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S-Mount

(=Short Mount)
Objektivanschluss zur Verwendung von Mini-Objektiven mit M12x0.5 Gewinde (= Durchmesser 12mm, 1 Umdrehung = 0.5mm Hub.
S-mount Objektive werden zum einen in speziellen Haltern verwendet, oder aber mit Adaptern in C-Mount oder CS-Mount Kameras.
Anders als C-Mount, CS-Mount und F-Mount sind zwar Durchmesser und Gewindesteigung festgelegt, jedoch NICHT der Abstand vom mechanischen Anschlag des Objektivs zum Sensor.
Hierdurch kann es zu mechanischen Problemen zwischen im Halter montierten Filtern und dem Objektiv kommen.

Schärfentiefe

Abstands-Bereich in dem das Bild hinreichend fokussiert ist.

Grafik: Schärfentiefe

Schärfentiefe

Es gilt :

DOF = FernpunktNahpunkt

Die grösste Schärfentiefe (nämlich \infty) erhält man, wenn man das Objektiv auf die sog. Hyperfokale Distanz H einstellt. Dann ist von \frac{H}{2} bis \infty fokussiert.

siehe auch:
Kann man die Schärfentiefe durch Änderung der Brennweite erhöhen, wenn Helligkeit und Bildausschnitt gleich bleibt?

Scheimpflug-Prinzip

Normalerweise steht die Fokus Ebene 90 Grad zur optischen Achse.
Ein Problem taucht auf, wenn zwei Objekte einen so unterschiedlichen Abstand von der Kamera haben, dass sie nicht mehr gleichzeitig scharf gestellt werden können.

Different_Object_Distances

Theodor Scheimpflug hatte die geniale Idee, die Kamera zu kippen!

scheimpflugs_idea

Dann sind alle Punkte in der A-B-Ebene fokussiert!

Alleine die Kamera zu kippen reicht aber noch nicht aus, um ein fokussiertes Bild zu bekommen. Die Gausssche Fokus Gleichung muss ebenfalls erfüllt sein.
Die Gauss-Gleichung ist jedoch äquivalent mit dem zweiten Scheimpflug-Prinzip.

Erstes Scheimpflug-Prinzip:

Drei Ebenen in 3D müssen eine gemeinsame Schnittgerade haben:

  • Die gekippte Ebene, die die gewünschten Objekte enthält.
  • Die Sensor Ebene
  • Eine Ebene senkrecht zur optischen Achse durch die Linsenmitte.

Für eine theoretische “dünne Linse” (= der virtuellen Dicke Null), ist klar, wo sich diese Ebene befindet. Bezüglich des Ortes bei realistischeren “dicken Linsen” siehe unten.

Als Gedankenspiel seien die Positionen der Sensorebenen und der Objektebene fest und nicht parallel.Dies definiert eine Gemeinsame Gerade in 3D, die in beiden ebenen liegt. Es gibt dann unendlich viele Ebenen, die durch die gemeinsame gerade gehen.
Offenbar können nicht alle zu best-fokussierten Objekten führen.
Also halten wir fest:

Das erste Scheimpflugprinzip ist nur eine notwendige, aber keine hinreichende Bedingung, ein fokussiertes Bilder einer gekippten Ebene auf dem Sensor zu erhalten.

Im allgemeinen wird die Linse zwar gekippt, jedoch das Bild nichz fokussiert sein.
Sobald wir jedoch die Linsenfokussiermechanik verwenden, ist das erste Scheimpflugprinzip nicht mehr erfüllt und wir müssen die Linse etwas kippen , um die Scheimpflugbedingung erneut zu erfüllen.

Die zweite (hinreichende) Bedingung kann sein:

Gauss Fokus Gleichung:

frac{1}{focal length} = frac{1}{object distance} + frac{1}{image distance}

Aber statt der Gauss-Gleichung können wir verwenden:

Zweites Scheimpflug-Prinzip.

Die folgenden drei Ebenen müsses eine Gemeinsame Gerade enthalten:

  • Die gekippte Ebene, die das gewünschte Objekt erhält.
  • Eine Ebene durch die Lindenmitte, senkrecht zur optischen Achse
  • Eine Ebene, senkrecht zur optischen Achsen, um eine Brennweite Richung objekt verschoben.

Situationen & Anwendungen bei denen das Scheimpflug Prinzip angewende werden kann.

  • Die zu fokussiernden Objektehave diverse unterschiedlich Kamerawinkel
  • Die Kamera kann nicht fdort angebracht werden.
  • Die Kamera schaut unter einem Winkel auf das mehr oder weniger flache objekt
  • Kameras für autonomous Fahrzeuge die Linsien oder schrift auf em Boden verfolgen müssen.
  • Wann immer die gewünschte fokus ebene nicht paralel zur Sensorebene ist.
  • Laser-Triangulation
Die folgende interaktive Zeichnung dient nur zur Veranschaulichung!

Benutzung: Zunächst wird die Objektmitte (der grüne Punkt wo die optische Achse auf das Objekt trifft) auf die Wunschstelle geschoben, z.B. bei 60 auf der x-Achse.
Dann wird die Linse (der andere grüne Punkt) an eine Stelle gezogen, an der Plat für Kamera und Linse ist.
Die interaktive Grafik behält die Optische achse in der Sensormitte und bildet die Ränder des Sensors in die gewünschte Objektebene ab.
Die Vergrösserung (magnification) wird dabei senkrecht(!) zur optischen Achse bestimmt.

Auf dem Monitor wird bei einem Rechteckigen Objekt auf dem Monitor ein trapezförmiges Bild erscheinen. Wegen der Perspektive werden die Objektteile näher an der Kamera größer abgebildet.

Schnittweite, hintere

Bei Objektiven: auf der optischen Achse gemessener Abstand des Bildes von der letzten Linse eines Objektivs. Das Objekt ist dabei im Unendlichen.

Der Wert gilt nur in der paraxialen Optik, also für Objekte nah an der optischen Achse.

Bei weiter von der optischen Achse entfernten Objekten wird nämlich die Schnittweite von der sphärischen Aberration beeinflusst.

(hintere Schnittweite = BFL = Back Focal Length ) Nicht mit der effektiven Brennweite EFL verwechseln!

Sensor-Format

Es werden unterschiedlich große Sensoren in der Bildverarbeitung und Sicherheitstechnik verwendet.

Das Format dieser Sensoren unterschiedet sich zum einen im Seitenverhältnis der Sensor-Seiten, z.B. 1:1, 4:3, 16:9, 16:10

und zum anderen in der Sensorgröße, die durch die Diagonale beschrieben wird

 

Sensorformat Diagonale
1/4" 4.3-4.5mm
1/3" 6mm
1/2.5" 7.13mm
1/2" 8mm
1/1.8" 8.9mm
2/3" 11mm
1" 16mm
4/3" 22.5mm

Shannon’sches Abtasttheorem

Für die Abtastung und die Bearbeitung von abgetasteten Signalen mit digitalen Systemen gelten einige Voraussetzungen. Diese sind:

  • Das Signal muss bandbegrenzt sein, d.h. oberhalb einer Grenzfrequenz müssen alle Frequenzanteile Null sein.
  • Die Abtastfrequenz muss mindestens doppelt so hoch sein wie die Grenzfrequenz des Signals

Diese Regeln werden „Shannonsches Abtasttheorem“ genannt.

Wird es nicht eingehalten, d.h. ist die Abtastrate ist nicht mindestens doppelt so groß wie die Grenzfrequenz eines Signals, treten Frequenzanteile im Spektrum auf, die im Signal eigentlich nicht enthalten sind.
Löst ein Objektiv zu gut auf ( ja, Objektive können zu gut sein) , so kann es zum Beispiel zu Color-Moiree effekten kommen, siehe etwa https://www.optowiki.info/faq/why-can-color-cameras-use-lower-resolution-lenses-than-monochrome-cameras/

Dieser Effekt wird „Aliasing“ genannt und entsteht durch Spiegelung von Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz in den Bereich unter der Grenzfrequenz.

Diese Grenzfrequenz wird „Nyquist-Frequenz“ genannt.In der Optik entspricht die Nyquist-Frequenz eine Linie pro Pixel, oder einem halben Linienpaar pro Pixel.

Bei der Nyquist-Frequenz erreicht die MTF den Wert Null, es liegt also kein Kontrast mehr vor.

Die Grenzfrequenz hängt von der Blendenzahl und der Wellenlänge ab.

Es gilt :Grenzfrequenz = 2 / Airyscheibchen-Durchmesser = 1 / Airyscheibchenradius = 1 / (1.22 * Wellenlänge * F#)

Man kann 70% der Nyquist-Frequenz auflösen, also 0.7 * Nyquist-Frequenz = Nyquist Frequenz / 1.41.

Dividiert man sogar durch 2, erhält man ca. 50% Kontrast, der dann über 4 Pixel erreicht wird.

Ein Sensor habe 2.2um Pixel.
Dann ist die Nyquist-Frequenz 1/2 line pairs pro Pixel = = 1lp / 2pixel.Es gehen 1000/2.2um =   454pixel auf einen Millimeter.Die Nyquist-Frequenz ist also    0.5lp / pixel = (454/2) lp/mm = 227lp/mm.

Dort haben wir 0% Kontrast.
Wollen wir eine Chance auf 50% Kontrast haben, müssen wir diesen Wert durch 2 dividieren, erhalten also   (227/2) lp/mm = 113.5 lp/mm.