Alvium VSWIR-Serie

Die Sensorwahl sollte auf Basis von Objektauflösung, Sichtfeld, Pixelgröße und zulässiger Datenrate erfolgen. IMX991 und IMX990 verwenden Pixel mit 5 µm und bieten 0,30 MP bzw. 1,30 MP, während IMX993 und IMX992 Pixel mit 3,45 µm nutzen und 3,20 MP bzw. 5,30 MP liefern. Die kleineren Pixel ermöglichen eine feinere räumliche Abtastung, wenn Objektiv und Arbeitsabstand die zusätzlichen Details auflösen können. Die größeren Pixel verringern die für eine bestimmte Sensorfläche benötigte Pixelzahl, was die Datenverarbeitung vereinfachen kann. Die tatsächliche Empfindlichkeit hängt jedoch weiterhin von Beleuchtung, Belichtungszeit und Optik ab. Vor der Auswahl des Kameramodells sollten Entwickler die erforderliche Objektauflösung in Mikrometern pro Pixel berechnen.

USB3 Vision eignet sich für kurze, direkte Verbindungen zu einem PC oder Embedded-Host, während GigE Vision und 5GigE Vision Ethernet-basierte Vernetzung und PoE-Optionen bieten. MIPI CSI-2 ist für die enge Integration mit kompatiblen Embedded-Prozessoren und Carrier-Boards ausgelegt, bei denen das Host-Design den Datenpfad steuert. GMSL2 und FPD-Link III erweitern CSI-2-basierte Kameras über robuste Koaxialkabel- oder geschirmte Twisted-Pair-Verbindungen mithilfe von Serializer und Deserializer. Koaxialversionen unterstützen Kabellängen bis 15 m, während die dokumentierten STP-Grenzen bei bis zu 8 m für GM2 und 10 m für FP3 liegen. Bei der finalen Auswahl sollten Bandbreite, Kabelbewegung, Steck­verbindertyp, Strom­versorgung und die Verfüg­barkeit von Host-Treibern berücksichtigt werden.

Ja, die Sensoren decken einen definierten Spektralbereich von 400 bis 1.700 nm ab und erfassen damit sichtbare Wellenlängen ebenso wie das SWIR-Band. So kann eine einzelne monochrome Kamera Merkmale beobachten, die unter sichtbarer, nahinfraroter und SWIR-Beleuchtung unterschiedlich reagieren. Die Kamera erzeugt jedoch nicht selbst farbgetrennte Spektralkanäle. Für die Wellenlängentrennung sind daher kontrollierte Beleuchtung, Filter oder ein hyperspektrischer optischer Aufbau erforderlich. Auch Linsen, Fenster und Schutzmaterialien müssen die in der Anwendung genutzten Wellenlängen übertragen. In der Praxis sind der optische Aufbau und das Beleuchtungsdesign beim Kombinieren sichtbarer und SWIR-Messungen ebenso wichtig wie die Kamera selbst.

Die erforderliche Datenrate hängt von Auflösung, Bildrate und gewähltem Pixelformat ab. Bei Mono8 ist das 3,20-MP-G5-Modell mit 131 fps und etwa 525 MByte/s spezifiziert, während das 5,30-MP-G5-Modell bei derselben angegebenen Übertragungsrate 84 fps erreicht. Die USB-Modelle liefern 123 fps bei 3,20 MP und 77 fps bei 5,30 MP, entsprechend der verfügbaren USB-Übertragungsbandbreite. Höhere Bittiefen erhöhen das Datenvolumen, sodass die Erfassung mit 10 Bit oder 12 Bit die erreichbare Bildrate reduzieren oder gepackte Formate erfordern kann. Regions of Interest können die Zahl der übertragenen Pixel verringern und höhere Erfassungsraten ermöglichen, wenn nur ein Teil der Szene benötigt wird.

Das Objektiv muss sowohl das Sensorformat als auch den für die Inspektion genutzten Wellenlängenbereich abdecken. Die Sensorformate reichen von Typ 1/4 bis Typ 1/1.4, daher wächst der erforderliche Bildkreis mit der gewählten Auflösung und dem Sensormodell. C-Mount- und CS-Mount-Optionen sind über die gesamte Serie verfügbar, S-Mount wird bei ausgewählten Modellen und Konfigurationen angeboten. Ein Objektiv, das nur für sichtbare Bildgebung ausgelegt ist, kann im SWIR-Band an Transmission, Fokuskonstanz oder Kontrast verlieren. Entwickler sollten daher Spektraltransmission, chromatische Fokusverschiebung, Arbeitsabstand, Blende und Bildkreisabdeckung prüfen, bevor sie das optische Design finalisieren.

Diese Kameras nutzen keine thermoelektrische Sensorkühlung, daher muss der Wärmeeintrag in die umgebende mechanische Struktur bei der Installation berücksichtigt werden. Die veröffentlichten Betriebsgrenzen beziehen sich auf die Gehäusetemperatur und sollten nicht automatisch als uneingeschränkte Umgebungstemperaturgrenzen interpretiert werden. Je nach Modell und Schnittstelle liegt die obere Gehäusetemperaturgrenze bei +55 °C, +60 °C oder +65 °C, die typische untere Grenze bei −20 °C. Bei Board-Level- und Open-Housing-Installationen muss der Systementwickler zudem für einen geeigneten thermischen Pfad und eine passende EMV-Auslegung sorgen. Während der Prototypentests kann eine Temperaturüberwachung bestätigen, dass das vorgesehene Gehäuse, die Montageplatte und der Luftstrom die Kamera innerhalb ihres zulässigen Bereichs halten.

Zu den verfügbaren Funktionen zählen Defektpixelkorrektur, adaptive Rauschkorrektur, Schwarzpegelanpassung, Kontrast, Gamma, Lookup-Tabellen, Faltung, Lens-Shading-Korrektur und konfigurierbare Regions of Interest. Diese Funktionen können Bilddaten aufbereiten oder reduzieren, bevor sie den Host erreichen. Die genaue Verfüg­barkeit hängt jedoch von Schnittstelle, Modell und Firmware ab. Multiple ROI und Binning sind hilfreich, wenn nur definierte Inspektionsbereiche oder reduzierte räumliche Daten benötigt werden. Sequencer, Zähler und Timer ermöglichen es, Aufnahmeeinstellungen in einer kontrollierten Folge zu ändern, ohne dass der Host kontinuierlich eingreifen muss. Der Funktionsumfang sollte mit der vorgesehenen Software-Zugriffsmethode abgeglichen werden, insbesondere beim Wechsel zwischen Ethernet-, USB- und CSI-2-Implementierungen.

Die Serie bietet Hardware-Triggering und programmierbare GPIOs, wobei die genaue Leitungsbelegung von der jeweiligen Schnittstellenfamilie abhängt. GigE- und 5GigE-Versionen unterstützen bei geeigneten Modellen außerdem Ethernet-orientierte Funktionen wie Action Commands und Precision Time Protocol. CSI-2-, GMSL2- und FPD-Link-III-Varianten bieten Trigger- und Peripheriesteuerung über ihre Kamera-I/O-Konfigurationen und kompatible Host-Hardware. Sequencer, Zähler und Timer können Belichtungseinstellungen mit wiederkehrenden Maschinenzyklen koordinieren. Bei der Systemauslegung sollten Triggerlatenz, Kabelausbreitung, Host-Pufferung und Beleuchtungszeitpunkt gemeinsam validiert und nicht als voneinander unabhängige Komponenten betrachtet werden.