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Vision-Doctor

Kamera

Das Auge des Inspektionssystems

2D-Bilderzeugung (monochrom)

Die Grundidee

Für viele industrielle Anwendungen sind 2D-Monokameras eine kostengünstige und einfache Lösung. Sie sind einfach zu implementieren und können mit nur einer Aufnahme ein 2D-Bild erzeugen. Dadurch werden aufwändige Scans, Encoder oder Antriebssysteme überflüssig.

Die extrem kompakten Kameras können als Vision-Sensoren oder intelligente Kameras eingesetzt werden, was sie vielseitig für verschiedene Anwendungen macht.

Die klare Unterscheidung bestimmter Objektmerkmale von ihrer Umgebung ist das Hauptziel der 2D-Bildaufnahme. Um dieses Ziel zu erreichen, muss ein möglichst hoher Kontrast erzeugt werden. Der Kontrast muss deutlich höher als das Bildrauschen sein, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Ein hoher Kontrast stellt sicher, dass auch kleinste Fehler und Merkmale genau erkannt werden.

Je höher der Kontrast, desto sicherer und robuster wird die Inspektion gegenüber sich ändernden Umgebungsbedingungen und sonstigen Störeinflüssen.

Wie funktioniert die Erzeugung von 2D-Bildern?

Es wird nicht nicht ein Objekt geprüft, sondern ein digitales 2D-Bild des Objekts! Betrachten wir diesen Prozess:

1. Objekt beleuchten

Die Beleuchtung ist die Grundlage jeder Aufnahme. Eine Lichtquelle sendet Licht aus, das auf das zu prüfende Objekt fällt. Die Qualität und die Intensität der Lichtquelle beeinflussen die Detailgenauigkeit und die Klarheit des Bildes.

2. Lichtreflektion

Ein Teil des einfallenden Lichtes wird vom Objekt reflektiert. Diese Reflexion ist entscheidend, da sie Informationen über die Oberfläche und Struktur des Objekts enthält. Unterschiede in Farbe, Textur und Form des Objekts beeinflussen, wie das Licht reflektiert wird.

3. Abbildung auf dem Kamerachip

as reflektierte Licht trifft auf das Objektiv. Dieses bildet das Objekt auf dem Sensor ab. Die Linse fokussiert das Licht und bestimmt so die Schärfe und Detailgenauigkeit des Bildes.

4. Detektion der Photonen

Die einfallenden Photonen werden von den Sensorpixeln im Inneren des Sensors registriert. In jedem Pixel wird die Anzahl der einfallenden Photonen gezählt und elektrische Signale erzeugt. Anzahl und Anordnung der Pixel beeinflussen die Bildauflösung.

5. Informationen digitalisieren

Die elektrischen Signale der Sensorpixel werden in digitale Informationen umgesetzt. Dieser Prozess umfasst die Quantisierung und die Verarbeitung der Signale, um ein digitales Bild zu erzeugen. Detailgenauigkeit und Farbtreue des Bildes werden durch die Qualität und Genauigkeit der Digitalisierung bestimmt.

2D-Bilderfassung

Erzeugtes Kamerabild

Das digitale Graustufenbild

Digitalisierung und Darstellung

Die vom Sensor erzeugten elektrischen Signale werden digitalisiert und als 2D-Matrix dargestellt. Jedes Element der Matrix repräsentiert einen Bildpunkt und speichert die Helligkeitsinformation des entsprechenden Bildbereichs.

Auswertung des digitalen 2D-Bildes

Das digitale 2D-Bild kann nun mit Algorithmen einer BV-Software ausgewertet werden. Diese Software ermöglicht die Analyse und Verarbeitung der Helligkeitsinformationen, um Muster, Strukturen und andere relevante Merkmale im Bild zu erkennen.

Standard-Bittiefe für die Bildverarbeitung

In der Bildverarbeitung wird häufig eine Standard-Bittiefe von 8 Bit für monochrome Bilder verwendet. Dies entspricht 256 Graustufen, wobei Grauton 0: keine Photonen, = schwarz enstspricht. Der Grauton 255 entspricht voll gesättigter Information, also =weiß.

Natürlich gibt es auch genügend Anwendungen, bei denen 10, 12 oder 16 Bit Grauwertinformationen verwendet werden, aber dies ist eher die Ausnahme, da ungekühlte Standard 2D-Kameras kaum mehr als 8 Bit nutzbare Informationen liefern. Schließlich ist der zusätzliche Informationsgewinn für Standardinspektionen in der Industrie oft nicht wirklich relevant. Die Verarbeitung in 8 Bit benötigt nur zwei Byte pro Pixel, 10 bis 16 Bit benötigen schon zwei Bytes. Speicherverbrauch und Verarbeitungszeiten sind in schnellen Industrieprozessen immer ein Thema...

2D Bildaufnahme

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