Bildverarbeitung Der
Bildverarbeitung Der CMOS-Trend - Next Generation e2v line scan Der Siegeszug der CMOS-Sensoren in Kameras für Industrieanwendungen ist ungebrochen und zeigt sich in zahlreichen Modellen bei allen wichtigen Herstellern: CMOS-Sensoren von Aptina, CMO- SIS, e2v, ON Semi und inzwischen auch Sony finden sich in allen Portfolios. Aufgrund der herausragenden Balance aus Empfindlichkeit, Bildqualität, Auslesegeschwindigkeit, Leistungsaufnahme, Einfachheit der Integration und Preis basieren fast alle Sensor-Neuentwicklungen für Industriekameras auf CMOS- Technologie. Dieser Trend ist seit einigen Jahren auch bei Zeilenkameras sichtbar, neue Kameras mit CCD-Sensoren kommen kaum noch auf den Markt. Ein großer Schritt für e2v – eine Firma mit jahrelanger Erfahrung in CCD- und CMOS- Sensordesign und -Fertigung – war das sog. iCMOS- Projekt, das 2010 startete. An dessen Ende stand ein herausragender CMOS Multi-Line Sensor in monochrom und Farbe. Dieser Sensor - dessen Design weiter optimiert wird - ist heute in den ELiiXA+ Zeilenkameras in 8k und 16k Auflösung mit bis zu 100 kHz Zeilenrate zu finden. Mit diesen Leistungsdaten haben die ELiiXA+ Zeilenkameras weltweit großen Erfolg in komplexen Applikationen, z.B. bei der Inspektion technischer Folien oder Gläser, in der Halbleiterproduktion, der LCD-Inspektion und anderen High-End Anwendungen. Hohe Zeilengeschwindigkeiten gefordert Zeilenkamera-Anwendungen, die in höheren Stückzahlen umgesetzt werden kommen meist aus Bereichen wie Lebensmittel, Paket- und Postsortierung, Druck- und Label-Inspektion, Papierproduktion u.ä.. Dort herrschen zwar meist geringere Anforderungen an die physikalische Pixelauflösung, die Zeilengeschwindigkeiten müssen hier aber auch kontinuierlich gesteigert werden um mit den verbesserten Produktionsprozessen mithalten zu können. Gleichzeitig stehen diese Anwendungen häufig unter großem Kostendruck. Um in diesen hochvolumigen, preissensitiven Bereichen heutige Inspektionslösungen einen großen Schritt weiterzubringen, stellt e2v eine vollständig neu entwickelte Kameraserie auf Basis der iCMOS Sensoren vor: UNiiQA+, Zeilenkameras in monochrom und Farbe. Sie sind entwickelt mit speziellem Fokus auf Kosteneinsparungen und Geschwindigkeitsvorteile im mittleren Auflösungsbereich. Ein breites Spektrum Die UNiiQA+ Zeilenkameraserie gibt es in monochrom und Farbe. Das Sensordesign entspricht demjenigen der ELiiXA+ Kameras, ist allerdings anstelle von vier gleichzeitig aktiven Zeilen auf ein einzeiliges (monochrom) bzw. zweizeiliges (color) Design reduziert worden. Die UNiiQA+ Essential und UNiiQA+ High-Speed decken die Auflösungen 512, 1024 und 2048 mit 10 µm sowie 4096 Pixel mit 5 µm Pixelgröße ab. Für die Auflösungen bis 2048 Pixel entsprechen die 10 µm Pixel genau der Größe, die bei der CCD Vorgängertechnologie häufig im Einsatz war. So kann in diesen Anwendungen das optische Setup ganz oder weitgehend unverändert (sofern man von 14 µm Pixelgröße kommt) gelassen werden, bei den 4k 5-µm-Sensoren kann sogar noch eine kompakte C-Mount-Optik mit großem Bildkreis eingesetzt werden, was zu geringen Gesamtsystemkosten beiträgt. Die bis zu 40 kHz (Essential) bzw. 100 kHz (High-Speed) Zeilenraten der Kameras verdoppeln bzw. verdreifachen in etwa die Maximalgeschwindigkeit heutiger CCD-Zeilenkameras – Zukunftssicherheit auch für künftige Produktgenerationen. Der CMOS Sensor spielt seine Vorteile bei den Geschwindigkeiten bis 100 kHz voll aus: mit 100% Fill-Faktor, einer hohen Empfindlichkeit bis hinein in den Nah-Infrarot Bereich, einem Signal/Noise-Verhältnis von 68 dB und herausragender Linearität liefert er klare, kontrastreiche und rauscharme Bilder. Aufgrund des hochintegrierten CMOS-Designs geben sich alle UNiiQA+ Kameras äußerst genügsam. Mit nur 150 g Gewicht und Abmessungen von 60 x 60 mm sind sie sehr kompakt, die Leistungsaufnahme beträgt gerade einmal 3,5 W. Aufgrund der geringen Verlustleistung kann die Kamera bei Umgebungstemperaturen von bis zu 55 °C betrieben und mit Powerover-Camera Link (PoCL) versorgt werden. Camera Link (Base oder Medium/ Full) ist aufgrund der Stabilität, Transferleistung und Kontrollier- Sensorarchitektur ELiiXA+ und UNiiQA+ im Vergleich 40 PC & Industrie 1/2015
Empfindlichkeitsvergleich CMOS und CCD Sensoren der aktuellen Kamerageneration Benötigtes Licht für definierte SNR - CMOS und CCD im Vergleich barkeit nach wie vor das weitverbreitetste Interface für Zeilenkameranwendungen. Die Datenraten von bis zu 400 MB/Sekunde der UNiiQA+ Serie übersteigen die Transferleistung von GigE Vision deutlich. Daher werden bereits in 2015 Modelle mit dem Framegrabberlosem Interface USB3 Vision folgen. Auch die Modellpolitik der UNiiQA+ Modelle zielt auf eine einfache und damit kostengünstige Logistik ab: Lagerhaltung, Forecasting und die Ersatzteilthematik wird stark vereinfacht, da es für UNiiQA+ in jeder Familie (Farbe/Monchrom, Essential oder High-Speed) neben den Modellen für die einzelnen Auflösungen eine All-In-One Variante gibt: die UNiiQA+ Versatile Kamera kann per Software in 4096, 2048, 1024 und 512 Pixel Auflösung konfiguriert werden, ohne dass Einschränkungen bezüglich der Auslesegeschwindigkeit gemacht werden müssen und ohne dass mehr Daten als benötigt von der Kamera transferiert werden. Damit deckt zum ersten Mal eine einzige Kamera ein vielfältiges Spektrum an Anwendungen ab. Für die gesamte Logistik ein großer Vorteil! Ein wichtiges Kriterium für alle industriellen Inspektionslösungen ist neben der reinen Kameratechnologie auch die Langzeitverfügbarkeit. Hier beweist e2v seit Jahrzehnten eine große Stärke: da e2v auch über den gesamten Sensor-Prozess (Design, Fertigung, Packaging) verfügt, ist ein vollständiges Lifecycle-Management garantiert. So werden heute noch M2 Kameramodelle geliefert, die im Jahr 2001 auf den Markt gebracht wurden. Diese Langzeitverfügbarkeit sichert die Investition in den Entwicklungsaufwand auf Kundenseite. Mit der UNiiQA+ Zeilenkamera Serie bietet e2v eine innovative Technologie für ein großes Anwendungsspektrum in allen Branchen. Neben der Vielfalt an Auflösungen, der hohen Geschwindigkeit, der Wahlfreiheit für monochrome und farbige Sensoren, der robusten und kompakten Bauart bieten die Kameras eine exzellentes Preis-/ Leistungsverhältnis. Damit werden sie allen Anforderungen gerecht und tragen dazu bei, heutige Inspektionslösungen technologisch weiterzuentwickeln und erfolgreich zu vermarkten. • RAUSCHER info@rauscher.de www.rauscher.de Intelligenz für Framegrabber Matrox RadientPro mit FPGA Toolkit Mit dem RadientPro Vision Prozessor und dem dazugehörigen Matrox FPGA Development Kit (FDK) werden Bildverarbeitungsentwickler in die Lage versetzt, High-Speed Bilderfassung von schnellen Camera Link Kameras mit der High-Speed Verarbeitung der schnellen Altera FPGAs zu kombinieren. Matrox Radient- Pro CL ist ein PCIe x8 Gen 2.0 Framegrabber für Camera Link 2.0 Flächen- und Zeilenkameras. Er erlaubt die Bilderfassung von bis zu Extended-Full Camera Link (10 Taps) mit vollen 85 MHz und verfügt über einen frei programmierbaren Altera Stratix V FPGA. Das Matrox FDK beinhaltet eine Komponentenbibliothek und die entsprechenden Tools, um kundenspezifische FPGA Konfigurationen für die RadientPro Vision- Prozessorboards zu erzeugen. In Kombination mit Impulse CoDeveloper und Altera Quartus II lässt sich der FPGA mit eigenen Funktionen programmieren. Mit Radient- Pro bringt man die Intelligenz auf den Framegrabber, um Bilddaten direkt vor dem Host-PC zu verarbeiten, dessen Rechenpower für andere Aufgaben zu sparen und die gesamte Anwendung erheblich zu beschleunigen. Matrox Radient eV-CLHS Der Matrox Radient eV-CLHS ist ein Framegrabber für das Camera Link HS M-Protokoll über ein CX4 Kupfer Kabel. Die 7M1C2 Verbindung überträgt bis zu 2,1 GB/s bei Kabellängen von bis zu 15 Metern. Mit einer PCIe x8 Gen 2.0 Schnittstelle, 4 GB onboard RAM, der integrierten Fehlererkennung/- Korrektur und dem Low-Latency Resend Mechanismus garantiert Radient eV-CLHS eine extrem stabile Bilderfassung auch bei höchsten Frame- und Datenraten. Matrox Radient eV-CL Der Matrox Radient eV-CL Framegrabber ist kompatibel mit allen Camera Link 2.0 Flächen- und Zeilenraten bis hin zur vollen Extended-Full (10 Tap) Konfiguration mit bis zu 85 MHz. Es gib vier Konfiguraitonen: Single-Full, Dual-Base, Dual-Full und Quad-Base, alle mit 1 GB SDRAM onboard Speicher. Radient eV-CL unterstützt außerdem erweiterte Kabellängen sowie Power over Camera Link (PoCL). • RAUSCHER info@rauscher.de www.rauscher.de PC & Industrie 1/2015 41
