Charakterisierung von Kameras
Elektronische Kameras erzeugen aus den eintreffenden Photonen ein digitales Abbild, welches für die weitere Verarbeitung, z.B. in Machine Vision-Systemen, genutzt wird.
Die wesentlichen Parameter einer Kamera sind:
- die Quanteneffizienz η QE,
- die Verstärkung K (bzw. 1/K),
- die Empfindlichkeit R,
- die minimale Empfindlichkeit nmin,
- die Sättigung nSat,
- das maximale Signal-Rausch-Verhältnis SNRmax,
- der Dynamikumfang D,
- der Dunkelstrom,
- die räumlichen Varianzen DNSU1288 und PRNU1288,
- Aussagen zu defekten Pixeln und
- die Prüfung der Linearität der Kamera.
Die Quanteneffizienz η beschreibt, wie viele Elektronen pro auftreffendem Photon losgeschlagen werden und damit den Umsetzungsfaktor von Photonen in Elektronen:
Die Quanteneffizienz ist wellenlängenabhängig und wird normalerweise im Datenblatt des verwendeten Sensors als Kurve η(λ) angegeben. Der einzelne Sensor kann und wird von dieser nominellen Kurve abweichen und zusätzlich ist die Datenblattangabe häufig normiert auf den Maximalwert, so dass ein Vergleich unterschiedlicher Sensoren anhand der Datenblattlage nicht möglich ist.
Bei einer Vermessung im Prüfstand der LEOSYS GmbH kann die Quanteneffizienz über einen weiten Wellenlängenbereich absolut bestimmt werden.
Die Verstärkung K und die Empfindlichkeit R beschreiben den (linear angenommenen) Zusammenhang zwischen der Zahl der auftreffenden Photonen und dem Nutzsignal. Der Unterschied zwischen Verstärkung K und Empfindlichkeit R ist die Berücksichtigung der Quanteneffizienz in der Empfindlichkeit R:
n = R · np
R = K · η
Das Signal-Rausch-Verhältnis einer Kamera ist definiert als das Verhältnis des Nutzsignals zum Rauschen, d.h. der Standardabweichung der Bilddaten:
SNR = n/σ
Die für ein SNR = 1 benötigte Anzahl Photonen (bzw. Elektronen) nmin wird als minimale Empfindlichkeit der Kamera bezeichnet.
Das maximale Signal-Rausch-Verhältnis SNRmax tritt im Sättigungspunkt nSat ein.
Aus der Kenntnis der minimalen Empfindlichkeit und der Sättigung lässt sich der Dynamikbereich D bestimmen. Die bevorzugte Definition hierfür ist:
Die Angabe des Dynamikbereichs erfolgt üblicherweise in dB oder in Bits.
