Optische Filter für Machine Vision: Technischer Auswahlleitfaden
Mit einem optischen Filter lassen sich unerwünschte Lichtanteile unterdrücken und der Bildkontrast bei einer industriellen Bildverarbeitungsanwendung verbessern. Welcher Filter geeignet ist, hängt von der verwendeten Beleuchtung, der spektralen Empfindlichkeit der Kamera und den Eigenschaften des zu prüfenden Materials ab.
Im Folgenden stellen wir vier wichtige Filtertypen anhand praktischer Beispiele aus der industriellen Bildverarbeitung vor. Nachdem Sie den passenden Filtertyp bestimmt haben, können Sie die verfügbaren Filter über das Filtergewinde Ihres Objektivs auswählen.
Welcher optische Filter ist für Ihre Anwendung geeignet?
Shortpass-Filter (Kurzpassfilter)
Ein Shortpass-Filter lässt Wellenlängen unterhalb einer bestimmten Grenzwellenlänge passieren und blockiert längere Wellenlängen. Eine typische Anwendung ist die Unterdrückung von unerwünschtem Nahinfrarotlicht (NIR) im Kamerabild.
Praxisbeispiel: Farbinspektion
Viele industrielle Bildsensoren sind auch für Nahinfrarotlicht empfindlich. Bei Farbkameras ohne integrierten IR-Sperrfilter kann dies die Farbwiedergabe beeinflussen. Ein Shortpass-Filter, der sichtbares Licht durchlässt und NIR blockiert, verhindert, dass unerwünschtes Infrarotlicht die Farbmessung verfälscht. Dabei ist auf eine möglichst gleichmäßige Transmission im sichtbaren Spektrum zu achten.
Longpass-Filter (Langpassfilter)
Ein Longpass-Filter lässt Wellenlängen oberhalb einer bestimmten Grenzwellenlänge passieren und blockiert kürzere Wellenlängen. Dies ist unter anderem bei Fluoreszenzinspektionen und Anwendungen mit Infrarotbeleuchtung sinnvoll.
Praxisbeispiel: Lesen von Codes mit UV-fluoreszierender Tinte
Beim Lesen von Codes, die mit UV-fluoreszierender Tinte gedruckt wurden, wird die Tinte durch UV-Beleuchtung angeregt. Sie absorbiert das UV-Licht und emittiert Licht mit einer längeren Wellenlänge, häufig im sichtbaren Spektrum.
Ein geeigneter Longpass-Filter blockiert das UV-Licht sowie unerwünschtes violettes oder blaues Streulicht der Beleuchtung, während das Fluoreszenzlicht des Codes durchgelassen wird. Dadurch entsteht ein höherer Kontrast zwischen Code und Hintergrund, was das Lesen des Codes deutlich erleichtern kann.
Die Grenzwellenlänge des Filters muss unterhalb des relevanten Emissionsbereichs der fluoreszierenden Tinte liegen.
Praxisbeispiel: Kennzeichenerkennung mit IR-Beleuchtung
Bei der Kennzeichenerkennung (LPR/ANPR) kann ein Longpass-Filter mit Infrarotbeleuchtung kombiniert werden. Durch die retroreflektierenden Eigenschaften vieler Kennzeichen wird das IR-Licht stark in Richtung der Kamera zurückgeworfen.
Der Longpass-Filter unterdrückt das sichtbare Umgebungslicht. In Kombination mit der richtigen Beleuchtungsgeometrie entsteht ein Bild, in dem das Kennzeichen deutlich heller erscheint als der weitgehend dunkle Hintergrund.
Dies vereinfacht die Segmentierung des Kennzeichens und kann auch bei KI-basierten LPR-Systemen Vorteile bieten. Dabei ist zu berücksichtigen, dass manche KI-Modelle zusätzliche Informationen über das Fahrzeug benötigen, um das Kennzeichen zu lokalisieren.
Bandpassfilter
Ein Bandpassfilter lässt einen begrenzten Wellenlängenbereich passieren und unterdrückt Licht außerhalb dieses Bereichs. Damit kann die Kamera gezielt auf die Wellenlänge der verwendeten LED- oder Laserbeleuchtung abgestimmt werden.
Praxisbeispiel: Inspektion mit grüner LED-Beleuchtung
Bei einer Inspektion mit grüner LED-Beleuchtung um 525 nm kann ein geeigneter Bandpassfilter einen großen Teil des Umgebungslichts blockieren. Dadurch wird die Inspektion weniger empfindlich gegenüber wechselnden Lichtverhältnissen.
Prüfen Sie, ob die Zentralwellenlänge (CWL) und die Bandbreite (FWHM) zum Emissionsspektrum der LED passen. Ein zu schmaler Durchlassbereich kann auch einen Teil des gewünschten Lichts blockieren, sodass eine längere Belichtungszeit oder eine höhere LED-Intensität erforderlich wird.
Polarisationsfilter
Ein Polarisationsfilter selektiert Licht anhand seiner Polarisationsrichtung. In der industriellen Bildverarbeitung wird er hauptsächlich eingesetzt, um störende spiegelnde Reflexionen zu reduzieren.
Praxisbeispiel: Inspektion glänzender Kunststoffverpackungen
Reflexionen auf glänzenden Verpackungen können Teile eines Aufdrucks oder Barcodes überbelichten. Durch eine Polarisationsfolie vor der Beleuchtung und einen Polarisationsfilter am Objektiv lassen sich diese Reflexionen mithilfe der Kreuzpolarisation deutlich reduzieren.
Das Ergebnis hängt vom Material und der Beleuchtungsgeometrie ab. Bei metallischen Oberflächen ist diese Methode nicht immer gleich wirksam. In manchen Fällen führt eine Anpassung des Beleuchtungswinkels oder der Einsatz einer diffusen Beleuchtung zu besseren Ergebnissen.
Worauf sollten Sie bei der Filterauswahl achten?
Bei der Auswahl eines optischen Filters sind insbesondere folgende Eigenschaften wichtig:
Wellenlänge: Der Transmissionsbereich muss zur Beleuchtung und zur spektralen Empfindlichkeit der Kamera passen.
Transmission und Bandbreite: Entscheidend ist, wie viel des gewünschten Lichts durchgelassen und wie viel unerwünschtes Licht blockiert wird.
Montage: Prüfen Sie Filterdurchmesser, Gewindesteigung und freie optische Öffnung, um Vignettierung zu vermeiden.
Ein Filter kann eine ungünstige Beleuchtungsgeometrie nicht ausgleichen. Prüfen Sie deshalb zunächst, wie das Licht auf das Prüfobjekt trifft und welche Reflexionen oder Wellenlängen die Inspektion tatsächlich stören.
Optische Filter nach Filtergewinde auswählen
Viele Industrieobjektive verfügen an der Vorderseite über ein Filtergewinde. Die Filtergröße wird durch den nominalen Gewindedurchmesser angegeben, beispielsweise M30.5.
Wählen Sie nachfolgend die Filtergewindegröße Ihres Objektivs aus, um die verfügbaren optischen Filter und Wellenlängen anzuzeigen.
Verfügbare Filtergewindegrößen
M22.5 optische Filter
M25 optische Filter
M25.5 optische Filter
M27 optische Filter
M30.5 optische Filter
M34 optische Filter
M35.5 optische Filter
M37 optische Filter
M37.5 optische Filter
M40.5 optische Filter
M43 optische Filter
M46 optische Filter
M49 optische Filter
M52 optische Filter
M58 optische Filter
Hinweis: Prüfen Sie neben dem Durchmesser auch die Gewindesteigung. Die Bezeichnung M30.5 gibt nur den nominalen Gewindedurchmesser an. M30.5 x 0.5 spezifiziert zusätzlich eine Gewindesteigung von 0,5 mm.
Technische Beratung zu optischen Filtern
Die richtige Kombination aus Beleuchtung und optischem Filter kann die Bildverarbeitung erheblich vereinfachen. Bei Machine Vision Shop unterstützen wir Ingenieure bei der Auswahl und Erprobung optischer Komponenten für industrielle Inspektionsanwendungen.
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