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10-2013

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Fachzeitschrift für Industrielle Automation, Mess-, Steuer- und Regeltechnik

Bildverarbeitung Neue

Bildverarbeitung Neue Maßstäbe für die dritte Dimension Hochauflösende Farbkamera für die 3D-Erfassung Das von Chromasens im Vorfeld der Control neu vorgestellte Stereokamerasystem 3D-PIXA beschreitet neue Wege bei der 3D-Erfassung. Im Gegensatz zu bekannten 3D-Verfahren - beispielsweise Methoden der Laserlinien- und Streifenprojektion mit Matrixkameras - basiert die Lösung auf dem Einsatz von leistungsstarken Farbzeilenkameras. Mit einer optischen Auflösung von 10 µm und einer Höhenauflösung von bis zu einem Mikrometer ermöglicht die hochauflösende Farbkamera 3D-Oberflächeninspektionen in bislang unerreichter Genauigkeit. Mit diesen Auflösungen werden völlig neue 3D-Applikationen für die industrielle Bildverarbeitung erschlossen, für die bisher keine wirtschaftlich vertretbaren Lösungen zur Verfügung standen. Einsatzgebiete finden sich überall dort, wo Objekte in Bezug auf Form, Maßgenauigkeit und Farbe in höchster Präzision überprüft werden müssen. Mögliche Anwendungsbeispiele sind die 100% Inspektion von geprägten oder beschichteten Verpackungen in der Druckindustrie, von miniaturisierten Bauteilen für elektronische Konsumgüter oder die korrekte Färbung und gewünschte Form von Produkten der Pharma- und Lebensmittelindustrie. Außerdem gibt es auch große Potenziale bei natürlichen Stoffen wie Leder, Rohmaterialien wie Holz und Stein oder bei Teilen für die Automobilindustrie. Die 3D-PIXA-Kamerasysteme sind in zwei Ausführungen erhältlich: Ein kompaktes System mit der Auflösung von 15 µm und einer Zeilenfrequenz von bis zu 22 kHz. Für hohe Geschwindigkeiten wird alternativ das 3D-PIXA-Dual-System mit 10 µm Auflösung und einer Zeilenfrequenz von bis zu 50 kHz angeboten. Damit lassen sich bei einer optischen Auflösung von 10 µm Transportgeschwindigkeiten von maximal 500 mm/s realisieren. Der Höhenbereich der 3D-Stereokamerasysteme wird durch die Tiefenschärfe bestimmt und liegt bei 0,5 mm. Punktgenaue Bestimmungen Das technische Verfahren der 3D-PIXA liefert Stereobilder in Farbe mit hoher Geschwindigkeit. Zur Berechnung der Höhendaten aus Stereobildern werden die korrespondierenden Punkte in beiden Bildern bestimmt: Dazu wird jedem Punkt im rechten Bild der jeweils gleiche Objektpunkt im linken Bild zugeordnet. Diese Zuordnung wird mit Hilfe eines Mustervergleichs durchgeführt. Als Muster wird dabei für jeden Bildpunkt eine kleine Umgebung von beispielsweise 9 x 9 Pixel gewählt. Für jeden Bildpunkt in einem Bild wird nun der jeweils umgebende Bildbereich für alle Bildpunkte im anderen Bild verglichen. Die Zuordnung der korrespondierenden Bildpunkte erfolgt jeweils an der Position mit der höchsten Übereinstimmung der beiden Bildbereiche. Der Mustervergleich setzt voraus, dass das Objekt und damit die Bilder eine Textur (siehe Erklärung) aufweisen. Unter Berücksichtigung der Kalibrierwerte werden aus den korrespondierenden Punkten die Höhendaten berechnet. Die erreichbare Höhenauflösung hängt von der Textur auf dem Objekt ab. Bei 10 µm optischer Auflösung wird eine Höhenauflösung (Wiederholgenauigkeit) von 1 µm erreicht. Das modulare Systemkonzept der 3D-PIXA bietet auf Anfrage weitere optische Auflösungen im Bereich von 10 bis 500 µm. Das 3D-PIXA Stereokamerasystem bietet wesentliche Vorteile: Zum einen die höhere Auflösung, mit der kleinste Details detektiert werden können. Zum anderen lässt sich die Beleuchtung für das jeweilige Objekt anpassen. Dadurch werden störende Reflexe auf glänzenden Oberflächen vermieden, was insbesondere für metallische Oberflächen, wie zum Beispiel Schweißnähte, eine zuverlässigere Detektion von Fehlern ermöglicht. Zusätzlich zu den 3D-Höhendaten liefert die neue Chromasens Farbkamera auch ein hochaufgelöstes Farbbild vom aufgenommenen Objekt. Offen für optionale Folgeprozesse Die Datenübertragung zwischen 3D-Kamerasystem und Rechner erfolgt über eine CameraLink- Schnittstelle. Für hohe Geschwindigkeiten kann die Berechnung der Höhendaten auf Grafikkarten im PC erfolgen. Zur weiteren Auswertung der Bilder und Höhendaten steht eine Programmier-Schnittstelle (API) zur Verfügung, mit der das Höhenbild (16 Bit), die 3D-Punktewolke und das rektifizierte Texturbild für nachfolgende Prozesse bereitgestellt werden. Erklärung Textur Die Oberflächenstruktur eines Objekts ergibt sich aus Farbe, Muster und Geometrie der Oberfläche. Abhängig von der Beleuchtung (Winkel, Farbe, usw.) entstehen daraus im aufgenommen Bild Farbund Helligkeitsunterschiede, die hier als Textur bezeichnet werden. • Chromasens GmbH info@chromasens.de www.chromasens.de 18 PC & Industrie 10/2013

USB 3.0 Strahlanalysekamera mit sehr hoher Auflösung Changing the Game The world’s first Gen II sCMOS Camera. Die WinCamD-LCM Strahlprofil-Kamera von DataRay besticht dank USB 3.0 durch Frameraten von 30 Hz mit einer sehr hohen Auflösung. Diese Kamera eignet sich hervorragend für die Forschung und Entwicklung sowie für OEM- Anwendungen. Der CMOS-Sensor des Beam Profiler hat eine Auflösung von bis zu 2048 x 2048 und 5,5 µm große Pixel. Durch den flächig ausgelesenen Detektor treten keine Comet- Tail-Effekte auf und er kann für jegliche Pulsfrequenzen genutzt werden. Die Strahlanalysekamera ist im Bereich von 190 bis 1350 nm empfindlich. Dieser kann durch entsprechendes Zubehör erweitert werden. Das USB 3.0-Interface beinhaltet die gewohnt übersichtliche und umfassende DataRay-Software, welche auch kundenspezifisch konfiguriert werden kann. Der Anwendungsbereich erstreckt sich von der Strahlanalyse gepulster und cw-Laser, den Service-Einsatz im Feld von Lasersystemen optischer Aufbauten bis zur Justage, Strahlwanderüberwachung, Qualitätskontrolle und M²-Messung mit passender M²-Stage. Die WinCamD- LCM zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus: • CMOS mit 11,3 mm x 11,3 mm Sensorfläche und 5,5 x 5,5 µm Pixel • 190 nm - 1350 nm (je nach Ausführung) • Eignung zum Messen gepulster Laser dank synchronous shutter • Bis zu 4,2 M Pixel • Mit USB 3.0 Framerate bis > 30 Hz Die Kamera wird standardmäßig mit drei Neutraldichtefiltern mit den optischen Dichten OD1, OD2 und OD4 geliefert. Diese sind magnetisch vor der C-Mount Öffnung fixiert und können frei miteinander kombiniert werden. Die nicht genutzten Filter haften einfach an der Rückseite des Kameragehäuses. Hiermit sind alle Fälle abgedeckt, in denen noch sinnvoll mit Neutraldichtefiltern abgeschwächt werden kann. • Laser 2000 GmbH www.laser2000.de Mit der neuen ORCA-Flash4.0 V2 stellt Hamamatsu die erste scientifi c CMOS Kamera der 2. Generation vor. Die ORCA-Flash4.0 V2 vereint höchste Empfi ndlichkeit mit sehr guter Aufl ösung und großer Geschwindigkeit (100 Bilder pro Sekunde bei voller Aufl ösung). Die einmalige Kombination aus hoher Quanteneffi zienz und sehr geringem Ausleserauschen erlaubt es der ORCA-Flash4.0 V2, alle anderen Kameras zu übertrumpfen, die bisher für anspruchsvolle Bildverarbeitung verwendet werden. Hamamatsu’s ORCA-Flash4.0 V2 wird die wissenschaftliche und industrielle Bildgebung revolutionieren. ORCA-Flash4.0 V2 – Ihre Kamera für: Super-resolution microscopy Night vision Machine vision Fluorescence microscopy Semiconductor inspection Photovoltaic Für weitere Informationen: www.hamamatsucameras.com/flash4 Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH Phone: +49 8152 375 203 · Fax: +49 8152 375 222 Email: dialog@hamamatsu.de · http://www.hamamatsu.de PC & Industrie 10/2013 19 130820_ham_anzeige_orcaflash_v2_91x264.indd 1 22.08.13 10:42

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