeilenkamera Farbinformationen aufzunehmen, ist der Einsatz einer einzelnen Farbzeile.

Auf den Monochromsensor wird vergleichbar wie einem Flächensensor ein RGB-Pattern an Farbfiltern aufgebracht. So wird für das jeweilige Pixel entweder nur Rot, Grün oder Blau durchgelassen, die anderen Farben absorbiert. Da später im Bild für jedes Pixel ein RGB-Farbwert vorliegen soll, muss zur Gewinnung der vollständigen Farbinformation des Bildes aus den benachbarten Pixeln eine Farbinterpolation gemacht werden. Auch für nicht-lineare Bewegungsaufnahmen geeignet, da die Aufnahme der Zeile zeitgleich erfolgt.

Nachteile dieser Technik ist die durch das Bayer-Pattern bedingte verringerte Auflösung der Kamera, mögliche Bayer-Interpolations-Artefakte, schlechtere Farbauflösung  und geringe Helligkeitsempfindlichkeit aufgrund des Farbmosaiks.

 

Doppelzeile

Zur Optimierung des Prinzips der Einzelzeile wird eine zweite, komplett grün empfindliche Zeile dazu verwendet.

Vor allem die Lichtempfindlichkeit der Kamera kann so weiter gesteigert werden bei weiterhin einfach gebautem Sensor. Nachteile dieser Technik sind vergleichbar mit der Einzelzeile bei insgesamt besserer Performance von Auflösung und Empfindlichkeit.

 

Trilineare Zeile

Auf einem einzelnen Sensor werden nebeneinander drei Zeilen aufgebracht, die jeweils sensitiv für Rot, Grün und Blau sind. Die Farbzeilenkamera hat jetzt die maximale Empfindlichkeit bei voller Auflösung und liefert sehr schöne Farbbilder.

Nachteil dieser Technik ist der Abstand zwischen den einzelnen Zeilen. Dieser beträgt bei hochwertigen Kameras etwa die dreifache Pixelgröße. Dieser kann bei der Bildaufnahme störend wirken, wenn die Bewegung des Bandes nicht linear ist, da die Zeilen zeitlich versetzt aufgenommen werden, um den Zwischenabstand zu kompensieren. Kanten-Artefakte sind möglich.

 

3CCD-Zeilen mit Prisma

Ein integrierter Stahlteiler mit einem Dreifach-Prisma verteilt das einfallende Licht auf drei einzelne physikalisch voneinander getrennte Sensoren, die entweder das rote, grüne oder blaue Licht aufnehmen.

Vorteile dieser Technik sind die hochwertigen Farbaufnahmen bei voller physikalischer Auflösung, da die Sensoren unterschiedlich lang belichtet und korrigiert werden können. Wichtig ist hier eine geringe Fertigungstoleranz und exakte Ausrichtung der Prismen und Sensoren zueinander, um das Bild auf drei Sensoren subpixel-genau abzubilden. Auch nicht-lineare Bewegungen können mit dieser Technik aufgenommen werden, da die Sensor-Erfassung zeitgleich erfolgt.

Aufbau einer 3CCD-Kamera:

Nachteile dieser Technik sind meist etwas geringere Temperatur-Einsatzbereiche (Sensor- und Prisma-Ausrichtung leidet unter hoher Temperatur), der höhere Preis und Einsatz sehr hochwertiger Optiken.