ZSIP Pro – Der neue ZEISS Bildverarbeitungsalgorithmus

Im Gespräch über die Bildentstehung bei Wärmebildkameras und wie der ZSIP Pro der ZEISS DTI 6 neue Maßstäbe in der Detailerkennung setzt.

Bei der Naturbeobachtung zählt jedes Detail. Die kleinsten artenspezifischen Unterscheidungsmerkmale können bei der Identifikation des Geschlechts und des Alters von Vogeln und anderen Wildtieren ausschlaggebend sein. Mit der neuen Wärmebildkamera ZEISS DTI 6 und dem eigens entwickelten ZEISS Bildverarbeitungsalgorithmus ZSIP Pro wird ein neues Level an Details sichtbar. Aber wie kommt das Bild eigentlich zum Betrachter? Und was ist am ZSIP Pro so besonders? Mit unserem Category Manager und erfahrenem Jäger Tammo Lüken sprechen wir über genau diese Fragen und klären was hinter dem ZSIP Pro steckt.

Um die Besonderheiten des ZSIP Pro einordnen zu können, müssen wir zunächst einmal verstehen, wie ein Bild bei einer Wärmebildkamera entsteht. Tammo, kannst du uns diesen Bildentstehungsprozess einmal kurz erläutern?

Tammo: „Wärmebildgeräte unterscheiden sich stark von klassischen Beobachtungsoptiken wie Ferngläsern. Die opto-elektronischen Geräte lassen sich eher mit einer Digitalkamera vergleichen – und wer ZEISS schon länger kennt, der weiß – bei Kameras und Objektiven kennen wir uns aus! Während übliche Digitalkameras ihre Lichtempfindlichkeit im sichtbaren Bereich des menschlichen Sehens haben, arbeiten Wärmebildkameras im langwelligen Infrarotbereich. Eine Wärmebildkamera erkennt und misst damit die Infrarotenergie von Gegenständen. Dadurch können sie die von einem Körper abgegebene Wärmestrahlung erfassen, unabhängig von herrschendem sichtbarem Licht. Sie lassen sich daher sowohl bei Tageslicht als auch bei absoluter Dunkelheit nutzen.

Der Bildentstehungsprozess lässt sich im Grunde in folgende Schritte unterteilen: Zuerst wird durch die aus Germanium bestehenden Linsen des Objektivs ein Bild auf einen elektronischen Bildsensor projiziert. Das vom Sensor, einem sogenannten Mikrobolometer, kommende elektronische Signal wird dann digitalisiert und aufwendig per Bildverarbeitungsalgorithmus verarbeitet. Mithilfe dieses Algorithmus erstellt der Prozessor nun anhand der Signale der einzelnen Pixel eine farbige Darstellung von der Temperatur des Objekts. Jeder Temperaturwert wird dabei einer bestimmten Farbe zugeordnet und auf dem Display angezeigt. So erkennt der Betrachter über die Okularlinse das erfasste und verarbeitete Bild.“

Genau diese Bildverarbeitung würden wir uns nun gerne genauer anschauen. Die neue Wärmebildkamera DTI 6 ist ja mit dem sogenannten ZSIP Pro ausgestattet. Was bedeutet ZSIP?

Tammo: „ZSIP steht für ZEISS Smart Image Processing und stellt den von ZEISS eigens entwickelten Bildverarbeitungsalgorithmus dar, der in einem dreistufigen Prozess die Wärmebildaufnahmen des Sensors optimiert. Damit ergibt sich für die Nutzerinnen und Nutzer ein ganz besonders detail- und kotrastreiches Bild.“

Nun bist du bereits lange in der Branche und weißt genau worauf es bei der Naturbeobachtung ankommt und welchen Anforderungen an die Technik entstehen. Was ist beim ZSIP Pro anders als bei bisherigen Wärmebildprodukten auf dem Markt?

Tammo: „Bei der Beobachtung und Identifikation von Vögeln und Wildtieren ergeben sich oftmals große Temperaturunterschiede zwischen dem besonders kalten Himmel und dem warmen Tier. Vergleichbare Bildverarbeitungsalgorithmen können dies bisher oft nicht kompensieren, sodass die gesuchten Details in einem fast komplett verdunkelten Bild nur schwer zu erkennen sind. Bisher mussten Beobachterinnen und Beobachter sich immer damit verhelfen, dass sie den Betrachtungswinkel der Kamera verändert und die Kamera zum Boden gerichtet haben, um den kalten Himmel auszublenden.

Nun war das Bild zwar wieder kontrastreich, aber das Tier am Rand des Blickfeldes, was die Augen über längere Zeit stark strapaziert. Mit dem innovativen ZSIP gehört das nun der Vergangenheit an und das Bild bleibt trotz der großen Temperaturunterschiede kontrast- und detailreich.“

Und wie funktioniert das?

Tammo: „Das Bild, das durch das Sensorsignal entsteht, hat auf Grund des instabilen Sensorsignals einen enorm hohen Rauschpegel, so dass es sich nicht direkt verwenden lässt. Der ZSIP Pro optimiert nun dieses Bild in einem dreistufigen Prozess: Im ersten Schritt wird das Sensorausgangssignal vorverarbeitet, um ein stabileres Bild zu erhalten und das Rauschen zu unterdrücken. Man sieht jetzt schon einige Strukturen und Wärmequellen, aber das Bild wäre immer noch zu kontrastarm, um Details erkennbar zu machen. Im nächsten Schritt wird das Bild daher für eine dynamische und lokale Kontrastoptimierung in mehrere Sektionen unterteilt und eine individuelle Kontrastoptimierung für jede Sektion vorgenommen sowie anschließend aneinander angeglichen. Als letzter Verarbeitungsschritt folgt eine intelligente und adaptive Schärfenoptimierung der warmen Bildquellen, um auch die kleinsten Strukturen und Details deutlich sichtbar zu machen. Damit ergibt sich nun in allen Situationen ein perfekt optimiertes Bild, mit starken Kontrasten und allen wichtigen Details, die sich klar vom dunklen Hintergrund abheben. Nutzerinnen und Nutzer müssen das Bild nun nicht mehr ständig verschieben und können entspannt durch die Bildmitte blicken, während sie alle wichtigen Unterscheidungsmerkmale für eine richtige Identifikation erkennen können.“


Welche weiteren Faktoren führen neben dem ZSIP Pro zu solch einem detailreichen Seherlebnis mit der ZEISS DTI 6?

Tammo: „Mit einem 640 x 480 Wärmesensor der neusten Generation werden bereits mehr Details erzeugt als mit niedrigerer Auflösung, die dann an den Bildverarbeitungsalgorithmus weitergegeben werden.

Zudem garantiert das hochauflösende 1024 x 768 HD AMOLED Display, dass die vom ZSIP optimierten Bilder dem Betrachter perfekt angezeigt werden und ermöglicht dank seiner sehr geringen Latenz selbst bei schnellen Schwenkbewegungen ein flüssiges Beobachtungserlebnis. Komplettiert wird das Seherlebnis mit einem speziell entwickelten Okular und dem besonders breiten Bildschirm der DTI 6. Das fernglasähnliche Okular ist perfekt auf die Bildschirmauflösung abgestimmt und bietet selbst für Brillenträger ein immersives Seherlebnis, da das Sehfeld fast vollständig vom Display ausgefüllt wird.

Alles im allem gewährleistet der ZSIP mit seinem dreistufigen Optimierungsprozess aus Rauschunterdrückung, Kontrastoptimierung und Bildschärfung sowie im Zusammenspiel der weiteren Features ein Höchstmaß an Detailerkennbarkeit.“

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