Falsche Bilder
Wellenlängenverschiebung durch Filter vor bestimmten Objektiven
In der Bildverarbeitung drohen verfälschte Abbildungen durch ein Filterphänomen, das durch immer kleiner werdende Optiken zunehmend problematisch wird.
Wellenlängenverschiebungen durch Filter vor Objektiven mit geringer Brennweite können Verfälschungen von Abildbungen hervorrufen. Kollimiertes Licht, projiziert durch ein 3,5mm Festbrennweiten-Objektiv mit herkömmlichem Bandpassfilter (r.) und StablEdge F. (Bild: Polytec GmbH)
In der industriellen Bildverarbeitung sind optische Filter preiswerte Komponenten, die in vielen Anwendungen hilfreich sind und die eigentliche Bildauswertung erheblich vereinfachen. Der einfachste Filter ist ein simples Glas, das die teure Optik vor Verschmutzungen und Verschleiß schützt. Doch schon der Einsatz eines Bandpassfilters in Kombination mit der passenden LED-Beleuchtung verhindert den Einfluss von Umgebungslicht und vereinfacht die Programmierung der Auswertung, die damit deutlich sicherer und stabiler wird. Filter erlauben aber auch, Bildeigenschaften hervorzuheben und unerwünschte Bildinhalte auszublenden. Allerdings sind Filter und ihre Eigenschaften in der Regel richtungsabhängig. Hat beispielsweise ein Bandpassfilter bei einem Lichteinfall direkt von vorne das Maximum der Transmissionskurve exakt wie in der Spezifikation angegeben, so verschiebt sich dieses Maximum je nach Lichteinfallswinkel in der Regel zu einer niedrigeren Wellenlänge. Der Trend, Bildverarbeitungssysteme immer kompakter auszulegen, führt zu Objektiven mit geringeren Brennweiten und lässt dadurch das Phänomen der Wellenlängenverschiebung immer häufiger auftreten. Das Phänomen zeigt sich besonders, wenn man kollimiertes Licht durch einen Filter schickt. Der traditionelle Filter ruft eine deutliche Wellenlängenverschiebung zu kürzeren Wellenlängen hervor. Dies kann die Ergebnisse bei vielen Anwendungen verfälschen und zu Fehlinterpretationen führen.
Verschiebung der Transmissionskurve eines Bandpassfilters bei schrägem Lichteinfall. Dieser Effekt tritt verstärkt bei Objektiven mit Brennweiten von unter 12mm auf. (Bild: Polytec GmbH)
Verlauf der Laserlinie
Ein gutes Beispiel ist der Verlauf einer Laserlinie, die mit einem aufgesetzten Bandpassfilter aufgenommen wird. Der Bandpassfilter sollte eigentlich dafür Sorge tragen, dass nur die Laserlinie abgebildet und das Umgebungslicht ausgefiltert wird. Aufgrund der Wellenlängenverschiebung verschwindet die rote Laserlinie zum Rand hin fast völlig. Die StablEdge Filter von Midwest Optical Systems wurden entwickelt, um diesen Effekt zu vermeiden. Die Filter nutzen eine Eigenschaft von Absorptionsfilterglas an ihrer Vorderseite, um die Verschiebung der Wellenlänge bei schräg einfallendem Licht, also am Rand der Objektiveingangslinse, zu verhindern. Als nützlicher Nebeneffekt garantiert diese Art von Filtern auch eine höhere Lebensdauer der Optik durch mechanischen Schutz.
