Shape from Shading – das Trevista-Verfahren

Stemmer Imaging ermöglicht zuverlässige Inspektionen schwieriger Oberflächen

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Die Stemmer Imaging AG bietet als ein internationaler Anbieter von Bildverarbeitungstechnologie auch Systeme des Computational Imagings an. Photometric Stereo oder Shape from Shading ermöglicht beispielsweise die Inspektion von glänzenden und gekrümmten Materialoberflächen mit schwankender Helligkeit. Das Trevista-Verfahren beruht auf der patentierten Shape-from-Shading-Technologie und ermöglicht eine zuverlässige Erkennung von besonders kleinen Fehlern.

Mark Williamson, Managing Director, Stemmer Imaging Ltd., Tongham, Großbritannien

Inhaltsverzeichnis

1. Shape from Shading – das Trevista-Verfahren
2. Trevista-Systeme
3. Computational Imaging

Im Gegensatz zur herkömmlichen Bilderfassung, die oft eine umfangreiche Bildverarbeitung nach der Aufnahme erfordert, gibt Computational Imaging (CI) mit seiner gezielten Extraktion von Merkmalen direkt genau das Bild aus, das benötigt wird. Somit ermöglichen CI-Techniken robustere Bildverarbeitungslösungen. Dafür wird aus einer Reihe von Bildern, die unter verschiedenen Licht- und optischen Bedingungen aufgenommen wurden, ein Ausgabebild mit den für eine bestimmte Bildverarbeitungsaufgabe wichtigen Bildeigenschaften erzeugt. Dieses Vorgehen kann erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen One-Shot-Verfahren bieten.

CCS Inc., ein japanischer Experte für LED-Beleuchtungen für die industrielle Bildverarbeitung, bietet zum Beispiel ein Computational Illumination Kit an, 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) mit 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 wie zum Beispiel Sherlock des kanadischen Unternehmens Teledyne Dalsa, in der Photometric Stereo bereits implementiert ist.

Shape from Shading – das Trevista-Verfahren

Photometric Stereo oder Shape from Shading ist ein besonders wichtiges Einsatzgebiet von Computational Imaging, da die Inspektion von glänzenden und gekrümmten Materialoberflächen mit schwankender Helligkeit Bildverarbeitungssysteme vor große Herausforderungen stellt. Das Trevista-Verfahren beruht auf der patentierten Shape-from-Shading-Technologie und wurde speziell entwickelt, um besonders kleine Fehler auf schwierig zu prüfenden Oberflächen zuverlässig zu erkennen. Dabei handelt sich um eine vollautomatisierte 100-prozentige 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 ein möglicher Fremdlichteinfluss weitgehend unterdrückt werden kann. Das Trevista-Verfahren vereint dafür 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 indeutig von vermeintlichen Defekten – beispielsweise Verschmutzungen – unterschieden werden können. Aufgrund der kurzen Taktzeiten lassen sich zudem Inspektionszeiten reduzieren und die Produktivität erhöhen.

Trevista-Systeme

Die Stemmer Imaging AG mit Sitz in Puchheim bietet eine Auswahl spezieller Trevista-Systeme an. TrevistaCAM etwa 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 bietet Standardschnittstellen zur Kommunikation, ist sofort einsatzbereit und lässt sich einfach in Fertigungsprozesse integrieren. Anwendungsbeispiele sind unter anderem die Erkennung von geprägten DataMatrix-Codes und -Zeichen sowie Braille-Schrift. Darüber hinaus 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 für unbewegliche Teile ein. CVS Trevista Cylinder verwendet eine Zeilenkamera zur Prüfung von zylindrischen Bauteilen. Und CVS Trevista Multiline wird zur Prüfung bewegter oder rotierender Bauteile eingesetzt. ik

Weitere Informationen zu den bei Stemmer Imaging erhältlichen Systemen zur Oberflächeninspektion:

hier.pro/GeEtK

Messe SPS 2019: Halle 7A, Stand 141

Kontakt:
Stemmer Imaging AG
Gutenbergstr. 9-13
82178 Puchheim
Tel.: +49 89 80902-229
E-Mail: info@stemmer-imaging.de
www.stemmer-imaging.com


PLUS

Computational Imaging

Eine zentrale Voraussetzung von CI ist die Optimierung der Beleuchtungskonfiguration sowie 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. Segmentierte, multispektrale oder mehrere einzelne Lichtquellen ermöglichen unterschiedliche CI-Techniken, die zum Beispiel zu einer Verbesserung der Bildqualität und Bildschärfe oder etwa zu einer Wiederherstellung von Geometrie und Material führen. Typische CI-Techniken sind:

  • High-Dynamic-Range Imaging (HDR) – das Erzeugen von Bildern mit höheren Kontrastverhältnissen.
  • Ultra-Resolution Colour (URC) – das Erstellen von Farbaufnahmen in höherer Auflösung ohne Interpolationsartefakte.
  • Extended Depth of Field (EDOF) – optimierte Messungen ohne Lichtverlust oder reduzierte Vergrößerung.
  • Bright Field/Dark Field – das Kombinieren der Vorteile von zwei bekannten Beleuchtungstechniken.
  • Multispectral Imaging – optimierte Aufnahmen mit maximalem Kontrast aus mehreren Spektralbändern.
  • 360° Object Capture – das Erstellen von Panorama-Aufnahmen aus Einzelbildern mehrerer Szenen.
  • Photometric Stereo (PMS) – das Erzeugen von Kanten- und Texturaufnahmen mit Hilfe von Shape from Shading.


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