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Objektive in der Bildverarbeitung

Breite Auswahl für den richtigen Blick

In der Bildverarbeitung spielt die Auswahl des zur Kamera optimal passenden Objektivs eine wichtige Rolle für eine ausgewogene Gesamtlösung. Hier finden Sie ausführliche Informationen zur Unterscheidung der unterschiedlichen Objektivtypen und deren Anwendungsschwerpunkte.

Aufbau des Objektivs

Das Objektiv (Bild 1) besteht aus mehreren Linsen, die in der Summe die Brennweite bestimmen. Des Weiteren umfasst das Objektiv noch die Blende, einen Kameraanschluss und ein Filtergewinde.

Standardobjektive

Objektive mit einem Brennweitenbereich von ungefähr 4 – 75 mm werden in die Gruppe der Standardobjektive zusammengefasst.

 

  • Weitwinkelobjektive haben einen Bildwinkel, der höher ist als der Blickwinkel des menschlichen Auges (ca. 60°).
  • Anhaltswerte:
    • Im Fall eines 1/2“-Sensors beginnt der Weitwinkelbereich bei ca. 6 mm und kleiner.
    • Für einen 2/3“-Sensor beginnt der Weitwinkelbereich bei ca. 8 mm und kleiner.
    • Für einen 1“-Sensor beginnt der Weitwinkelbereich bei ca. 12 mm und kleiner.
  • Normalobjektive weisen als Brennweite die Diagonale des Sensors aus. Der Bildwinkel eines Normalobjektives beträgt daher 53°. In der Praxis spricht man von Normalobjektiven bei einem Bildwinkel von ca. 40 – 50°.
  • Als Teleobjektiv werden Objektive mit einem Bildwinkel von weniger als 40° bezeichnet.

Zoomobjektive
 

Die Begriffe Zoomobjektiv und Varioobjektiv sind Bezeichnungen für ein und denselben Objektivtyp. Es handelt sich um Objektive mit verstellbarer Brennweite, wobei beim Verstellen die Schärfe konstant bleibt.

Eine Sonderform der Zoomobjektive ist das Variofocalobjektiv, das während des Zoomvorganges die Schärfe nicht beibehält. Bei Zoomobjektiven wird in der Regel die kleinste und größte Brennweite angegeben. Zusätzlich geben einige Hersteller auch die Relation zwischen den beiden Grenzbrennweiten an (z.B. 10-fach Zoom bei 10 – 100 mm Brennweite).

Telezentrische Objektive

Bei telezentrischen Objektiven (Bild 2) verlaufen die Bildstrahlen parallel zur optischen Achse. Das Objekt wird dadurch unabhängig von der Position zum Objektiv immer mit einem bestimmten Verhältnis zum Original abgebildet und es entsteht bei unterschiedlichen Arbeitsebenen kein Messfehler wie bei Standardobjektiven. Durch den parallelen Strahlengang ist die maximale Größe des Objekts allerdings auf den Durchmesser der Eingangslinse des Objektivs beschränkt.

Makroobjektive oder -systeme

Objektive, die ein Objekt im Maßstab 1:1 oder vergrößernd auf der Bildebene abbilden, bezeichnet man als Makroobjektive (Beispiel in Bild 3). Prinzipiell kann jedes Objektiv durch Verringerung des Arbeitsabstandes mit Hilfe von Zwischenringen oder Nahlinsen als Makroobjektiv Verwendung finden. Durch die Verwendung dieser zusätzlichen Komponenten nehmen allerdings bildfeldabhängige Fehler deutlich zu, beispielsweise die Verzeichnung. Echte Makroobjektive wurden speziell auf geringe Arbeitsabstände hin entwickelt, wodurch die bildfeldabhängigen Fehler auf ein Minimum reduziert werden.

Makroobjektive haben in der Regel eine kleinere Blendenöffnung als Standardobjektive, um die prinzipiell größere Schärfenuntiefe bei geringen Arbeitsabständen auszugleichen. Zusätzlich verringert eine kleine Blendenöffnung eventuelle Bildfehler, verursacht aber auch automatisch eine geringere Lichtempfindlichkeit.

Makroobjektivsysteme erlauben dem Anwender, sich aus einem Systembaukasten ein speziell für die jeweilige Anwendung optimiertes Makroobjektiv „zu bauen“. Basis für ein solches Makroobjektiv ist ein Grundkörper, der die wesentlichen Eigenschaften wie Festbrennweite oder Zoom, Schärfeeinstellmöglichkeiten, Blende oder Lichteinspiegelung definiert. Ein Adapter bestimmt die Vergrößerung, die jedoch auch durch den Arbeitsabstand beeinflusst wird. Der Arbeitsabstand wird mit Hilfe der dritten Komponente, der Frontlinse, definiert. Bei einigen Systemobjektiven kann dann auch zwischen verschiedenen Kameraanschlüssen ausgewählt werden. Eine Berechnung daraufhin, welche Komponenten die gewünschten Abbildungseigenschaften gewährleisten, ist nicht trivial, jedoch stellen die Hersteller solcher Objektive Tabellen und einfache Berechnungsformeln zur Verfügung. Makroobjektive erreichen bis zu 400-fache Vergrößerungen.

Weitere Objektive
 

Es gibt noch eine ganze Anzahl weiterer Objektivtypen, beispielsweise Mikroobjektive oder Shiftobjektive, die aber im Bereich der industriellen Bildverarbeitung keine Verwendung finden und auf deren Vorstellung hier verzichtet wird.

Bildnachweise: Soweit nachfolgend nicht anders aufgeführt bei der Polytec GmbH, Bild 3: Navitar Inc.