Fachartikel aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2011, S. 38 bis 39

Wie viele Pixel braucht man wirklich?

Vor der Anschaffung eines neuen IP-Kameramodells stellt sich für viele Anwender zuerst die Frage nach der Auflösung, das heißt, wie viele Pixel sich im Bildsensor der Kamera befinden. Die Bildqualität hängt jedoch nicht nur von der Anzahl der Pixel ab. Was sind die Entscheidungskriterien für ein bestimmtes Kameramodell, wie können Anwender feststellen, wie viele Pixel sie wirklich für ihre Anwendung benötigen?

Um diese Frage zu beantworten, muss man sich über die Anforderungen klar werden: Möchte man einfach nur einen allgemeinen Überblick über einen Ort bekommen, will man Gesichter, die Nummernschilder von Autos oder sogar die Vorderseite von Spielkarten erkennen können? Die Antwort auf diese Fragen lässt darauf schließen, ob man eine Kamera mit VGA-Auflösung, mit Megapixel- oder sogar mit Multi-Megapixelauflösung benötigt.

Bildrauschen bei unterschiedlichen Auflösungen. (Bild: Basler)

Der IP-Markt bewegt sich in Richtung immer kleinerer Pixelgrößen, da eine ständig wachsende Anzahl von Pixeln auf einer Sensorfläche konstanter Größe aufgebracht wird. Auf der einen Seite hat dieser Trend Kostenvorteile, auf der anderen Seite haben die kleineren Pixel eine Reihe von Konsequenzen.

Gute Objektive für kleine Pixel

Wie groß muss also ein Pixel sein, damit die Auflösung des Objektivs bestmöglich genutzt werden kann, um das Objekt auf der Sensorfläche abzubilden? Am Beispiel eines sehr kleinen Punktes auf dem Objekt lässt sich das gut verdeutlichen. Ein sehr gutes Kameraobjektiv bildet diesen Punkt auf dem Objekt in einen Punkt von fünf Mikrometern Durchmesser auf der Bildebene ab. Preisgünstige Objektive dagegen stellen diesen Punkt mit einem „unschärferen“ Durchmesser von bis zu 15 oder 20 Mikrometern dar. Die Größe der Kamerapixel sollte jedoch nicht kleiner sein als die minimale Punktgröße, die das Objektiv in der Bildebene erzeugen kann. Viele kostengünstige Objektive können also nicht das ganze Potenzial einer Kamera mit kleinen Pixeln ausnutzen.

Kleine Pixel – exakte Justage

Bei kleinen Pixeln gibt es besondere Anforderungen an die Optik, aber auch enge mechanische Toleranzen, die eingehalten werden müssen. Je kleiner die Pixel, desto schwieriger die Vorgaben bei der Herstellung der Kamera bezüglich der Ausrichtung der Sensorfläche relativ zum Objektivanschluss. Dies ist wichtig, damit bei optimaler Fokussierung ein gleichmäßig scharfes Bild über die gesamte Sensorfläche erreicht werden kann. Auch für den Anwender wird bei einer Kamera mit kleinen Pixeln die genaue Scharfstellung des Objektivs schwieriger als bei großen Pixeln.

Kleine Pixelfläche – verringerte Lichtempfindlichkeit

Bei schlechter Beleuchtung und wenig Licht bekommt man nur wenig Bildinformation. Wenn die gleiche Szenerie auf einem Sensor mit vorgegebener Größe abbildet wird, ist die Anzahl an Photonen, die auf jedes Pixel treffen, proportional zur Pixelgröße. Das bedeutet, dass für das gleiche Signal-zu-Rausch-Verhältnis ein Fünf-Megapixel-Sensor vier Mal mehr Photonen benötigt als ein 1,3-Megapixelsensor. Im Allgemeinen benötigt man eine gute Beleuchtung, wenn man kleine Pixel einsetzen möchte.

Viele Pixel – viele Daten und geringere Bildfrequenz

Bei IP-Applikationen sind komprimierte Datenformate Standard. Aber auch mit komprimierten Daten erzeugen Sensoren mit höherer Auflösung auch größere Datenmengen. Der Anwender muss letztendlich entscheiden, ob eine größere Auflösung wirklich wichtig ist, wenn es um die Auslegung von Netzwerk und Bilddaten-Speicher geht. Eine höhere Auflösung setzt in der Regel auch die maximale Bildrate herab.

Einfluss der Objektivqualität auf die Bildqualität. (Bild: Basler)

Die Anforderungen entscheiden

Bevor sie eine Kamera für ihre Anwendung auswählen, sollten sich Anwender fragen, wie viele Pixel und welche Bildrate sie wirklich benötigen. Keinesfalls ratsam ist der Versuch, beim Objektiv das Geld wieder einzusparen, das man vielleicht für eine hochauflösende Kamera ausgegeben hat. Unter schwierigen Lichtverhältnissen muss der Kamerasensor eine hohe Empfindlichkeit aufweisen. Sensoren mit großen Pixeln sind in vielen Fällen die richtige Wahl bei schlechten Lichtverhältnissen. Darüber hinaus kann ein lichtstarkes Objektiv dabei helfen, so viel Licht wie möglich zu sammeln.

Zunächst sollte man seine Anforderungen sehr genau zusammenstellen und sich anschließend von einem fachlich qualifizierten Anbieter beraten lassen, um herauszufinden, wie viele Pixel man für eine Anwendung wirklich benötigt.

Valeria Mix, Technical Writer bei der Basler AG

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