Der unsichtbare Fortschritt

Moderne Leuchtfelder in der Bildverarbeitung

  • Das Prinzip der seitlichen Lichteinkopplung.Das Prinzip der seitlichen Lichteinkopplung.
  • Das Prinzip der seitlichen Lichteinkopplung.
  • Moderne Leuchtfelder sind in unterschiedlichen Größen und Bauformen verfügbar.

Leuchtfelder sollten eine gleichförmige Lichtverteilung über ihre ganze Leuchtfläche haben und das möglichst über die gesamte Lebensdauer gewährleisten. Nur die wenigsten schaffen das. Ein innovatives Konstruktionsprinzip bringt hier deutliche Verbesserungen.

Leuchtfelder werden in der Bildverarbeitung seit jeher für die Hinterleuchtung von Objekten - das sogenannte Schattenrissverfahren - eingesetzt. Der große Kontrast eines binären Bildes eignet sich ideal für präzise Vermessungsaufgaben. Es besteht nur aus schwarz und weiß und unterscheidet zwischen Objekt und leuchtendem Hintergrund. Typische Beispiele sind die Vermessung von Konturen oder Bohrungen relativ flacher Objekte. Ein gutes Leuchtfeld zeichnet eine möglichst gleichmäßige Lichtverteilung über die gesamte Leuchtfläche aus. Aber diese Eigenschaft alleine reicht nicht aus für anspruchsvolle, moderne Anwendungen.

Unterschiedliche Bauformen
Herkömmliche Leuchtfelder sind als Matrixsystem aufgebaut, bei dem die LEDs direkt unter einer Streuscheibe angeordnet sind. Im Vergleich dazu wird bei der Kantenbeleuchtung des Leuchtfeld-Herstellers Planistar Lichttechnik das Licht durch seitlich angeordnete LEDs eingekoppelt. Um zu vermeiden, dass die randnahen Bereiche heller strahlen als die randfernen wird ein spezieller Lichtleiter verwendet, der eine homogen Lichtabstrahlung über die gesamte Fläche ermöglicht. Dieses System hat mehrere Vorteile: Bei einer ungleichmäßigen Alterung der LEDs (und damit einhergehender unterschiedlicher Leuchtkraft) oder gar beim Ausfall einzelner LEDs ist auch weiterhin eine homogene Leuchtfläche gewährleistet.
Ein weiterer Unterschied liegt im besseren Wärmemanagement: Bei Matrix-Systemen liegen die Wärmequellen direkt unter der Leuchtfläche und damit unter dem Messobjekt. Dies kann beispielsweise bei wärmeempfindlichen Prüflingen oder engen Raumverhältnissen zu Problemen führen. Der Wärmeeintrag bei Kantenbeleuchtung beschränkt sich auf den unbeleuchteten Randbereich, die eigentliche Messfläche wird nur geringfügig erwärmt. Da die Leuchtfläche selbst keine LEDs enthält, lassen sich dort Öffnungen einbringen, die Individuallösungen ermöglichen.

Beispielsweise für Kameraobjektive oder für das Handling der Objekte. Darüber hinaus können Leuchtfelder mit Kameraöffnung auch als äußerst homogene Auflichtbeleuchtung eingesetzt werden. Das Konstruktionsprinzip ermöglicht Bauformen, die nur halb so hoch sind wie die vergleichbarer Matrixsysteme. Ein weiterer Punkt, der für den Einsatz bei Anwendungen mit beengten Raumverhältnissen spricht.
Darüber hinaus besteht noch ein weiteres zentrales Qualitätsmerkmal bei Leuchtfeldern. Bei einfachen Systemen mit externer, zentraler Stromsteuerung kann es zu Stromverschiebungen zwischen den einzelnen LED-Strängen kommen, die sich umso mehr auswirken je älter die Leuchte wird. Die Folge ist eine inhomogene Lichtverteilung und im Extremfall sogar die frühzeitige Zerstörung der Leuchte. Steuerungen, die bereits in den Leuchteinheiten integriert sind, regeln die Leistungen der einzelnen Segmente. Damit wird erreicht, dass durch jeden LED-Strang der gleiche Strom fließt, unabhängig vom Alterungsgrad. Integrierte Schalteingänge und die Überwachung der maximalen Impulszeit im Blitzmodus verhindern auch eine Fehlbedienung.
Als systembedingter Nachteil von Kantenbeleuchtungen wird - nicht zu Unrecht - die geringere Anzahl verbauter LEDs angeführt, die entsprechend weniger Lichtleistung abgeben. Allerdings wirkt sich diese Tatsache kaum auf die Qualität der Bilder aus, da für Durchlichtaufnahmen in aller Regel keine große Helligkeit notwendig ist. Und selbst bei lichtintensiven Anwendungen, wie zum Beispiel bei bewegten Objekten mit entsprechend kurzen Belichtungszeiten, erreichen neue Systeme Lichtleistungen, die Matrixleuchten kaum nachstehen. Im Blitzbetrieb schaffen moderne Leuchtfelder von Planistar bereits 100.000 Lux auf 20 x 20 Zentimetern Leuchtfläche. Dass die schlanke und LED-sparende Bauform großen Einfluss auf die Beschaffungskosten und den Stromverbrauch hat, dürfte unbestritten sein. Der Preisvorteil der Technik mit seitlicher Lichteinkopplung gegenüber der von Matrixsystemen wird mit zunehmender Leuchtfeldgröße sogar deutlich größer.

Hohe Kunst der Individuallösungen
Bei schwierigen Messobjekten, deren Form oder Reflexionseigenschaften besondere Ansprüche stellen, stoßen Standardbeleuchtungen zuweilen an ihre Grenzen. Sie sind nicht in der Lage, Objekte gleichmäßig und diffus von allen Seiten zu beleuchten. Dann kommt spezielle Simulationssoftware zum Einsatz, die Lichtverteilungen für die optimale Ausleuchtung gezielt berechnen und beeinflussen. Mit diesen Ergebnissen sind Leuchtenhersteller in der Lage, Leuchtfelder aber auch andere Beleuchtungsarten wie Auflichter, Dom- oder Tunnelbeleuchtungen, individuell in ihrer Lichtverteilung anzupassen. Beispielsweise werden so bei Anwendungen mit geringen Einbaumaßen die Seiten von Objekten besser beleuchtet, ohne dass die Mitte des Objektes überstrahlt wird. Die Langzeitqualität von Leuchtfeldern zeigt sich also nicht auf den ersten Blick. Erst die Summe vieler Detailverbesserungen macht den Unterschied aus.

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