Sichtfeld berechnen

[PhilLa22]

Hallo Zusammen,

ich arbeite gerade an meiner Masterarbeit, in der ich Objekte (bspw. Zahnräder) fotografiere und Schäden an den Objekten mittels künstlicher Intelligenz charaktersiere. Dazu möchte ich die "Raspberry Pi High Quality Kamera" verwenden. Mir sind die folgenden Technischen Daten der Kamera bekannt:

• Sensor:
  • Sony IMX477R Gestapelter, hintergrundbeleuchteter Sensor
  • 7,9 mm Sensor-Diagonale
  • 1,55 μm × 1,55 μm Pixelgröße
  • Image Sensor Format: Type 1/2.3" (leider von keiner offiziellen Quelle sondern auf einer Webseite gefunden)
  • Sensor Dimensions: 7.564 (H) x 5.476 (V) mm (leider von keiner offiziellen Quelle sondern auf einer Webseite gefunden)
• Ausgang: RAW12/10/8, COMP8
• Auflagemaß: Einstellbar (12,5 - 22,4 mm)
• Objektivtyp:
  • C-Mount
  • CS-Mount (C-CS Adapter inklusive)

Aktuell gehe ich von einer Objektgröße von max. 5cm x 5cm aus. Der Abstand aus dem ich das Objekt fotografiere ist grundsätzlich variable. Ich würde aber einen Abstand von 0,5m bevorzugen (die Kamera hängt quasi über dem objekt und fotografierte es von oben).

Leider bin ich mir bei der Wahl des richtigen Objektives unsicher. Aktuell habe ich das folgende Objektiv im Blick:

35mm Teleobjektiv, C-Mount

Dieses Teleobjektiv mit 35mm Brennweite und C-Mount ist von seinen Parametern perfekt auf die Nutzung mit der Raspberry Pi HQ Kamera abgestimmt.…

www.berrybase.de

Ein 35mm Teleobjektiv. Hier sind mir folgende Daten bekannt:

• Bildformat: 1"
• Brennweite: 35mm
• Auflösung 10 Megapixel
• Blende: F1.4-16
• Mount: C
• Feldwinkel
  • 1": 20.9° x 15.8°
  • 2/3": 14.4° x 10.8°
  • 1/1.8": 11.8° x 9.9°
  • 1/2": 10.5° x 7.9°
• 
  
• Brennweite des Auflagemaßes: 17,53 mm
• Verzerrungen (Distortrion): -0.03%
• Nächster Objektabstand (M.O.D.): 0.3 M~∞
• Abmessungen: ø40.00×47.50mm
• Blende: manuell
• Gewicht (Gewicht): 146g
• Material: Aluminium (schwarz eloxiert) 8G

Es gibt noch andere Objektive die zu der Kamera passen (16mm, 25mm, 50mm, 100mm Brennweite). Siehe dazu auch die angegeben Webseite.

Nun zur Frage:

Ich möchte sicherstellen, dass das Objekt komplett auf dem Bild zu sehen ist. Ich möchte auch sicherstellen, dass Details (wie bspw. Kratzer) auf dem Bild zu erkennen sind (für eine ausreichende Beleuchtung ist gesorgt). Also das Sichtfeld sollte auch nicht zu groß sein.

Frage1: Kann ich mit dem aktuell gewählten Setup davon ausgehen dass das so klappt?

Frage2: Ich habe mir folgender Formel das Sichtfeld berechnet: Horizontale Bildbreite=2∗(Abstand zum Objekt)∗tan⁡((horizontaler Bildwinkel)/2). Für die vertikale Bildbreite nehme ich die selbe Formel mit dem vertikalen Bildwinkel. Ist eurer Meinung nach die Berechnung so korrekt?

Frage3: Der Sensor hat vermutlich das Format 1/2,3" . Bei dem Feldwinkel des Objektivs ist dieser Fall nicht aufgelistet. Kann ich hier zu Näherung die Winkel von 1/2" nehmen?

Vielen Dank im voraus.

 

[Walter Schulz]

Ich nehme mal an, dass Du im Makrobereich unterwegs sein wirst.
Problem: Die Brennweite (und damit das Sichtfeld) gilt streng genommen nur für die Einstellung auf Unendlich. Für die meisten Objektive reduziert sich die Brennweite, je näher Du an die Naheinstellgrenze kommst. Normalerweise wird in den Spezifikationen der Abbildungsmaßstab bei der Naheinstellgrenze angegeben. Das scheint bei diesem Objekiv zu fehlen.

 

[Daniel71]

Frage3: Der Sensor hat vermutlich das Format 1/2,3" . Bei dem Feldwinkel des Objektivs ist dieser Fall nicht aufgelistet. Kann ich hier zu Näherung die Winkel von 1/2" nehmen?

Du kannst ihn berechnen. 2*atan(d/2f) wenn ich das recht in Erinnerung habe.
Ein 1/2.3" Sensor hat ~6,2x4,6mm aktive Fläche, damit beträgt der Bildwinkel mit der 35mm Optik horizontal 10,1° und vertikal 7,5°.

Das Bildfeld ergibt sich dann daraus mit 2*tan(fov/2)*d.
Horizontal wären das 88,4mm auf 4072 Pixel verteilt, d.h. 0,022mm pro Pixel also mindesgröße auflösbarer Details von ~0,05mm. Kratzer in der Größenordnung sollten damit zwar erkennbar sein aber genaue Defektbeurteilung wird vermutlich nur für wesentlich größere Strukturen möglich sein.

Bei >10*f wird es an der Optik zwar höchstwahrscheinlich noch kein großes Thema sein, aber ist das Objektiv wie so Einiges in C(S) rein über Auszug fokussiert oder verliert es zur MFD hin Brennweite?

 

[jo59]

Für mich stellt die Kombination der12 MP-Kamera mit dem

Image Sensor Format: Type 1/2.3"

und das geplante Objektiv mit den Daten

• Bildformat: 1"
• Brennweite: 35mm
• Auflösung 10 Megapixel

einen Widerspruch in sich selbst dar, da die Auflösung des Objektives mit 10 MP auf einem 1“-Sensor angegeben ist, Du aber einen viel kleineren 12 MP-Sensor hochauflösend bedienen willst…

 

[jo59]

Übrigens, offizielle Datenblätter zum Kameramodul findest Du unter:

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www.reichelt.de

Du musst nur auf den Reiter Datenblätter wechseln.

 

[PhilLa22]

Vielen Dank für die ganzen hilfreichen Antworten. Ich habe mich zwar beschäftigt mit der Thematik aber merke, dass ich wohl nur an der Oberfläche gekratzt habe.

Auf was muss ich achten, um mein Vorhaben möglichst gut umsetzen zu können ? (Vor allem bezogen auf das Objektiv). Im Grunde sind Faktoren wie Abstand zum Objekt und Objektiv Variable. Es kann also auch ein Objektiv gewählt werden, welches nicht von Rasberry stammt. Lediglich die Kamera muss die gleiche bleiben.