Überwachungskamera: Wie bekomme ich scharfe Bilder hin?

Hallo Herr Neudeck.
Ich installiere gerade ein Videosystem zur Paketverfolgung.
Es gibt auf Grund der „bewegten“ Bilder recht unscharfe Bilder der Pakete. Meines Wissens nach hilft dagegen nur die Shutterzeit sehr klein zu halten. Der Nachteil hierbei ist das Licht. Je kleiner die Shutterzeit, desto mehr Licht brauche ich wahrscheinlich. Ist dies korrekt?
Gibt es andere Möglichkeiten bezüglich scharfer Bilder?
Bei den Einstellungen der Kamera (Aussenszene, Innenszene) gibt es diverse vorgegebne bzw. einstellbare oder nicht-einstellbare Werte. Auf Grund der Aufzeichnung der Bilder und der Datenmengen sollen max 20 Bilder/sek. aufgenommen werden, in Full HD. Ich kann die Shutterzeit auf max. 1/1000 stellen, unter bestimmten Haupteinstellungen,s.o.
Ich hoffe mit meiner Frage hier an der richtigen Stelle zu sein, da es ja Grundsätzlich um Filmaufnahmen geht.
Vielen Dank im Voraus.

Ob es bei schnell bewegten Motiven zu Bewegungsunschärfe kommt, ist in der Tat von der Belichtungszeit („Shutter“) abhängig. Generell gilt: Je kürzer die Belichtungszeit, desto schärfer wird das Bild.

Die Belichtungszeit bei Bewegtbildern

Wie viel oder wenig Bewegungsunschärfe ein Bild haben darf, ist vom Einsatzzweck abhängig. Film- und Videoaufnahmen benötigen bei schnellen Bewegungen ein gewisses Maß an Bewegungsunschärfe, damit die einzelnen Bilder im Auge des Betrachters gut miteinander verschmelzen. Als Faustformel für die optimale Belichtungszeit gilt hier:

Bildfrequenz (B/Sek) x 2 = Nenner der optimalen Belichtungszeit

also zum Beispiel:

25 B/Sek x 2 = 1/50 Sekunde optimale Belichtungszeit

 

Die Belichtungszeit bei Standfotos

Bei Fotos und Standbildern hingegen ist Bewegungsunschärfe in der Regel unerwünscht. Hier gibt es keine andere Möglichkeit als die Verwendung kurzer Belichtungszeiten.

Wie kurz die Belichtungszeit sein muss, hängt von der Geschwindigkeit des Objekts ab, welches „eingefroren“ werden soll. Die optimale Belichtungszeit lässt sich zwar auch hierfür berechnen, allerdings ist das im vorliegenden Fall keine Option, da dazu zahlreiche zusätzliche Parameter (wie die maximal zulässige Unschärfe) definiert werden müssten. Abgesehen davon, dass das durch einen Laien kaum realisierbar erscheint und viel Aufwand ist, ist es auch nicht notwendig. Ausprobieren ist die schnellere und nicht weniger wirkungsvolle Alternative!

Auch wenn ich die Verhältnisse vor Ort nicht kenne, erscheint mir 1/1000 Sekunde schon reichlich kurz. 1/250 oder 1/500 sollte in vielen Fällen ausreichen.

Soweit möglich, lässt sich die Bewegungsunschärfe auch durch die Kameraposition beeinflussen: Bei Objekten, die sich frontal auf die Kamera zu oder von ihr wegbewegen, fällt die Bewegungsschärfe häufig weniger stark ins Gewicht, als bei Objekten, die sich parallel zu einer der Bildkanten bewegen.

Wie man die kürzere Belichtungszeit kompensiert

Das Verkürzen der Belichtungszeit führt dazu, dass weniger Licht auf den Sensor fällt. Im Ergebnis werden die Bilder hierdurch dunkler. Um den Lichtverlust zu kompensieren, gibt es zahlreiche Möglichkeiten (in der Reihenfolge ihrer Sinnhaftigkeit):

1. 1. Mehr Licht.
      Das wäre zwar optimal, ist aber bei einer Überwachungskamera in der Regel nicht realisierbar.

   2. 

      Öffnen der Obektivblende.
      Sie sollte so weit wie möglich geöffnet werden (=möglichst kleine Blendenzahl), damit ein Maximum an Licht auf den Sensor fällt.
      Zu beachten ist dabei, dass die Blende Einfluss auf die Schärfentiefe hat. Das ist der Bereich, der – unabhängig etwaiger Bewegung – scharf abgebildet wird. Hierfür gilt:  Je kleiner die Blendenzahl, desto geringer ist die Schärfentiefe.
      Bei Kameras mit fest eingebautem Objektiv gibt es oftmals keine Skala im klassischen Sinne (Foto), sondern der Blendenwert kann in der Firmware eingestellt werden. Manche Überwachungskameras mit sehr kleinen Sensoren besitzen aus physikalischen Gründen keine Blende. Bei einem solchen Gerät steht diese Option dann nicht zur Verfügung.

   3. Ein lichtstärkeres Objektiv wählen.
      Soweit sich das Objektiv wechseln lässt – bei hochwertigen Überwachungskameras geht das regelmäßig – kann gegebenenfalls ein Objektiv mit höherer Lichtstärke gewählt werden. Vereinfacht gesprochen, entspricht die Lichtstärke eines Objektivs der kleinsten Blendenzahl. Auf dem Objektiv steht dann beispielsweise 1:4. Hier gilt ebenfalls: Je kleiner die Zahl hinter dem Doppelpunkt, desto lichtdurchlässiger ist das Objektiv bei maximaler Öffnung.
      Beispiel:Ein Objektiv mit 1:2,8 ist doppelt so lichtempfindlich wie ein Objektiv mit 1:4.
   4. Die Empfindlichkeit („Verstärkung“, „Gain“, „ISO-Wert“) des Sensors erhöhen.
      Bei nahezu allen Kameras lässt sich die Sensorempfindlichkeit einstellen (teilweise wird sie auch automatisch eingestellt). Je nach Hersteller gibt es verschiedene Maßzahlen:
      1. Verstärkung/Gain:
         Eine Erhöhung des Gain-Wertes um 6 dB verdoppelt die Empfindlichkeit der Kamera, eine Erhöhung um 12 dB vervierfacht deren Empfindlichkeit usw.
      2. ISO:
         Eine Verdopplung des Zahlenwertes (z.B. von 200 ISO auf 400 ISO) verdoppelt die Empfindlichkeit der Kamera, eine Vervierfachung des Iso-Wertes vervierfacht auch die Empfindlichkeit der Kamera.

Die Erhöhung der Sensorverstärkung bleibt nicht folgenfrei: Je stärker das Sensorsignal angehoben wird, desto stärker vermindert Rauschen die Bildqualität.

Welche Vorgehensweise den besten Erfolg verspricht, ist aus der Ferne kaum zu beantworten. In der Praxis führt eine Kombination mehrere Methoden häufig zum besten Ergebnis.