{"id":9152,"date":"2023-06-01T07:26:20","date_gmt":"2023-06-01T07:26:20","guid":{"rendered":"https:\/\/framos.com\/articles\/5-wege-wie-optische-filter-probleme-loesen-und-grossartige-ergebnisse-liefern\/"},"modified":"2026-03-26T09:40:10","modified_gmt":"2026-03-26T09:40:10","slug":"5-ways-optical-filters-solve-problems-and-deliver-great-results","status":"publish","type":"articles","link":"https:\/\/framos.com\/de\/fachartikel\/5-ways-optical-filters-solve-problems-and-deliver-great-results\/","title":{"rendered":"5 Wege, wie optische Filter Probleme l\u00f6sen und gro\u00dfartige Ergebnisse liefern"},"content":{"rendered":"\n

Was optische Filter tun und wie sie funktionieren<\/strong><\/h2>\n\n

Optische Filter<\/a> und optische Diffusoren<\/a> sind St\u00fccke aus behandeltem oder beschichtetem Glas, die das Licht, das den Sensor einer Kamera erreicht, ver\u00e4ndern sollen. Es gibt drei Arten von Filtern: als Au\u00dfenfilter, die \u00fcber die Vorderseite des Objektivs geschraubt werden, als nicht montierte Filter, die in eine Halterung vor dem Objektiv geschoben werden, oder als Innenfilter, die zwischen dem hinteren Element des Objektivs und dem Bildsensor sitzen. Innenfilter werden manchmal auch als „kamerainterne Fensterfilter“ bezeichnet. Optische Filter sind wesentliche Komponenten in fortschrittlichen Bildgebungssystemen, insbesondere wenn sie f\u00fcr bestimmte Wellenl\u00e4ngenbereiche entwickelt wurden. <\/p>\n\n

Optische Filter sind integrale Bestandteile von Bildgebungssystemen, die in vielen Bereichen eingesetzt werden, einschlie\u00dflich der Biowissenschaften und der biomedizinischen Forschung.<\/p>\n\n

Optische Filter verwenden eine Vielzahl von Beschichtungen, um Licht entweder zu absorbieren, teilweise zu reflektieren oder zu polarisieren. Zu den Filtertypen geh\u00f6ren auch Interferenzfilter, die bestimmte Wellenl\u00e4ngen selektiv durchlassen oder blockieren, was sie f\u00fcr hochpr\u00e4zise Bilder entscheidend macht. Hier finden Sie 5 M\u00f6glichkeiten, wie optische Filter als Bestandteil eines Kamerasystems eingesetzt werden k\u00f6nnen, um Probleme zu l\u00f6sen<\/a>. <\/p>\n\n

5 Wege zur L\u00f6sung von Abbildungsproblemen mit optischen Filtern<\/strong><\/h2>\n\n

1. Steuern Sie die Lichtverh\u00e4ltnisse mit Neutraldichtefiltern<\/h3>\n\n

Die meisten Objektive und Bildsensoren sind so konzipiert, dass sie bei schwachem Licht so empfindlich wie m\u00f6glich sind. Das ist in Ordnung, wenn Sie ein Kamerasystem unter kontrollierten Lichtverh\u00e4ltnissen verwenden, aber es kann zu Problemen im Freien oder bei sehr hellen Bedingungen f\u00fchren. Gr\u00f6\u00dfere Objektive haben variable Blenden, um die Lichtmenge, die den Sensor erreicht, zu steuern. <\/p>\n\n

Neutraldichtefilter sind eine elegante L\u00f6sung f\u00fcr dieses Problem. Neutraldichtefilter sind einfache, teilweise abgedunkelte Glasfilter, die einen Teil des Lichts, das durch sie hindurchf\u00e4llt, blockieren. Sie sind in verschiedenen Dichten erh\u00e4ltlich und k\u00f6nnen einfach \u00fcber das Objektiv geschraubt werden, um die Belichtung f\u00fcr eine optimale Sensorverst\u00e4rkung und Verschlusszeit zu steuern. <\/p>\n\n

Neutraldichtefilter k\u00f6nnen auch bei Objektiven mit variabler Blende n\u00fctzlich sein. Bei den meisten Bildverarbeitungs- und Industrieanwendungen m\u00f6chten Sie die kleinstm\u00f6gliche Blende unter den gegebenen Lichtverh\u00e4ltnissen verwenden, um die bestm\u00f6gliche Sch\u00e4rfentiefe zu erhalten. F\u00fcr kreative Anwendungen und Videografie k\u00f6nnen Sie jedoch eine gro\u00dfe Blende verwenden, um die Sch\u00e4rfentiefe zu verringern. Neutraldichtefilter erm\u00f6glichen es Ihnen, ein Objektiv mit gro\u00dfer Blende auch bei sehr hellen Bedingungen zu verwenden.<\/p>\n\n

2. Beseitigen Sie Blendungen und verbessern Sie Farbe und Kontrast mit Ultraviolett-Sperrfiltern<\/h3>\n\n

Wenn Sie eine Kamera f\u00fcr Aufnahmen mit sichtbarem Licht im Freien unter Umgebungslicht verwenden, k\u00f6nnen unerw\u00fcnschte Wellenl\u00e4ngen die Gesamtbildklarheit und den Kontrast verringern. RGB-Farbbildsensoren<\/a> k\u00f6nnen durch unerw\u00fcnschtes ultraviolettes oder infrarotes Licht an Bildsch\u00e4rfe und Lebendigkeit einb\u00fc\u00dfen.<\/p>\n\n

Ein Ultraviolett-Sperrfilter kann helfen, diese Probleme zu l\u00f6sen und die Qualit\u00e4t des aufgenommenen Bildes zu verbessern. Durch die Blockierung von UV-Licht verbessern diese Filter auch die Farbgenauigkeit. Sie stellen sicher, dass nur sichtbare Wellenl\u00e4ngen den Sensor erreichen und sorgen so f\u00fcr eine originalgetreue Farbwiedergabe.<\/p>\n\n

Bei RGB-Sensoren kann ein UV-Sperrfilter kurze Wellenl\u00e4ngen von weniger als 400 Nanometern (0,4 Mikrometer) blockieren, die mit den sichtbaren Wellenl\u00e4ngen konkurrieren.<\/p>\n\n

Diese Filter scheinen f\u00fcr das blo\u00dfe Auge nahezu transparent zu sein. Sie lassen nur sichtbares Licht durch, w\u00e4hrend sie k\u00fcrzere Wellenl\u00e4ngen absorbieren oder reflektieren. Diese Filter werden so gut wie \u00fcberall f\u00fcr die Au\u00dfenfotografie oder Videografie empfohlen und erm\u00f6glichen es den Sensoren f\u00fcr sichtbares Licht, ein Bild mit verbessertem Kontrast, Farbgenauigkeit und nat\u00fcrlicheren, ges\u00e4ttigten Farben aufzunehmen. <\/p>\n\n

Das Gegenteil von Ultraviolett-Sperrfiltern sind Ultraviolett-Bandpassfilter. Diese sind f\u00fcr die Verwendung mit speziellen Ultraviolett-Bildsensoren konzipiert und lassen nur Wellenl\u00e4ngen im Bereich von 10 Nanometern bis 400 Nanometern (0,01 – 0,4 Mikrometer) durch. <\/p>\n\n

3. Beseitigen Sie unerw\u00fcnschtes sichtbares Licht bei der Verwendung von Infrarotsensoren mit Bandpassfiltern <\/h3>\n\n

Sensoren f\u00fcr kurzwelliges Infrarot (SWIR) verwenden Glasoptiken mit geringer Dispersion, um die Fokusverschiebung f\u00fcr einen gro\u00dfen Spektralbereich zu minimieren. Diese Sensoren sind unglaublich n\u00fctzlich, um Dinge zu visualisieren, die bei normalem sichtbarem Licht nicht zu erkennen sind. SWIR-Kameras<\/a> ben\u00f6tigen in der Regel eine Beleuchtung durch eine Infrarot-Lichtquelle. <\/p>\n\n

Diese Sensoren k\u00f6nnen unter hellen Bedingungen von sichtbarem Licht \u00fcberw\u00e4ltigt werden. L\u00e4ngere Wellenl\u00e4ngen im sichtbaren Licht k\u00f6nnen den Bildsensor \u201es\u00e4ttigen\u201c und die allgemeine Bildqualit\u00e4t und Empfindlichkeit f\u00fcr das kurzwellige Infrarotlicht, das Sie aufnehmen m\u00f6chten, verringern. <\/p>\n\n

Ein Bandpassfilter ist ein spezieller optischer Filter, der ein bestimmtes Wellenl\u00e4ngenband isoliert und nur einen bestimmten Bereich von Wellenl\u00e4ngen f\u00fcr pr\u00e4zise Bildgebungsanwendungen durchl\u00e4sst. Bandpassfilter k\u00f6nnen hier Abhilfe schaffen. Es gibt eine Vielzahl von Bandpassfiltern, die je nach Wellenl\u00e4nge, f\u00fcr die der Sensor optimiert ist, und je nach Betriebsumgebung, in der die Kamera eingesetzt wird, verschiedene Bereiche des sichtbaren Lichts blockieren, w\u00e4hrend sie Infrarotlicht durchlassen. Manchmal handelt es sich dabei um „Absorptionsfilter“ – das hei\u00dft, sie absorbieren einige Wellenl\u00e4ngen des Lichts, w\u00e4hrend sie andere Wellenl\u00e4ngen durchlassen. <\/p>\n\n

Bandpassfilter k\u00f6nnen auch mit dichroitischen oder teilreflektierenden Beschichtungen hergestellt werden, die einige Lichtwellenl\u00e4ngen durchlassen, w\u00e4hrend sie andere reflektieren.<\/p>\n\n

Bei der Auswahl eines Filters und der Optimierung des Sensors ist die mittlere Wellenl\u00e4nge ein entscheidender Parameter f\u00fcr die Auswahl des geeigneten Filters f\u00fcr eine bestimmte Anwendung, um eine optimale spektrale Leistung und eine pr\u00e4zise Filterung zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n\n

Filter f\u00fcr kurzwelliges Infrarotlicht (SWIR) sind Breitbandfilter, die Licht im Bereich von 1000 bis 2500 Nanometern (1-2,5 Mikrometer) durchlassen.<\/p>\n\n

Nachfolgend finden Sie eine Tabelle mit g\u00e4ngigen Cutoff- und Bandpassfiltern:<\/p>\n\n

Filter Typ<\/th>Wellenl\u00e4ngen-Verhalten<\/strong><\/th><\/tr>
UV-Sperre (blockiert UV-Licht f\u00fcr VIS-Anwendungen)<\/strong><\/td>Blockiert Wellenl\u00e4ngen k\u00fcrzer als 0,4 \u00b5m\\ (UV-Cut-Off)<\/td><\/tr>
UV-Bandpass (l\u00e4sst UV-Licht hindurch)<\/strong><\/td>Durchl\u00e4sst 0,01 bis 0,4 \u00b5m (UV-Bandpass)<\/td><\/tr>
VIS-Bandpass (l\u00e4sst VIS-Licht hindurch)<\/strong><\/td>Durchl\u00e4sst 0,4 – 0,78 \u00b5m (IR-Cut-Off)<\/td><\/tr>
NIR (schmaler Bandpass f\u00fcr NIR-Anwendungen)<\/strong><\/td>Durchl\u00e4sst 0,78 – 1 \u00b5m (NIR-Bandpass)<\/td><\/tr>
SWIR (Breitbandfilter f\u00fcr SWIR-Anwendungen)<\/strong><\/td>Durchl\u00e4sst 1-2,5 \u00b5m (SWIR-Breitband)<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n

Tabelle der g\u00e4ngigen Grenzwert- und Bandpassfilter.<\/em><\/p>\n\n

Das SWIR-Band, typischerweise definiert als der Wellenl\u00e4ngenbereich von 900-1700 nm, ist f\u00fcr fortschrittliche Bildgebungsanwendungen von entscheidender Bedeutung. Spezielle Sensoren wie Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs)<\/a> und Quecksilber-Cadmium-Tellurid sind die prim\u00e4ren Sensoren f\u00fcr die Erkennung von SWIR-Licht, da die Obergrenze von Sensoren auf Siliziumbasis bei etwa 1000 nm liegt. Kurzwellen-Infrarotkameras und SWIR-Kameratechnologie, einschlie\u00dflich InGaAs-Kameras<\/a>, erm\u00f6glichen die Bildgebung in diesem speziellen Wellenl\u00e4ngenbereich und damit die Erkennung verschiedener Materialien, die aufgrund des erforderlichen starken Kontrasts leicht zu unterscheiden sind, selbst wenn sie auf sichtbaren Bildern \u00e4hnlich erscheinen. Durch die Isolierung bestimmter Spektrallinien erm\u00f6glicht die SWIR-Bildgebung eine genauere Materialidentifizierung und -differenzierung in multispektralen und hyperspektralen Bildgebungssystemen. Das SWIR-Spektrum und die SWIR-Wellenl\u00e4ngen sind besonders n\u00fctzlich f\u00fcr industrielle und wissenschaftliche Anwendungen, da sie die Abbildung durch Wasserdampf, Dunst und Nebel hindurch erm\u00f6glichen und durch Hintergrundstrahlung und nat\u00fcrliche Strahler wie das Licht der Sterne verst\u00e4rkt werden. SWIR-Kameras werden h\u00e4ufig in der hyperspektralen Bildgebung und in der W\u00e4rmebildtechnik eingesetzt und sind oft auf unbemannten Luftfahrzeugen f\u00fcr landwirtschaftliche und \u00dcberwachungszwecke montiert. Im Vergleich zu NIR-Wellenl\u00e4ngen, mittelwelligem Infrarot und langwelligem Infrarot bietet die SWIR-Bildgebung Vorteile wie eine verbesserte Durchdringung, einen starken Kontrast und die M\u00f6glichkeit, Merkmale abzubilden, die in anderen B\u00e4ndern nicht sichtbar sind. In den letzten Jahrzehnten hat sich dank dieser F\u00e4higkeiten eine Vielzahl von Anwendungen entwickelt. Die Hersteller geben die Spezifikationen der Kameras an, z. B. die Bildrate und die Datenausgabe f\u00fcr kurzwellige Infrarotkameras, und die SWIR-Bildgebung kann die Erkennung von Wasserdampf und anderen Merkmalen verbessern. So k\u00f6nnen beispielsweise Kunstwerke oder Objekte mit SWIR-Kameras abgebildet werden, um Unterzeichnungen oder Materialunterschiede zu erkennen, die mit dem blo\u00dfen Auge nicht sichtbar sind. <\/p>\n\n

Die Verwendung des richtigen Bandpassfilters mit der passenden Zentralwellenl\u00e4nge und den technischen Parametern erm\u00f6glicht hochpr\u00e4zise Ergebnisse bei der Bildgebung und Analyse.<\/p>\n\n

4. Kontrolle der Infrarotfrequenzen f\u00fcr Tag\/Nacht-Kameras mit dichroitischen Filtern <\/h3>\n\n

In manchen F\u00e4llen m\u00fcssen Sie die Menge einer bestimmten Wellenl\u00e4nge des Lichts kontrollieren, die durch ein Objektiv gelangt, ohne andere Frequenzen zu absorbieren. Dies gilt insbesondere f\u00fcr Tag\/Nacht-\u00dcberwachungskameras, die tags\u00fcber sichtbares Licht und nachts Infrarotlicht aufzeichnen m\u00fcssen und Bildsensoren verwenden, die sowohl f\u00fcr sichtbares als auch f\u00fcr infrarotes Licht empfindlich sind. <\/p>\n\n

\"dichroitische<\/figure>\n\n

\u00dcberwachungskameras<\/a> verwenden Sensoren<\/a>, die Optiken mit Breitband-Farbkorrektur und Antireflexionsbeschichtungen ben\u00f6tigen.<\/p>\n\n

Diese Kameras k\u00f6nnen zwischen dem Betrieb mit sichtbarem Licht (VIS) und dem Betrieb mit Nahinfrarotlicht (NIR) umgeschaltet werden, indem kamerainterne Fensterfilter verwendet werden, die in den optischen Pfad hinein- und herausgeschoben werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n

Bei Nacht kann die Kamera einen absorbierenden oder reflektierenden Bandpassfilter einschalten, der unerw\u00fcnschtes sichtbares Licht blockiert, w\u00e4hrend Infrarotlicht den Bildsensor erreichen kann.<\/p>\n\n

Tags\u00fcber kann Infrarotlicht den Bildsensor \u00fcberw\u00e4ltigen und die Farben verzerren, die er aufnimmt. Sie k\u00f6nnen einen dichroitischen Filter verwenden, um diese Frequenzen zu blockieren, damit der Sensor die Farben korrekt wiedergeben kann. <\/p>\n\n

Dichroitische Filter sind mit einer d\u00fcnnen Schicht versehen, die einen bestimmten Wellenl\u00e4ngenbereich des Lichts reflektiert, w\u00e4hrend alle anderen Wellenl\u00e4ngen durchgelassen werden.<\/p>\n\n

Dichroitische Filter k\u00f6nnen die Frequenz des Lichts mit enormer Pr\u00e4zision steuern, wenn sie in Kombination verwendet werden. In den Tagen der Filmkameras verwendeten die Negativvergr\u00f6\u00dferer eine Kombination aus dichroitischen Filtern in den Farben Cyan, Magenta und Gelb, um die Farbe des Lichts, das durch das Negativ f\u00e4llt, bei der Herstellung von Farbabz\u00fcgen anzupassen. <\/p>\n\n

5. Reduzieren Sie unerw\u00fcnschte Reflexionen mit Polarisationsfiltern<\/h3>\n\n

Ein h\u00e4ufiges Problem bei der Aufnahme von Bildern sind Reflexionen auf Glas, Wasser oder anderen gl\u00e4nzenden Oberfl\u00e4chen. Unerw\u00fcnschte Reflexionen k\u00f6nnen die Bildsch\u00e4rfe beeintr\u00e4chtigen und sogar die Sichtbarkeit von Unterwasserobjekten vollst\u00e4ndig blockieren. Durch die Minimierung von Blendeffekten tragen Polarisationsfilter<\/a> auch dazu bei, dass feine Details in den Bildern sichtbar werden, wodurch es einfacher wird, subtile Merkmale zu erkennen, die f\u00fcr eine genaue Analyse wichtig sind.<\/p>\n\n

Dieses Problem l\u00e4sst sich leicht mit Polfiltern beheben. Polarisatoren sind in der Regel externe Filter, die \u00fcber die Vorderseite des Objektivs geschraubt werden. Polfilter gibt es haupts\u00e4chlich in zwei Varianten: lineare Polarisatoren und zirkulare Polarisatoren – die Sonderf\u00e4lle der elliptischen Polarisation. <\/p>\n\n

Sowohl lineare als auch zirkulare Polarisatoren haben den gleichen Zweck – n\u00e4mlich die Beseitigung von Reflexionen – aber sie funktionieren etwas anders:<\/p>\n\n