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CamTest

Umfassende Prüfung der Performance von Kameramodulen

Die gestiegene Nachfrage nach komplexen Kamera- und LiDAR-Systemen zur automatisierten Objekterkennung und -klassifizierung, z.B. in der Sicherheits- und Überwachungsbranche und Automobilindustrie (Stichwort: autonome Fahr- und Fahrerassistenzsysteme), hat zu neuen und strengeren Anforderungen an die Charakterisierung der Bildqualität und die Fertigung von Kameramodulen geführt. Die gesamte Testkette für optische Systeme, Sensorkomponenten und komplette Kamerasysteme muss diesen neuen Anforderungen entsprechen. Mit der CamTest Produktserie bietet TRIOPTICS die passenden Technologien und profitiert von seiner langjährigen Erfahrung in der optischen Prüfung und ergänzt diese durch neue Messsysteme für opto-elektrische und opto-mechanische Parameter.

Produktübersicht

CamTest Smart

Das vielseitigste Messsystem
CamTest Smart

CamTest Smart ist ein Messsystem, das einen umfangreichen End-of-Line Test von Kameramodulen ermöglicht. Mit Hilfe der fokussierbaren Kollimatoren, einem Test Chart sowie einer Ulbrichtkugel, integriert in nur einem Gerät, kann der End-of-Line Test realisiert werden.

  • Prüfung aller wesentlichen Bildqualitätsmerkmale von Kameramodulen in nur einem System

  • Flexibilität in Bezug auf verschiedene Kameratypen

  • Flexible einsetzbar in der Produktion von kleinen bis mittleren Stückzahlen sowie für die F&E

  • Vollautomatisierter Prozess

  • MTF, LSF, SFR, ESF

  • Verkippung der Bildebene, Defokussierung; DOF

  • Optische Achse, Rollwinkel

  • Optisches Zentrum

  • Verzeichnung, EFL

  • Defekte Pixel, Partikel, FPN

  • OECF, Dynamikumfang, Weißablgeich, SNR

  • relative Beleuchtung

  • Farbwiedergabe, Crosstalk

  • Spektralempfindlichkeit

CamTest MTF

Für die schnelle Ermittlung der MTF
CamTest MTF

Zur Prüfung von Kameramodulen mit größeren Objektentfernungen eignet sich ein Aufbau mit fixen Kollimatoren, die für unendliche oder endliche Objektentfernungen voreingestellt werden. Hierbei hängt das Sichtfeld von dem tatsächlichen Objektabstand ab.

  • Mit diesem Aufbau kann schnell und einfach die MTF ermittelt werden

  • Darüber hinaus können auch die Linienstreufunktion, SFR und ESF getestet werden

  • Das CamTest MTF eignet sich besonders für den finalen Qualitäts-Check in der Massenproduktion von Kameramodulen

CamTest Focus

Bestimmung der besten Fokusebene
CamTest Focus

Der Kollimator projiziert das Ziel virtuell auf den Prüfling. Durch die Verwendung von fokussierbaren Kollimatoren können beliebige Objektentfernungen von 1 m bis unendlich erzeugt werden. Dadurch ist es möglich, die Position und Verkippung der besten Fokusebene zu messen.

  • Dieses Setup bietet ein Sichtfeld von +/- 90°
  • variabler Objektabstand von endlich bis unendlich in nur einer Messkammer

  • Messung diverser Parameter, wie z.B. MTF, SFR, Through-focus MTF, Verkippung der Bildebene, Optische Achse, Rollwinkel

CamTest Chart

Einfache Messung der Verzeichnung
CamTest Chart

Das CamTest Chart System projiziert ein Testziel aus einer endlichen oder unendlichen Objektdistanz auf das zu testende Kameramodul. Für einen unendlichen Testaufbau wird eine speziell entwickelte Relaisoptik verwendet. Mit Hilfe eines geeigneten optischen Aufbaus können auch Kameras mit stark verzeichnender Optik kalibriert werden.

  • Messung von: geometrische Verzeichnung (LGD) der Kameralinse, die TV-Verzeichnung, optische Achse und optisches Zentrum der Kamera, Kamera EFL und FOV.

  • Aus der Verzeichnungsmessung werden die Verzeichnungskoeffizienten (Seidel-Koeffizienten) für die Kalibrierung des zu testenden Kameramoduls gewonnen

  • Insbesondere relevant für ADAS (Advanced Driver Assistance Systems)

  • Die Relaisoptik ist als Upgrade erhältlich

CamTest Spectral

Bestimmung der Sensorparameter
CamTest Spectral

Das CamTest Spectral Gerät wird mit einer Ulbrichtkugel in endlichem Objektabstand geliefert. Das mögliche Sichtfeld ist abhängig vom endlichen Abstand und dem Objektgenerator. Die Ulbrichtkugel dient als Lichtquelle, um das für die Messungen erforderliche diffuse Licht zu erhalten.

  • Messungen an Kameramodulen mit bis zu 160° Sichtfeld

  • Durch den nicht reflektierenden Spezial-Diffusor auf der Kugelöffnung kann eine Lichtgleichmäßigkeit von mehr als 95 % erreicht werden.

  • Das Setup eignet sich besonders gut für die Messung von Parametern wie defekte Pixel, FPN, Farbwiedergabe, OECF, relative Beleuchtung und Dynamikumfang

CamTest R&D

Hochpräzise Bildqualitätsprüfung
CamTest R&D

CamTest R&D ist ein hochpräzises Messgerät zur Prüfung einer Vielzahl von Bildqualitätsparametern von Kameramodulen. Die computergesteuerte Testzieldistanz kann mit einem Fokuskollimator von endlichen Entfernungen bis unendlich frei gewählt werden.

  • für verschiedene Wellenlängenbereiche (VIS, NIR und LWIR) erhältlich

  • für viele Kameramodularten geeignet

  • Ideal für umfangreiche Messaufgaben im F&E-Umfeld

  • Weiter Bereich des Winkels zur Achse von bis zu +/- 110°
Die Basisausstattung vom CamTest R&D basiert auf dem bewährten ImageMaster® HR, dem Industriestandard für die Prüfung der Bildqualität von Objektiven. Somit können bestehende ImageMaster® HR-Geräte auf CamTest R&D-Geräte aufgerüstet werden.
Anfrage CamTest
CamTest-Focus-focusing

Software

CamTest Software

Die Software ist besonders bedienerfreundlich. Der Nutzer wird automatisch durch den Messprozess geführt. Die Ausgabe der Werte kann als Pass/Fail-Ausgabe erfolgen. Direkt aus der Software werden Messzertifikate generiert, um eine lückenlose Rückverfolgung zu gewährleisten. Die CamTest Software unterstützt folgende Messparameter und deren Analyse:

  • Bildqualitätseigenschaften (MTF)

  • Opto-mechanische Eigenschaften: Sensorposition (Verkippung, Drehung, Defokussierung)

  • Weitere optische Parameter: Verzeichnung, relative Beleuchtungsstärke, Brennweite

  • Farbeigenschaften: chromatische Aberrationen

  • Linsenlichtreflexion

Technische Daten

ParameterCamTest R&DCamTest MTF CamTest Focus CamTest Chart CamTest Spectral CamTest Smart
MessbereichBis zu ±90° (bis zu ±110° nach individueller Prüfung)Bis zu ±70°
diagonales Sichtfeld
(bis zu ±90° nach individueller Prüfung)
Bis zu ±70°
diagonales Sichtfeld
(bis zu ±90° nach individueller Prüfung)
Bis zu ±35°
diagonales Sichtfeld
(bis zu ±50° nach individueller Prüfung)
Bis zu ±70°
diagonales Sichtfeld
(bis zu ±80° nach individueller Prüfung)
Abhängig von der Gerätekonfiguration und den integrierten Messkammern (MTF, Focus, Chart oder Spectral)
Standardbeleuchtung
Wellenlänge
(Andere auf Anfrage)
Weiße LED mit PE-Filter
RGB LED: 625 nm/520 nm/470 nm
940 nm & 850 nm
Weiße LED
Farbtemperatur
6500 K
Weiße LED
Farbtemperatur
6500 K
von hinten beleuchtete grüne LED
Enges Spektrum
Einstellbares Spektrum
420 nm … 780 nm
EFL (effektive Brennweite) des Prüflings 1,8 mm … 16 mm 1)1 mm … 12 mm 1)1,8 mm … 12 mm 1)1 mm … 12 mm 1)1 mm … 12 mm 1)
Objektabstand0,5 m … UnendlichUnendlich1000 mm … UnendlichBegrenzt / Unendlich1000 mm … Unendlich
Typ. Messzeit2 s … 1 min
(Je nach Anzahl der unterschiedlichen zu messenden Parameter)
< 2 s< 15 s< 5 s < 5 s Partikel & Pixelfehler,
< 5 s Schattierung,
< 10 s OECF,
< 15 s Spektralempfindlichkeit
Prüflingsdurchmesser /
Freie Öffnung
n.a.n.a. / < 5 mmn.a. / < 5 mmn.a. / < 5 mm2 mm … 20 mm / n.a.
KameraschnittstelleSoftware Development Kit ermöglicht die Verbindung der Kundenkamera
mit eigener Bilddigitalisierung zu allen standard Schnittstellen
(entweder MIPI, Analog oder direkt zu z.B USB, FireWire, CamLink, GigE).
TypStandgerät
Abmessungen
(H x B x T)
2.000 mm x 800 mm x 1.500 mm2.150 mm x 1.120 mm x 875 mm2.159 mm x 1.740 mm x 1.226 mm
Gewicht (ungefähr)300 kgBis zu 350 kg750 kg
Energieverbrauchmax. 1300 Wtyp. 100 W … 500 W300 W … 1000 W
Elektrische Spannung100 … 130 VAC oder 220 … 230 VAC100 … 130 VAC oder 220 … 230 VAC
Druckluft 5 bar … 7 bar (optional für die Prüflingsfixierung)
Externe KommunikationsschnittstelleTCP - IP TCP - IP
OPC - UA

1) EFL außerhalb der angegebenen Bereiche möglich, nach Prüfung der Linseneigenschaften

Download Technische Daten
Anfrage CamTest

Knowledge Base

Bildqualitätsprüfung bei serienmäßig hergestellten Kameramodulen

Bei der Prüfung der Bildqualität von kompletten Kameras und montierten Kameramodulen wird ein geeignetes Ziel mit dem zu prüfenden Kameramodul abgebildet und die Qualität der Reproduktion dieses Ziels bewertet. Oft sind neue Ansätze der Prüfmethoden erforderlich, um mit der technischen Entwicklung Schritt halten und dem wirtschaftlichen Druck begegnen zu können. Die meisten dieser Konzepte können in ähnlicher Weise auch für alle anderen Kamera-Prüfanwendungen eingesetzt werden: von wissenschaftlichen High-End-Geräten bis hin zu Wärmebild-Überwachungskameras.

Die Mehrzahl der Verbraucherkameramodule sind in Geräte wie z. B. Smartphones und Webcams integriert und arbeiten mit einer relativ kurzen Brennweite (1 bis 5 mm), einer breiten Sichtfeld-Optik und entweder CCD- oder CMOS-Farbsensoren.

Die Parameter, die bei der Prüfung eines solchen Moduls typischerweise ermittelt werden, lassen sich in fünf Kategorien einteilen: die Bildqualität über die Modulationsübertragungsfunktion oder den Ortsfrequenzgang, die Eigenschaften des optischen Systems (z. B. Verzeichnung, relative Beleuchtung), die optomechanischen Eigenschaften (z. B. relative Ausrichtung der Optik und des Sensors oder Autofokusgenauigkeit), die Farbeigenschaften (z. B. Farbwiedergabe, Weißabgleich) sowie die Sensoreigenschaften (z. B. dynamischer Bereich, Linearität, Rauschen, fehlerhafte Pixel). Bei Modulen mit Blitzfunktion können zudem die Ausrichtung, das Beleuchtungsprofil und die Intensität des Blitzgeräts beschrieben werden. Im Folgenden werden die ersten drei Kategorien thematisiert.

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Prüfung auf endliche Entfernung

Obwohl die meisten Kameramodule auf die Abbildung von Objekten in einer größeren Entfernung ausgelegt sind (unendliche Konjugierte), wird bei herkömmlichen Prüftechniken gewöhnlich ein Testziel mit verschiedenen Mustern – typischerweise ein Testchart – in einer kürzeren Entfernung von dem Modul eingesetzt (endliche Konjugierte).

Heute ist die Prüfung mit Testcharts auf endliche Entfernung Standard und wird von einer Bildanalysesoftware in Echtzeit durchgeführt. In Abbildung 1 ist eine schematische Darstellung eines Testchart-Systems in endlicher Konfiguration dargestellt. Das zu prüfende Gerät (Device under Test, DUT) wird vor einem beleuchteten Chart mit verschiedenen Markierungen und Mustern platziert. Dann wird mit dem DUT ein Bild aufgenommen. Anschließend analysieren Software-Algorithmen die Position und Form der Markierungen und ermitteln die Leistungsparameter des Kameramoduls.

Bei einer modifizierten Version dieses Setups befindet sich zwischen dem Prüfling und dem Chart eine Relaislinse, um ein virtuelles Bild des Charts wie aus unendlicher Entfernung zu erzeugen. Dieses Konzept erfordert gewöhnlich eine individuelle Relaislinse von hoher Qualität, insbesondere für Anwendungen mit größerem Sichtfeld und Breitbandbeleuchtung (z. B. Tageslicht), was ein solches Setup komplex und wirtschaftlich unrentabel machen kann. Diese Lösung sollte nur verwendet werden, wenn eine Messung der unendlichen Konjugierten und eine komplexere Chart-Auswertung notwendig sind.

Diese Testchart-Technologie ist relativ leicht anzuwenden und verbindet eine hohe Messpunktdichte mit der Möglichkeit, unterschiedliche Arten von Markierungen und Mustern in verschiedenen Feldpositionen eines einzigen Charts zu verwenden. Sie kommt typischerweise bei Sensorauflösungen bis 13 MP und der Prüfung auf endliche oder nahezu unendliche Entfernung zum Einsatz. Aufgrund der Fortschritte in der Fertigungstechnik stößt diese Technologie jedoch an ihre Grenzen, da die Industrie inzwischen Sensorauflösungen von 13 MP und mehr einsetzt, was höhere Anforderungen an die Optik und die Ausrichtung der einzelnen Modulkomponenten stellt.

Zu den häufigen Schwachstellen für die Präzision und Wiederholbarkeit gehören die erforderliche hohe Homogenität der Beleuchtung über eine große Fläche, der Randkontrast und die Präzision der Muster auf den Testcharts sowie die notwendige reproduzierbare spektrale Verteilung des Lichts, welche gewöhnlich mit LEDs erzielt wird.

Ein weiterer wichtiger Faktor in einer Produktionsumgebung ist die Größe des Prüfinstruments: Für die Weitwinkeloptik mit großem Sichtfeld, wie sie typischerweise bei Verbraucherkameramodulen zu finden ist, wird ein großes Testchart benötigt. Je größer das Sichtfeld ist, desto größer muss das Testchart für eine bestimmte endliche Objektentfernung sein, welche nicht zu klein für auf unendlich eingestellte Fixfokus-Objektive eingestellt werden kann. Ähnlich verhält es sich bei Modulen mit Fokussierfunktion – in diesem Fall können zwar kürzere Objektentfernungen gewählt werden, das Setup spiegelt die Endanwendung jedoch nicht korrekt wider. Für größere Testcharts erfordert das entsprechend große Instrument mehr wertvolle Stellfläche.

KnowledgeBase CamTest

Prüfung mit Kollimatorkuppeln

Ein alternativer Ansatz zur Prüfung von Kameramodulen mit größeren Objektentfernungen zwischen ca. 1 m und unendlich besteht darin, einen Satz Kollimatoren als Zielprojektoren zu verwenden, wobei jeder Messpunkt auf dem Bildsensor von einem eigenen Kollimator bereitgestellt wird. Ein Kollimator besteht aus einer beleuchteten Zielstruktur (der Strichplatte) in der Brennebene einer Objektivlinse. Der Kollimator projiziert das Ziel virtuell auf das DUT (Abbildung 2). Die Kollimatoren können entweder als Fixfokus mit voreingestellten unendlichen oder endlichen Objektentfernungen oder motorisiert für variable Objektentfernungen ausgeführt sein.

Die Kollimatoren sind so im Raum angeordnet, dass sich die optischen Achsen an der Eintrittsöffnung des DUT treffen. Dann entsprechen unterschiedliche außeraxiale Winkel unterschiedlichen Bildpositionen auf dem DUT-Sensor, wobei axial die Mittelpunktlage auf dem Sensor ist. Dieses Setup ist zwar komplexer als ein Testchart-Setup, bietet aber einige Vorteile und mehr Flexibilität für das Prüfen auf unterschiedliche Objektentfernungen.

In Abbildung 3 ist eine typische Kollimatoranordnung mit neun Kollimatoren dargestellt, die alle in die Eintrittsöffnung des DUT darunter (nicht abgebildet) zeigen. Die kugelförmige Kuppel ermöglicht die Abstimmung der Kollimatoren auf unterschiedliche Objektwinkel.

KnowledgeBase CamTest Ansatz zur Prüfung
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Vorteile der Prüfung mit Kollimatoren

  • Es kann als „echt“ unendliches Setup verwendet werden, bei dem das DUT unter den gleichen Bedingungen wie bei der Endanwendung geprüft wird. Dieses Setup ist relativ unempfindlich, was die tatsächliche Positionierung der Kollimatoren betrifft, da die Feldpositionen nur durch die Winkel zwischen den Kollimatoren bestimmt werden.
  • Die Prüfkammer ist kompakt, denn ihre Außenmaße sind nicht vom Sichtfeld des DUT abhängig; so benötigt sie weniger Stellfläche und ist leichter zu handhaben. Tatsächlich sollte die mechanisch kürzeste Entfernung der Kollimatoren verwendet werden.
  • Das Setup ist weniger empfindlich für Streulicht, zudem lässt sich die Beleuchtung der Strichplatte besser kontrollieren – was wiederum zu einer besseren Wiederholbarkeit führt.
  • Durch die Verwendung von motorisierten Kollimatoren, die sich fokussieren lassen, können willkürliche Objektentfernungen von ca. 1 m bis unendlich erzeugt werden. Das macht es möglich, die Fokussierung von Fix- und Autofokusmodulen zu prüfen. Des Weiteren ist dies für die hochpräzise aktive Ausrichtungstechnologie wichtig.

Zusätzliche Prüfungen: Die üblichen Verfahren

Neben den Setups zur Messung der Bildqualität und der erörterten opto-mechanischen Parameter werden für Kameramodule typischerweise noch weitere Parameter beschrieben: Diese beziehen sich auf die Farbe (z.B. Weißabgleich, Farbwiedergabe, spektrale Sensitivität usw.), die Sensoreigenschaften (Linearität, Empfindlichkeit und Rauschverhalten, Opto-elektronische Coversionsfunktion, fehlerhafte Pixel usw.) oder zusätzliche optische Parameter wie z. B. Verzeichnung oder Falschlicht.

Das Potenzial der aktiven Ausrichtung

Bei den meisten Kameramodulen ist die Zeit für die Bilderfassung und -übertragung kurz, weshalb die von dem DUT erhaltenen Daten auch in der Produktion verwendet werden können, um die Optik und den Sensor proaktiv und automatisch in einem geschlossenen Echtzeitprozess so aufeinander auszurichten, dass sie in Kombination die höchstmögliche Leistung bringen. Neben der einfachen Drei-Achsen-Ausrichtung zur Fokussierung (Z) und Zentrierung (X-Y) des Sensors können die Rotation und insbesondere die Sensorneigung im Verhältnis zur Bildebene der Optik ausgerichtet werden (Abbildung 4). Die Neigungsausrichtung wird zunehmend wichtig, damit hochauflösende Hochleistungsmodule mit kurzer Schärfentiefe die erforderliche Bildqualität erreichen können. Je stärker die Sensorauflösung steigt und je kleiner die geforderten Toleranzen werden, desto mehr ist die Industrie gezwungen, automatische Ausrichtungssysteme einzusetzen, statt die Fertigungstoleranzen weiter zu reduzieren.

Je nach Anwendung werden die Informationen, die für das aktive Multiachsen-Ausrichtungssystem benötigt werden, entweder mit einer Kollimatoranordnung oder mit einem Testchart auf endliche Entfernung ermittelt. Um die erzielte Kameraausrichtung zu fixieren, kann in das System ein Klebstoffspender mit UV-Lichthärtung eingebettet werden, wodurch das Instrument zu einer vollautomatischen Fertigungsstation für Kameramodule wird.

 Sensorneigung im Verhältnis zur Bildebene