Pixel binning und Dezimation (Pixel Skipping) erklärt

Pixel-Binning und Dezimierung sind erweiterte Kamerafunktionen, die auf ausgewählten Kameras verfügbar sind. Um zu überprüfen, ob diese Funktion für Ihre Kamera verfügbar ist, öffnen Sie den Bildratenrechner wie in diesem Artikel erklärt https://www.machinevisionkamera.de/How-to-use-the-frame-calculator-for-industrial-cameras und Überprüfen Sie, ob die Felder BinningHorizontal, BinningVertical, DecimationHorizontal und DecimationVertical im Bildratenrechner für Ihr Kameramodell sichtbar sind.

Pixel-Binning wird verwendet, um die Lichtempfindlichkeit zu erhöhen und die Bildauflösung zu reduzieren.
Dezimierung, auch bekannt als Pixel-Skipping, wird verwendet, um die Bildauflösung zu reduzieren, ohne die Größe des Sichtfelds zu ändern.

PIXEL-BINNING

Pixel-Binning wird verwendet, um die Lichtempfindlichkeit zu erhöhen und die Bildauflösung zu reduzieren. Beim Einstellen der Kamera in den Pixel-Binning-Modus werden mehrere Pixel zu einem größeren Pixelbereich zusammengefügt, der somit mehr Licht sammelt. Wenn Sie bewegende Objekte aufnehmen, können Sie im Binning-Modus die Belichtung reduzieren, um Bewegungsunschärfe zu vermeiden. Darüber hinaus können Sie in dunklen Umgebungen bessere Bilder aufnehmen.

Der Pixel-Binning-Modus der Kamera reduziert die effektive Auflösung des Kamerasensors, da er die Daten mehrerer Pixel zu 1 kombiniert. Mit 2x Binning kombinieren Sie 2x2 Pixel zu 1 Pixel. Die Auflösung wird um den Faktor 4 reduziert. Mit 4x Binning kombinieren Sie 4x4 Pixel zu 1 Pixel. Die Auflösung wird um den Faktor 16 reduziert. Als Beispiel nehmen wir eine 12MP Kamera. Die Kamera hat eine Auflösung von 4096x3000 Pixel.
Im 2x2-Binning-Modus beträgt die Ausgabeauflösung 2048x1500Pixel = 3MP
Im 4x4-Binning-Modus beträgt die Ausgabeauflösung 1024x750 Pixel = 0,78 MP
In einigen Fällen erhöht sich die Bildrate der Kamera im Binning-Modus.

 

Beim Öffnen des Bildratenrechners sehen Sie, dass der Standardwert für Binning 1 ist, d. h. kein Binning. Sie können auch 2- oder 4-faches Binning auswählen. Wenn Sie 2- oder 4-faches Binning auswählen, müssen Sie die Breite und Höhe der Kamera aktualisieren, da sie verkleinert wird. Die Software warnt Sie, diesen Parameter zu ändern, um die korrekte FPS-Ausgabe zu berechnen, siehe Abbildung unten.

 

Wie die Warnmeldung uns mitteilt, müssen zuerst die Breite und Höhe korrigiert werden, um die korrekte FPS-Ausgabe zu sehen. Im Bild unten haben wir die Breite und Höhe um den Faktor 4 reduziert und die Warnmeldung ist weg, und wir haben die neue Framerate der Kamera im Binning-Modus.

 

Da der FPGA (Prozessor) in der Kamera immer noch alle Pixel aus dem Bildsensor lesen muss, bevor die Pixel zusammengefügt werden, sehen wir keine Erhöhung der Framerate. Einige Bildsensoren verfügen jedoch über eine integrierte Binning-Funktion und in diesem Fall können Sie eine Erhöhung der Bildrate feststellen.

Wenn wir # Pixel pro mm haben möchten, müssen wir berücksichtigen, dass wir diesen Bereich mit der vollen Sensorauflösung oder mit der neuen reduzierten (binned) Auflösung abdecken.

Beispiel Wenn unsere Fläche ohne Binning 1000*750mm beträgt, können wir mit der vollen Sensorauflösung wie 4096*3000 abdecken. Wenn wir dies im Binned-Modus (4) tun, bedecken wir es mit 1024*750 Pixeln. Im ersten Fall haben wir 4x mehr Pixel pro mm Auflösung, im zweiten Fall haben wir 4x mehr Licht pro Pixel, aber 4x weniger Pixel pro mm.

Bitte beachten Sie, dass nicht jede Kamera diese Funktion unterstützt. Eine Liste mit Kameramodellen finden Sie hier: Download page.

DEZIMATION / PIXEL-SKIPPING

Die Dezimierung wird verwendet, um die Bildauflösung zu reduzieren, während das Sichtfeld beibehalten wird. Eine typische Anwendung ist die Live-Ansicht des Bildes mit niedrigerer Auflösung, um die Kamerabandbreite zu reduzieren und die Bildrate zu erhöhen. In dem Moment, in dem Sie das Bild aufnehmen möchten, deaktivieren Sie die Dezimierung und nehmen das Bild mit seiner vollen Auflösung auf.

Im Dezimationsmodus wird jedes zweite Pixel (2x Dezimation) oder jedes zweite, dritte und vierte Pixel (4x Binning) verworfen. Dadurch reduzieren Sie die Bildauflösung um den Faktor 4 bzw. den Faktor 16. Als Beispiel nehmen wir wieder die 12MP Kamera.
Die Kamera hat eine Auflösung von 4096x3000 Pixel.

Im 2x2-Dezimierungsmodus beträgt die Ausgabeauflösung 2048x1500Pixel = 3MP

Im 4x4-Dezimierungsmodus beträgt die Ausgabeauflösung 1024x750 Pixel = 0,78 MP

Im Gegensatz zur Region of Interest (ROI) hat die Dezimierung keinen Einfluss auf das Sichtfeld.


Je nach Kameramodell kann es zu einer Erhöhung der FPS kommen.



Bitte beachten Sie, dass nicht jede Kamera diese Funktion unterstützt. Eine Liste mit Kameramodellen finden Sie hier: Download page.

Gamma

Die Kameraeinstellung ‘Gamma’ kann bei unseren fortgeschrittenen Kameramodellen eingestellt werden. Sie wird üblicherweise benutzt um die Helligkeit des Bildes zu erhöhen. Gamma correction ist eine nicht-lineare Anpassung die auf jeden Pixel eines Bildes angewendet wird. Gamma correction wird benutzt um die lineare Wahrnehmung der Kamera, an die nicht-lineare Wahrnehmung des menschlichen Auges anzupassen. Es gibt drei verschiedene Arten wie der

Gammawert die Helligkeit des Bildes beeinflusst.

• Gamma < 1, das Bild wird heller
• Gamma = 1, das Bild bleibt unverändert
• Gamma > 1, das Bild wird dunkler

Um den Gammawert zu ändern, müssen Sie erst einmal Gamma Correction einschalten. Danach können sie „GammaValue“ auf einen Wert zwischen 0 und 4 setzen.

Wenn Sie Gamma Correction einschalten bei einem Pixelformat von 10 oder 12 Bits, verliert man Bildinformationen. Wenn Sie also Gamma brauchen ohne Informationsverlust, vermeiden Sie es 10 oder 12-Bit Formate zu benutzen.

Bitte beachten Sie, dass nicht jede Kamera diese Funktion unterstützt. Eine Liste mit Kameramodellen finden Sie hier: Download page.


Der maximale Pixelwert R_max beträgt 255 für 8-bit Formate, 1023 für 10-bit Formate

Digital Shift

Digital Shift kann bei unseren fortgeschrittenen Kameramodellen benutzt werden um die Helligkeit des Bildes zu erhöhen. Wie der Name schon sagt, werden dabei für jeden Pixel die Binärwerte um n Positionen nach links geshiftet. Dies führt dazu dass jeder Pixelwert mit 2ⁿ multipliziert wird, wobei n der eingetragene Wert ist. Dieser Vorgang macht nicht nur das Bild heller, sondern verstärkt auch Bildrauschen.
Wenn der resultierende wert größer ist als maximal möglich, wird er einfach auf das Maximum gesetzt.

Beispiel für einen Digital Shift von 1 bei einem 12-bit Bild



Bitte beachten Sie, dass nicht jede Kamera diese Funktion unterstützt. Eine Liste mit Kameramodellen finden Sie hier: Download page.