Wann sollte ich die Black-Level-Funktion meiner TIS-Kamera verwenden?

Der Black Level steuert den analogen Schwarzwert des Sensors und beeinflusst direkt die Erzeugung der Rohpixeldaten. Er verschiebt die Ausgangswerte des Sensors nach oben oder unten, bevor die Bilddaten weiterverarbeitet werden.

Welche Black-Level-Einstellung sollte ich verwenden?

Als allgemeine Regel gilt: Der Black Level sollte für die jeweilige Anwendung so niedrig wie möglich eingestellt werden.

Bei Farbkameras ist ein Black Level von 0 erforderlich, um bei Verwendung einer Color Correction Matrix (CCM) und der Gamma-Korrektur eine korrekte Farbwiedergabe zu gewährleisten.

Warum sollte ich den Black Level erhöhen?

Ein sehr niedriger Black Level kann bei der Analyse von Bildern unter sehr schlechten Lichtverhältnissen einen wichtigen Nachteil haben.

Auch wenn kein Licht auf den Sensor trifft, geben die Pixel nicht exakt einen konstanten Wert aus.
Stattdessen bilden die Pixelwerte aufgrund von Sensorrauschen und anderen Schwankungen typischerweise eine Verteilung um den Schwarzwert des Sensors.

Wenn der Black Level auf 0 eingestellt ist, kann sich ein Teil dieser Verteilung unterhalb von 0 befinden. Negative Werte können in den Rohpixeldaten jedoch nicht dargestellt werden und werden daher an der unteren Grenze abgeschnitten (Clipping).

Dadurch geht ein Teil der in der Dunkelsignalverteilung enthaltenen Information verloren.

Wenn Ihre Anwendung eine präzise Analyse der Verteilung von Pixelwerten in sehr dunklen Bildern erfordert, kann eine geringfügige Erhöhung des Black Levels dazu beitragen, mehr dieser Informationen zu erhalten und ein Abschneiden des unteren Teils der Verteilung zu vermeiden.

Wie kann ich den Effekt erkennen?

Der Effekt lässt sich deutlich im Bildhistogramm erkennen.

Bei einem sehr niedrigen Black Level kann die Verteilung der dunklen Pixel an der unteren Grenze abgeschnitten werden. Durch eine Erhöhung des Black Levels wird die Verteilung von dieser Grenze weg verschoben, sodass die vollständige Verteilung erfasst und analysiert werden kann.

Daher gilt:

• Für die allgemeine Bildaufnahme und Farbverarbeitung: Den Black Level so niedrig wie möglich einstellen. Bei Farbkameras mit Color Correction Matrix und Gamma-Korrektur sollte er auf 0 gesetzt werden.

• Für die Analyse sehr dunkler Bilder oder von Pixelwertverteilungen: Eine geringfügige Erhöhung des Black Levels kann sinnvoll sein, um ein Abschneiden des unteren Teils der Ausgangswertverteilung des Sensors zu vermeiden.

Hinweis: Eine Erhöhung des Black Levels verbessert nicht die Empfindlichkeit des Sensors und erzeugt keine zusätzlichen Bildinformationen. Sie verändert lediglich die Position der analogen Ausgangswertverteilung des Sensors relativ zum verfügbaren digitalen Wertebereich.