EO Imaging Lab 3.1: Grundlagen Beleuchtungskonzepte

Hallo, mein Name ist Greg Hollows. Willkommen beim Imaging Lab. In diesem Video möchte ich erläutern, wie die Beleuchtung mit verschiedenen Objekten interagiert und wir werden die Beleuchtung für ein Bildgebungssystem auswählen. Wenn Sie eine Billardkugel an die Bande eines Billardtisches schießen, ist der Auftreffwinkel der Kugel gleich dem Abprallwinkel der Kugel. Die Beleuchtung funktioniert auf dieselbe Art und Weise. Beginnen wir mit dem einfachsten Beispiel. Wenn wir Licht nehmen, zum Beispiel kollimiertes Licht von einem Laser, und es auf einen Spiegel lenken, wird der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel sein. Wenn ich einen Laser auf das Objekt lenke und er das Objekt trifft und wieder zurückgeworfen wird, dann sehen wir die Winkel mit denen der Laserstrahl auftrifft und abgestrahlt wird. Wir können diese Winkel berechnen und Einfalls- und Ausfallswinkel wären gleich. Wenn wir nun über Licht im Allgemeinen nachdenken, dann sind auch die Lichter um mich herum sehr diffus und streuen über die gesamte Fläche, die ich hier habe. Es gibt also viele verschiedene Winkel, die auf dieses Objekt treffen, aber egal, wo sie auftreffen, Einfalls- und Ausfallswinkel sind bei der Reflexion vom Objekt an jedem Punkt gleich. Wenn wir uns nun verschiedene Objekte und Materialien ansehen, wollen wir darüber nachdenken, wie das Licht wirklich mit diesen Objekten interagiert und was die verschiedenen Effekte erzeugt, die wir sehen. Wenn wir eine Lichtquelle nehmen und sie auf eine spiegelnde Oberfläche richten, würden wir wieder den Ausfallswinkel sehen und wir würden Hot-Spots sehen, die von diesem Spiegel ausgehen, wenn der Ausfallswinkel genau in Richtung unserer Augen zeigt. Wir würden sogar die Lichtquelle selbst sehen können. Eine andere Sache, die passieren kann, ist eine diffuse oder gestreute Art von Reflexion. Das hat mehr mit dem Material selbst zu tun, kann aber auch mit der Beleuchtung zusammenhängen, aber wenn die Lichtstrahlen mit bestimmten Winkeln auf das Objekt treffen, treffen sie evtl. auf ein Objekt wie diese Tischdecke hier, die eine sehr komplexe Geometrie hat. Dieses Tischtuch wird Licht mit verschiedenen Winkeln in alle möglichen Richtungen lenken. Dadurch entsteht ein sehr streuender Effekt. Wir würden eine schöne diffuse Reflexion erhalten, wenn dies jetzt ein weißes Tischtuch wäre oder wenn wir diese Schachteln hier z. B. betrachten. Das nächste, was mit dem Licht passieren kann, wenn es auf ein Objekt fällt, ist, dass es tatsächlich transmittiert wird. Wir können dies täglich beobachten, wenn wir Dinge wie Fensterscheiben betrachten oder durch das Objektiv eines Kamerasystems schauen. Wenn wir hindurchschauen würden, sähen wir Licht, das zu unseren Augen durchgelassen wird. Evtl. könnten Sie dort auch einige leichte Reflexionen sehen, aber je nach Material können Sie tatsächlich Licht sehen, das durch das Objekt selbst hindurchgeht. Eine andere Sache, die passieren kann, ist, dass das Licht absorbiert wird, wie wir an dieser Tischdecke hier sehen können oder an den Objektivgehäusen, die geschwärzt sind. Das Licht wird tatsächlich von ihnen absorbiert, und deshalb sehen wir hier eine schwarze Färbung, weil das gesamte Licht im Grunde genommen absorbiert und kein Licht zu unseren Augen reflektiert wird. Die andere Möglichkeit ist, dass wir Emissionen in das System bekommen. Ein Beispiel hierfür ist die Fluoreszenz, bei der Licht einer bestimmten Wellenlänge eintritt und absorbiert wird, während das Objekt selbst zu einer Art Lichtquelle wird, die das Licht wieder aussendet. Es könnte die gleiche Wellenlänge haben, normalerweise aber eine andere, und es wird in das System gestreut abhängig von der Beschaffenheit des Objekts. Es gibt also viele verschiedene Möglichkeiten, wie die Beleuchtung mit dem Objekt interagieren kann, und es hängt wirklich viel von dem Objekt selbst ab. Warum ist das alles so wichtig? Es ist wichtig, dass wir all diese verschiedenen Arten von Materialien und die Möglichkeiten der Lichtinteraktion mit dem Objekt kennen. Denn sie legen fest, welche Art von Lichtquelle wir für das System verwenden müssen, welche Form sie haben muss, damit wir sehen können, ob es sich um einen Kratzer oder einen Defekt handelt, oder um Kanten hervorzuheben oder andere Informationen, die wir in unserem Bild sehen wollen. Wir müssen eine Lichtquelle wählen, mit der wir alle wichtigen Informationen sehen können. Sie werden feststellen, dass es eine Vielzahl von Beleuchtungsformen gibt, die verwendet werden können, und dies führt uns dann zu den verschiedenen Arten von Lichtquellen, die zur Verfügung stehen. Es gibt eine breite Palette von ihnen, denn es gibt Objekte, die wie dieser Tisch hier sind - sehr flach, eine Art diffuses Material. Dafür ist eine bestimmte Art von Beleuchtung erforderlich. Und dann gibt es vielleicht etwas, das eine gekrümmte, reflektierende Oberfläche hat, oder etwas, das lichtdurchlässig oder transparent ist und ebenfalls gekrümmt ist, und man versucht, Details zu erkennen, und das erfordert ein anderes Beleuchtungssystem, das in der Lage ist, diese Einfalls- und Ausfallswinkel zu berücksichtigen und genau das hervorzuheben, was wir sehen wollen. Das folgende Video heißt „W“ und wird uns zeigen, wie die Form des Lichts das eigentliche Objekt, das wir betrachten, beeinflusst. Und das ermöglicht uns dann den Übergang zu den verschiedenen Lichtquellen, die wir Ihnen in den nachfolgenden Videos zeigen möchten. Dies ist das Ende dieses Videos. Sie können auf einen der auf dem Bildschirm angezeigten Links klicken, um zu einem anderen Video zu gelangen, oder Sie können mit dem Video „W der Beleuchtung“ fortfahren.