USB-Industriekamera mit DSP und Autofokus

Je größer der Funktionsumfang einer Kamera, umso größer fällt in der Regel auch das Gehäuse aus. Insbesondere auch in der Sicherheitstechnik ist dies oft ein Problem, wünscht man sich doch das genaue Gegenteil: Schlau soll sie sein, aber klein obendrein. Mit der USB uEye XS bietet der schwäbische Kamerahersteller IDS eine der derzeit kleinsten Kameras mit USB 2.0-Anschluss für professionelle Anwendungen. Trotz minimaler Abmessungen - die Kamera ist weniger als einen Kubikzoll klein - glänzt der Winzling mit vielen intelligenten Features wie z. B. Autofokus oder Gesichtserkennung und schafft damit neue Perspektiven für sicherheitstechnische Applikationen.

„Klein, aber oho" - dieses Motto passt perfekt auf die USB uEye XS. In dem nur etwa 23 x 24 x 26 mm kleinen Gehäuse sind ein 8-Megapixel-Sensor samt Autofokus-Optik und leistungsstarkem DSP-Chip untergebracht. Der Prozessor bietet eine enorm breite Palette an Funktionen, wie man sie derzeit nur in den DigiCams im Consumer-Bereich findet. Mit der USB uEye XS sind viele dieser Leistungsmerkmale zum ersten Mal in einer professionellen Industriekamera verfügbar und können über die zugehörige Software in eigene Anwendungen eingebunden werden.

Die Minikamera überträgt Livebilder in verschiedenen Größen bis hin zur „HD ready"-Auflösung 720p (1.280 x 720 Pixel) mit 15 Bildern pro Sekunde. In kleineren Auflösungen wird sogar eine Framerate von 30 Bilder/s erreicht. Binning und ein leistungsfähiger Skalierer stellen das gesamte Bildfeld dabei auch in niedrigen Auflösungen optimal dar. Der CMOS-Sensor von Sony bietet allerdings auch noch höhere Auflösung, die in einem durch die Software gesteuerten Triggermodus genutzt werden kann.

Der sensorinterne Skalierer erzeugt auch für Einzelbilder eine große Auswahl verschiedener Auflösungen und Formate. Die Bilddaten des Sensors werden bereits von der Kamera in das YUV-Farbformat umgerechnet, was die CPU z. B. bei einer Darstellung über DirectX durch die Grafikkarte deutlich entlastet. Werden die Aufnahmen der uEye XS direkt für die Visualisierung genutzt, lassen die einstellbare Schärfe und Sättigung die Bilder ansprechend und natürlich wirken.

Den Ansprüchen in der modernen Bildverarbeitung genügt auch die Optik. Das integrierte Objektiv besitzt einen horizontalen Bildwinkel von 53°, was einer Brennweite von 35 mm im Kleinbild-Format entspricht. Der weite Öffnungswinkel erfasst ein Bildfeld, das für viele Anwendungen ausreicht. Wenn nur ein kleinerer Bildausschnitt benötigt wird, kann der digitale Zoom der kleinen Kamera eingesetzt werden. Fast stufenlos können Livebild und Einzelaufnahmen bis zum Faktor 16 vergrößert werden. Bereits ab 10 cm Abstand liefert die XS-Optik ein scharfes Bild, wobei der schnelle Autofokus auch auf Entfernungen bis unendlich fokussiert. Über das mitgelieferte Software Development Kit lässt sich zudem die jeweils aktuelle Objektentfernung auslesen. Selbstverständlich aber kann der Fokus mit der Softwarefunktion auch manuell gesteuert werden.

Ein weiteres „smartes" Feature, wie es bis dato in einer Industriekamera kaum zu finden war, ist die Gesichtererkennung. Inbesondere für sicherheitstechnische Anwendungen sowie für den Einsatz in sog. Kiosk-Systemen ergeben sich damit neue Möglichkeiten. Im Livebild erkennt und verfolgt die Kamera bis zu vier Gesichter, deren Position grafisch markiert werden kann. Neben den Koordinaten errechnet der DSP für jedes Gesicht Größe und Position sowie Blickrichtung. Über eine SDK-Funktion lassen sich diese Werte abfragen oder bspw. ein Gesicht als Messfeld zur Auto-Helligkeitsregelung setzen.

Anwender, die mit der Konfiguration von Kameras weniger erfahren sind, profitieren von vielen Funktionen zur automatischen Bildanpassung. Bereits beim ersten Start der uEye XS ist die schnelle Bildregelung aktiv. Diese passt bei wechselnden Lichtverhältnissen Parameter wie Belichtungszeit, Weißabgleich und ISO (Verstärkung) an. Mit diversen Voreinstellungen für Beleuchtungsarten und Messfelder lassen sich diese Funktionen - soweit erforderlich - noch genauer abstimmen.

Noch einfacher ist die Anpassung der automatischen Bildregelung mit den Szenenmodi, die auch von Kameras aus dem Consumer-Bereich bekannt sind. Mit Hilfe dieser Modi lassen sich Farbe, Schärfe, Belichtungszeit usw. mit nur einem Klick an unterschiedliche Motive anpassen. Es stehen u.a. Modi für schnell bewegte Objekte, für Personenaufnahmen oder für Szenen mit wenig Licht zur Verfügung.

Vor allem im nichtindustriellen Umfeld liegen oft keine idealen Aufnahmebedingungen vor. Befindet sich eine Person vor einem sehr hellen Hintergrund, stellen Kameras mit automatischer Bildregelung meist eine kurze Belichtungszeit ein - wodurch die Person in diesem Fall zu dunkel erscheint. Die uEye XS besitzt deshalb eine Gegenlichtkorrektur, um die Helligkeitsregelung anzupassen. Personen oder Gegenstände im Vordergrund werden damit auch bei Gegenlicht immer korrekt belichtet. In Innenräumen wirkt sich ein weiterer Effekt negativ auf die Bildqualität aus: Künstliche Lichtquellen wie Glühlampen und Leuchtstoffröhren erzeugen ein Flackern, das im Kamerabild störend auffällt. Eine Anti-Flacker-Funktion passt die Aufnahmeparameter für Belichtungszeit und Bildrate an und verhindert so die Störung. Neben einer automatischen Einstellung lassen sich auch die typischen Frequenzen 50 und 60 Hz wählen.

Dank der umfangreichen automatischen Funktionen der Mini-Industriekamera müssen in vielen Situationen so gut wie keine Einstellungen mehr angepasst werden. Trotzdem lässt sich bei Bedarf jeder einzelne Parameter der kleinen Kamera manuell verändern. Dies erfolgt über das mitgelieferte Software Development Kit. Über 140 Programmierfunktionen erlauben den Zugriff auf alle Eigenschaften und Leistungsmerkmale der Kamera. Das Softwarepaket beinhaltet darüberhinaus auch zahlreiche Beispielprogramme inkl. Source Codes sowie ein praktisches Tool, um die Kamera zu testen und die am besten geeigneten Einstellungen zu ermitteln.