Computational Imaging optimiert die Bildverarbeitung

Com­pu­ta­tio­nal Ima­ging (CI) erzeugt aus einer Rei­he von Bil­dern, die unter ver­schie­de­nen Licht- und opti­schen Bedin­gun­gen auf­ge­nom­men wur­den, ein Aus­ga­be­bild mit den für eine bestimm­te Bild­ver­ar­bei­tungs­auf­ga­be wich­tigs­ten Bild­ei­gen­schaf­ten. Die­ses Vor­ge­hen bie­tet erheb­li­che Vor­tei­le gegen­über her­kömm­li­chen One-Shot-Ver­fah­ren. Mit CI lässt sich nicht nur die Leis­tungs­fä­hig­keit einer Kame­ra ver­bes­sern, es las­sen sich viel­mehr Bild­de­tails sicht­bar machen, die vor­her nicht zu erken­nen waren.

Im Gegen­satz zur her­kömm­li­chen Bild­erfas­sung, die oft eine umfang­rei­che Bild­ver­ar­bei­tung nach der Auf­nah­me erfor­dert, gibt CI mit sei­ner geziel­ten Merk­mal­sex­trak­ti­on direkt das Bild aus, das benö­tigt wird, was robus­te­re Bild­ver­ar­bei­tungs­lö­sun­gen ermög­licht.

Computational Illumination

Eine zen­tra­le Vor­aus­set­zung von CI ist die Opti­mie­rung der Beleuch­tungs­kon­fi­gu­ra­ti­on und eine Sequenz aus meh­re­ren Ein­zel­bil­dern mit unter­schied­li­cher Beleuch­tung für jedes Bild. Das kann für die ein­zel­nen Bil­der eine Ände­rung der Licht­stär­ke, des Win­kels oder der Wel­len­län­ge bedeu­ten. Durch seg­men­tier­te, mul­tis­pek­tra­le oder meh­re­re ein­zel­ne Licht­quel­len sind ver­schie­de­ne CI-Tech­ni­ken mög­lich wie zum Bei­spiel Ver­bes­se­rung der Bild­qua­li­tät und Bild­schär­fe, Wie­der­her­stel­lung von Geo­me­trie und Mate­ri­al u. a.

CCS Inc., Exper­te für LED-Beleuch­tun­gen für die indus­tri­el­le Bild­ver­ar­bei­tung, bie­tet ein „Com­pu­ta­tio­nal Illu­mi­na­ti­on Kit“, das für alle Bild­ver­ar­bei­tungs- und die meis­ten Smart-Kame­ras geeig­net ist. Dazu gehört eine brei­te Aus­wahl an Ring- und Bal­ken­be­leuch­tun­gen mit vier Qua­dran­ten, Full-Colour‑, mul­tis­pek­tra­le und seg­men­tier­te Full-Colour-Beleuch­tun­gen sowie die vier­ka­na­li­ge, pro­gram­mier­ba­re LED-Beleuch­tungs­steue­rung Light Sequence Switch (LSS), Soft­ware und Kabel. Mit einem exter­nen Sys­tem­trig­ger star­tet das LSS-Sys­tem eine vor­pro­gram­mier­te Beleuch­tungs­se­quenz auf den vier Kanä­len und erzeugt einen kor­re­lier­ten Kame­ra­trig­ger, der eine exter­ne Bild­auf­nah­me auto­ma­tisch auf die pro­gram­mier­te Beleuch­tungs­se­quenz ein­stellt. Dabei kön­nen Trig­ger- und Belich­tungs­zeit für eine Sequenz eben­so ein­ge­stellt wer­den wie die Puls­län­ge für jeden ein­zel­nen Kanal. Das Sys­tem ist kom­pa­ti­bel mit gän­gi­ger Machi­ne-Visi­on-Soft­ware zum Bei­spiel Sher­lock von Tele­dy­ne DALSA, in der Pho­to­metric Ste­reo bereits imple­men­tiert ist.

Shape from Shading – das trevista-Verfahren

Ein beson­ders wich­ti­ges Ein­satz­ge­biet von Com­pu­ta­tio­nal Ima­ging ist Pho­to­metric Ste­reo (oder Shape from Sha­ding). Die Inspek­ti­on von glän­zen­den und gekrümm­ten Mate­rial­ober­flä­chen mit schwan­ken­der Hel­lig­keit stellt Bild­ver­ar­bei­tungs­sys­te­me vor gro­ße Her­aus­for­de­run­gen. Das tre­vis­ta-Ver­fah­ren beruht auf der paten­tier­ten Shape-from-Sha­ding-Tech­no­lo­gie und wur­de spe­zi­ell ent­wi­ckelt, um selbst kleins­te Feh­ler auf schwie­rig zu prü­fen­den Ober­flä­chen zuver­läs­sig zu erken­nen. Dabei han­delt sich um eine voll­au­to­ma­ti­sier­te 100%-Prüfung, bei der Tex­tur und Topo­gra­phie des Prüf­teils getrennt von­ein­an­der betrach­tet wer­den. Die kup­pel­för­mi­ge Kon­struk­ti­on sorgt dabei für eine opti­ma­le dif­fu­se struk­tu­rier­te Aus­leuch­tung aus vier ver­schie­de­nen Rich­tun­gen, wodurch Fremd­licht­ein­fluss weit­ge­hend unter­drückt wer­den kann. Das tre­vis­ta-Ver­fah­ren ver­eint die Geschwin­dig­keit der 2D-Bild­ver­ar­bei­tung mit der Genau­ig­keit der 3D-Erfas­sung. Zur auto­ma­ti­schen Aus­wer­tung der topo­gra­fi­schen Bil­der wer­den Shape-from-Sha­ding-Algo­rith­men in die Soft­ware­um­ge­bung des Sys­tems inte­griert. Die opti­sche 3D-Form­er­fas­sung erkennt auch Feh­ler im Mikro­me­ter­be­reich und erhöht so die Prüf­ge­nau­ig­keit signi­fi­kant. Durch die getrenn­te Betrach­tung von Tex­tur und Topo­gra­fie ver­rin­gert sich der Pseu­do-Aus­schuss und damit ver­bun­de­ne Kos­ten, da ech­te Defek­te auf Ober­flä­chen (z. B. Krat­zer) ein­deu­tig von ver­meint­li­chen Defek­ten (z. B. Ver­schmut­zun­gen) unter­schie­den wer­den kön­nen. Auf­grund der kur­zen Takt­zei­ten las­sen sich Inspek­ti­ons­zei­ten redu­zie­ren und die Pro­duk­ti­vi­tät erhö­hen.

Trevista-Systeme

Stem­mer Ima­ging bie­tet eine Aus­wahl spe­zi­el­ler tre­vis­ta-Sys­te­me. tre­vist­a­CAM ist ein Stand-Alo­ne-Sys­tem, das die intel­li­gen­te 4‑Me­ga­pi­xel-Kame­ra Adlink Neon mit Objek­tiv ein­setzt, und wahl­wei­se mit den Soft­ware­pa­ke­ten iNspect Express oder Sher­lock von Tele­dy­ne Dal­sa vor­kon­fi­gu­riert ist. Die Kame­ra ist in die dom­för­mi­ge tre­vis­ta-Beleuch­tungs­ein­heit inte­griert, die eine dif­fu­se struk­tu­rier­te Aus­leuch­tung der Prüf­ob­jek­te erlaubt. Das Sys­tem ist sofort ein­satz­be­reit und lässt sich mühe­los in Fer­ti­gungs­pro­zes­se inte­grie­ren. Zur Kom­mu­ni­ka­ti­on mit einer über­ge­ord­ne­ten Steue­rung ste­hen Stan­dard­schnitt­stel­len zur Ver­fü­gung. Zur Aus­wahl ste­hen zwei tre­vist­a­CAM-Model­le mit unter­schied­li­chen Soft­ware-Levels. Mit ihnen gelingt selbst Inte­gra­to­ren, die wenig Erfah­rung in Sachen Bild­ver­ar­bei­tung haben, die schnel­le und zuver­läs­si­ge Rea­li­sie­rung von Inspek­ti­ons­auf­ga­ben. Aber auch erfah­re­nen Anwen­dern bie­ten die leis­tungs­star­ken Werk­zeu­ge genau die Funk­tio­na­li­tä­ten, um anspruchs­volls­te Prüf­auf­ga­ben in ver­schie­dens­ten Bran­chen zu bewäl­ti­gen. Alle Shape-from-Sha­ding-Algo­rith­men sind in die Soft­ware-Platt­for­men ein­ge­bun­den. Anwen­dungs­bei­spie­le sind unter ande­rem die Erken­nung von gepräg­ten Data-Matrix-Codes und Zei­chen sowie Braille-Schrift. Außer­dem sind modu­la­re CVS-tre­vis­ta-Sys­te­me erhält­lich, die sich je nach Prüfan­for­de­rung mit leis­tungs­stär­ke­ren Kom­po­nen­ten auf­rüs­ten las­sen. Dabei unter­schei­det man drei Vari­an­ten: CVS tre­vis­ta Sur­face setzt eine Flä­chen­ka­me­ra ein, die vom Anwen­der je nach Bedarf frei gewählt wer­den kann. Mit die­ser las­sen sich bis zu 200 unbe­weg­li­che Tei­le pro Minu­te inspi­zie­ren. CVS tre­vis­ta Cylin­der ver­wen­det eine Zei­len­ka­me­ra zur Prü­fung von zylin­dri­schen Bau­tei­len, wäh­rend CVS tre­vis­ta Mul­ti­li­ne zur Prü­fung beweg­ter oder rotie­ren­der Bau­tei­le ein­ge­setzt wird und sich damit per­fekt für Pro­duk­ti­ons­ver­fah­ren eig­net, bei denen die Prü­fung direkt in der lau­fen­den Pro­duk­ti­on statt­fin­det. Die­ses Sys­tem ver­wen­det eine frei wähl­ba­re Flä­chen­ka­me­ra, bei der nur ein­zel­ne Zei­len­paa­re aus­ge­le­sen wer­den.