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Manchmal ist weniger mehr: Subsampling, Binning oder Scaler

Ihr Sichtfeld soll sich nicht verändern, die Framerate aber erhöhen? Sie benötigen eine kürzere Belichtungszeit? Bei gleichem Sichtfeld reicht Ihnen eine geringere Auflösung?

Um die Auflösung zu reduzieren und dasselbe Sichtfeld zu behalten, gibt es je nach Sensormodell verschiedene  Möglichkeiten: Subsampling, Binning oder Scaler. Wie aber unterscheiden sich diese?

Hintergrund

Subsampling

Beim Subsampling werden auf dem Sensor beim Auslesen Pixel übersprungen. Dies reduziert die Datenmenge und erhöht die Kamerageschwindigkeit. Das aufgenommene Bild hat eine kleinere Auflösung, zeigt aber das gleiche Sichtfeld (field of view) wie mit voller Auflösung.

Die meisten Farbsensoren führen ein Farb-Subsampling aus, bei dem die Pixel farbrichtig übersprungen werden. Bauartbedingt führen manchen Monochromsensoren ebenfalls ein Farb-Subsampling durch. Dies kann bei feinen Bildstrukturen zu leichten Artefakten führen.

Andere Monochrom- und Farbsensoren wiederum berücksichtigen das Bayer-Pattern nicht (Monochrom-Subsampling). Dadurch gehen Farbinformationen verloren.

Subsampling kann auch in der Pixelvorverarbeitung auf der Kamera gemacht werden. Dieses Verfahren reduziert die Datenmenge pro Bild, erhöht die Framerate aber nicht.
 

Binning

Beim Binning werden mehrere Pixel auf dem Sensor zu einem gemeinsamen Wert gemittelt oder addiert:
 
  • Werden die Werte aufaddiert, erhöht sich die Bildhelligkeit.
  • Werden die Werte gemittelt, verbessert sich das Rauschverhalten des Bildes.
 
Auch dadurch reduziert sich die Datenmenge und die Kamerageschwindigkeit wird erhöht. Das aufgenommene Bild hat eine kleinere Auflösung, zeigt aber das gleiche Sichtfeld wie mit voller Auflösung.
Die meisten Farbsensoren führen ein Farb-Binning aus, bei dem jeweils Pixel gleicher Farbe miteinander verrechnet werden. Manche Monochromsensoren führen ebenfalls ein Farb-Binning durch, wodurch leichte Artefakte entstehen können.

Andere Monochrom- oder Farbsensoren wiederum verrechnen jeweils benachbarte Pixel ohne das Bayer-Pattern zu berücksichtigen (Monochrom-Binning). Dadurch gehen Farbinformationen verloren.
 

Scaler


Mit dem Scaler kann die Auflösung des Bildes in wählbaren Schritten verkleinert werden, um die Datenmenge zu  reduzieren. Das aufgenommene Bild hat eine kleinere Auflösung, zeigt aber das gleiche Sichtfeld wie mit voller Auflösung. Im Gegensatz zu Subsampling oder Binning wird das Bild nahezu stufenlos verkleinert und auch die Bildhelligkeit ändert sich nicht.

Bildauflösung im uEye Cockpit einstellen

Öffnen Sie die Kameraeigenschaften im uEye Cockpit unter „uEye > Eigenschaften“. Im Reiter „Größe“ können Sie abhängig vom geöffneten Kameramodell Subsampling, Binning oder Scaler einstellen.

Tipp: Bildprofile

Bildprofil verwenden
Wenn sich das Sichtfeld oder die Größe des Bildausschnitts ändern darf, können Sie alternativ ein Bildprofil verwenden.

Im Reiter „Größe“ können Sie über die Auswahl eines Profils eine vordefinierte Auflösung setzen. Je nach Profil und Sensormodell setzt der Kameratreiber automatisch mittels AOI, Binning, Subsampling oder Scaler die gewünschte Größe, so dass die bestmögliche Bildqualität erreicht wird.

Anwendungsgebiete

Für alle drei Verfahren gilt, dass sich in der Anwendung das Sichtfeld nicht ändern darf, aber die Bildauflösung reduziert werden kann.

Für Subsampling spricht, dass die Framerate erhöht werden kann ohne dass sich die Bildhelligkeit oder der Kontrast verändert. Der Scaler erlaubt prinzipiell das Gleiche wie Subsampling aber mit feineren Zwischenstufen, wird aber nur von bestimmten Sensoren unterstützt.

Ein Vorteil beim Binning ist, dass die Bildhelligkeit erhöht werden kann. Die ist bei Anwendungen von Vorteil, bei denen nicht geblitzt werden kann bspw. bei licht-empfindlichen Proben oder spiegelnden Oberflächen. Auch kann mit einer kürze-ren Belichtungszeit gearbeitet werden, was für bewegliche Motive wichtig ist.

Fazit

  Subsampling Binning Scaler
Sichtfeld
(field of view)
unverändert unverändert unverändert
Bildauflösung reduziert reduziert reduziert
Framerate kann sich erhöhen kann sich erhöhen kann sich erhöhen
Bildkontrast unverändert kann sich erhöhen unverändert
Bildhelligkeit unverändert kann heller werden unverändert
Bildrauschen unverändert kann besser werden unverändert
Vorteil
  • Datenreduzierung
  • Unabhängig in vertikaler oder horizontaler Richtung einstellbar
  • Datenreduzierung
  • Unabhängig in vertikaler oder horizontaler Richtung einstellbar
  • Unter Umständen sind kürzere Belichtungszeiten möglich.
  • Binning ist hinsichtlich der Bildqualität Subsampling überlegen
  • Datenreduzierung
  • Verkleinert das Bild nahezu stufenlos
Nachteil
  • Pixeldetails gehen verloren
  • Feste Schrittweiten
  • Feste Schrittweiten
  • Nur in wenigen Sensormodellen verfügbar

 

Mit den uEye API-Funktionen „is_SetBinning“, is_SetSubsampling“ und „is_SetSensorScaler“ oder den uEye .NET-Klassen „Binning“, „Subsampling“ und „SensorScaler“ können Sie die Einstellungen für Binning, Subsampling und Scaler abrufen und setzen.

Weitere Informationen zu den Einstellungen finden Sie im uEye Handbuch unter http://de.ids-imaging.com/manuals-ueye.html.
 
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