Lexikon der Bildverarbeitung: Scheimpflug-Effekt

Betrachtet eine Kamera aus schräger Richtung – und nicht senkrecht – ein Prüfobjekt, so wird nur ein geringer Teil des Bildes scharf abgebildet. Die so entstandene Unschärfe kann nur eingeschränkt durch die Vergrößerung des Schärfentiefebereichs beseitigt werden.

Bild 1 | Geneigte Abbildung mit telezentrischem Objektiv. Links ohne, rechts mit Scheimpflug-Adapter. (Bild: Evotron GmbH & Co. KG)

Grund dafür ist der Scheimpflug-Effekt, benannt nach dem österreichischen Kartographen Theodor Scheimpflug. Er entdeckte diesen Effekt bereits Anfang des 20. Jahrhunderts bei Luftbildaufnahmen, die nicht senkrecht zur Erdoberfläche gemacht wurden. Für die Bildverarbeitung ist der Effekt von Bedeutung, da eine schräge Betrachtungsrichtung durchaus üblich ist. Der Effekt tritt sowohl bei entozentrischen als auch bei telezentrischen Objektiven auf. Bei Kameraanordnungen zur Triangulation muss er durch seine Wirkung auf die Bildschärfe für Genauigkeitsbetrachtungen des Tiefenmessbereichs beachtet werden, wenn die Kamera nicht senkrecht zum Prüfobjekt angebracht ist. Die Lösung zur Vermeidung der Bildunschärfe liegt darin, die Objektebene, die Hauptebenen des Objektivs und die Bildebene der Kamera zueinander zu neigen. Anders als bei der regulären optischen Abbildung mit paralleler Anordnung der Ebenen, treffen sich bei Scheimpflugs Anordnung die verlängerten Ebenen in gleichem Abstand von der optischen Achse.

Bild 2 | Anders als bei der regulären optischen Abbildung mit paralleler Anordnung der Ebenen, treffen sich bei Scheimpflugs-Anordnung die verlängerten Ebenen in gleichem Abstand zur optischen Achse. (Bild: Evotron GmbH & Co. KG)

Nachteil dieser Anordnung ist, dass sich dabei zusätzlich räumlich-perspektivische, nichtlineare Verzerrungen ergeben, die eine aufwändige Kalibrierung der Bilder nach sich ziehen. Die Scheimpflug-Bedingung beschreibt mathematisch, wie die Anordnung sein muss, damit über den notwendigen Schärfebereich ein Bild entstehen kann, selbst bei weit geöffneter Blende:

tan ß‘ / tan ß = a / a‘

Damit ist die Neigung der Bildebene berechenbar und kann gezielt eingestellt werden. In der Praxis wird dazu der Scheimpflug-Adapter eingesetzt, eine kipp- und fixierbare Vorrichtung, die zwischen Kamera und Objektiv eingebaut wird. In Kombination dazu werden spezielle Tilt-Objektive mit angepasstem Auflagemaß benötigt.