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3-2021

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

Bildverarbeitung

Bildverarbeitung Optimiert für blaues Licht Innerhalb des sichtbaren Spektrums sind monochromatische Bilduntersuchungen mit blauem Licht am effektivsten. Die Objektive der Blue-Vision-Serie von Vision & Control sind speziell für diesen Spektralbereich konzipiert, sie liefern maximale Schärfe bei größtmöglicher Tiefenschärfe Speziell, kompakt, stabil: Die robuste Objektiv-Serie Blue Vision ist optimiert für den Einsatz mit blauem Licht. Vision & Control GmbH sales@vision-control.com www.vision-control.com Bildschärfe und Schärfentiefe sind zwei optische Parameter, die leider gegeneinander wirken. Je stärker man ein Objektiv abblendet, desto unschärfer wird seine Abbildung durch die zunehmende Beugung. Die industrielle Bildverarbeitung verlangt gleichwohl beides: maximale Schärfe bei größtmöglicher Schärfentiefe. Die neu ent wickelte Objektiv-Serie “Blue Vision” trägt diesem Anspruch Rechnung. Vision & Control nutzt dabei die Tatsache, dass die Intensität der Beugung von der Wellenlänge abhängt: Erzeugt ein konkretes Objektiv bei Blende 10 mit rotem Licht (650 nm) ein Beugungsscheibchen von 8 Mikrometer Radius, dann ist es mit blauem Licht (450 nm) nur 5,5 Mikrometer groß, somit die Unschärfe um fast ein Drittel geringer. Es liegt mithin nahe, präzise Bilduntersuchungen wo immer möglich, mit blauem Licht durchzuführen, zumal blaue Leuchtdioden (Deep Blue) einen überaus hohen Wirkungsgrad haben. Monochromatische Untersuchungen Freilich ist es ein Trugschluss zu glauben, dass für monochromatische Untersuchungen Objektive eingesetzt werden können, die nicht farblich korrigiert sind. Blaue LEDs haben eine Halbwertbreite von 20 Nanometer bis 30 Nanometer. Dadurch entstehen sowohl Farbquerfehler, durch die sich der Abbildungsmaßstab ändert, wie auch Farblängsfehler, welche den Fokus verschieben. Zum Beispiel erzeugt ein farblich nicht korrigiertes Objektiv, mit Abbildungsmaßstab 0,2 und 15 Millimeter Objektfelddurchmesser, am Bildrand 10 Mikrometer breite Farbsäume, wenn die Wellenlänge um 20 Nanometer variiert. Dadurch wirkt das Bild ver waschen und zusätzliche Farblängsfehler machen auch die Bildmitte unschärfer. Sichtbares Lichtspektrum Bei Objektiven die den gesamten Bereich des sichtbaren Lichtspektrums abdecken ist die Farbkorrektur aufwändig und ausgerechnet im blauen Bereich (450 - 480 nm) besonders fehlerbehaftet. Die Farbkorrektur der Blue-Vision-Objektive setzt daher speziell im blauen Spektralbereich, bei 470 Nanometer, an. Dadurch entstehen zwischen 450 und 490 Nanometer nur extrem kleine Farblängsfehler von weniger als 10 Mikrometern, die unterhalb der Nachweisgrenze liegen. Die Verzeichnung dieser Objektive beträgt weniger als 1 %. Vier telezentrische Objektive Die Reihe besteht momentan aus je vier telezentrischen Objektiven mit Objektfelddurchmessern von 18 Millimetern sowie 30 Milli metern. Die Abbildungsmaßstäbe der einzelnen Modelle sind so gewählt, dass sie alle gängigen Sensorgrößen voll abdecken. So ergeben sich jeweils Bildfelddiagonalen von 4,1 mm (1/4”), 6,1 mm (1/3”), 9 mm (1/1,8”) sowie 11 mm (2/3”). Besonderer Wert wurde von den Entwicklern auf eine kompakte Bauform gelegt. So ist etwa das T18/0,23 nur geringfügig länger als ein konventionelles entozentrisches Objektiv. Obwohl die Objektive im schlanken Vision & Control Design gehalten sind, ist die Wandstärke der Objektivtyp Abb.-Maßstab Arbeitsabstand [mm] Sensorgröße Verzeichnung [%] Baulänge [mm] Max. Durchm. [mm] TO18/4,1-100-V-B 0,23 100 1/4“ 0,4 57 30 TO18/6,0-95-V-B 0,33 95 1/3“ 0,2 63 30 TO18/9,0-85-V-B 0,50 85 1/1,8“ 0,1 75 30 TO18/11,0-80-V-B 0,62 80 2/3“ 0,1 83 30 TO30/4,3-100-V-B 0,15 100 1/4“ 0,8 92 42 TO30/6,0-100-V-B 0,2 100 1/3“ 0,9 98 42 TO30/9,1-85-V-B 0,31 85 1/1,8“ 0,6 106 42 TO30/11,1-80-V-B 0,37 80 2/3“ 0,6 111 42 Die Abbildungsmaßstäbe der Blue-Vision-Serie decken alle gängigen Sensorgrößen ab 36 PC & Industrie 3/2021

Bildverarbeitung Tuben trotzdem so ausgelegt, dass die Objektive den rauen Industrieeinsatz zuverlässig aushalten. Einstellbare Blende Alle Objektive verfügen über eine einstellbare Blende. Ab Blende 8 bis Blende 11 (typabhängig) sind sie beugungsbegrenzt und daher auch für 5-MP-Sensoren geeignet. Für den Einsatz unter extremen Bedingungen sind Blue-Vision-Modelle ebenfalls in rüttelfesten Varianten, mit Festblende und verklebten Linsen, lieferbar. Die T18-Serie hat einen Tubusdurchmesser von 28 Millimeter (Blendenring 30,5 Millimeter) und kann an diesen Umfang geklemmt werden. Die Objektive der T30-Baureihe sind lediglich im vorderen Teil 42 Milimeter dick, haben aber ansonsten den Durchmesser der T18-Serie, so dass sie in den gleichen Halterungen Platz finden. Entsprechende Objektivhalter sind lieferbar. Fazit Da die Blue-Vision-Serie speziell für blaues Licht optimiert ist, sind dessen Objektive nur bedingt für den Einsatz mit rotem oder gar infra rotem Licht geeignet. Die Entwickler von Vision & Control arbeiten daher schon an einer Objektiv-Serie für diesen Spektralbereich. ◄ 3D-Portfolio mit Intel RealSense Tiefenkamera erweitert und MacOS betrieben werden. Diese neue SDK-Version ermöglicht eine On-Chip Selbstkalibrierung der Kamera zur automatischen Korrektur der Tiefendaten, auch ohne spezielle Ziele oder Muster in wenigen Sekunden. Typische Anwendungen dieser Kamera Framos gibt bekannt, dass mit der Intel RealSense D455 jetzt bereits die vierte Tiefenkamera der D400-Serie in das 3D-Kamera- Portfolio aufgenommen wurde. Die D455 bietet herausragende Funktionen für anspruchsvolle Integratoren von 3D-Kamera-Technologien basierend auf mehr als 10 Jahren Entwicklungsarbeit im Bereich der Stereokameras. Allen Kunden, die diese Kamera in ihre zukünftigen Roboter-, AGV- und andere Vision- Projekte integrieren möchten, bieten die Framos Teams in Sales, Operations und Support gerne ihre Unterstützung an. Höhere Tiefengenauigkeit Die Tiefenkamera D455 verfügt mit 95 mm über eine längere Baseline als bisherige Kameras, womit sich die Tiefengenauigkeit verbessert und sich Messfehler bei einer Distanz von 4 m auf weniger als 2 % verkleinern. Die Tiefenbilder aus den Stereo-Bildpaaren werden mit den Bilddaten eines Global Shutter RGB-Sensors aufgewertet – damit ergibt sich ein optimales Zusammenspiel aus Tiefenund Farbbildern. Hierfür verfügt der Farbsensor– genau wie die Tiefensensoren – über ein Sichtfeld (FOV) von 86° x 57°. Umgebungserkennung in der Robotik Um die Umgebungserkennung in der Robotik und beim Flug von Drohnen zu verbessern, nutzt die Kamera die inertiale Messeinheit (Inertial Measurement Unit, IMU) BMI055 von Bosch. Die Auflösung der IR-Stereo-Tiefendaten am aktiven Ausgang beträgt 1280 x 720 Pixel bei 90 fps. Der Farbsensor arbeitet bei gleicher Auflösung mit 30 fps. Die Kamera misst Entfernungen bis zu 20 m; am genauesten arbeitet sie im Bereich von 0,4 m bis 6 m. Das Setup gestaltet sich sehr einfach: Sowohl die Stromversorgung als auch der Datenaustausch erfolgen über ein USB-C 3.1 Gen 1 Kabel. Die Kamera ist mit einem ¼“-20 Gewinde ausgestattet, das mit Standard-Kamerastativen kompatibel ist. Zwei Befestigungspunkte mit M4-Gewinde gewährleisten einen sicheren Halt. Intel RealSense SDK 2.0 Wie alle Intel RealSense Kameras kann auch die D455 mit dem plattformübergreifenden Intel RealSense SDK 2.0 einschließlich Viewer-Anwendung sowohl unter Windows, Linux, Android • Kollisionsvermeidung: Die höhere Reichweite und das große Sichtfeld (FOV) der Kamera ermöglichen die frühzeitige Erkennung potenzieller Gefährdungen • 3D-Scannen: Die hochintegrierte RGB- und Tiefendatenverarbeitung sorgt für eine bessere Scanqualität • Digitale Beschilderung: Der größere Tiefenbereich erlaubt noch bessere Interaktionen bei größeren berührungsfreien Displays • Robotik und fahrerlose Transportsysteme (AGV): Die höhere Tiefengenauigkeit verbessert die Präzision in Pick-and- Place-Anwendungen und bei der Navigation „Mit der Intel RealSense D455 erweitern wir die Anwendungsmöglichkeiten unseres Portfolios an Stereokameras. Nun decken wir auch Anwendungsfälle ab, wo eine höhere Reichweite bei besserer Performance gefordert ist. Wir freuen uns, mit Framos und den Kunden zusammenzuarbeiten, um gemeinsam Lösungen für ihre Industrie- und Robotik- Anwendungen zu entwickeln“, sagt Joel Hagberg, Leiter Produktmanagement und Marketing bei der Intel RealSense Group. • FRAMOS www.framos.com PC & Industrie 3/2021 37

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