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Machine Vision verschlankt

20. Mai 2020, 10:00 Uhr   |  Inka Krischke / Peter Stiefenhöfer

Machine Vision verschlankt
© Adobe Stock / YiuCheung

Um die benötigte Lichtmenge für qualitativ hochwertige Bilder zu erzeugen, arbeiten Bildverarbeitungssysteme in der Regel mit externen Blitzcontrollern. Ein aktueller Ansatz ­ integriert diese Steuerungs-einheiten in die Kamera und reduziert so Aufwand und Kosten für Anwender.

Die Ausgangslage bei jeder Bildverarbeitungsanwendung ist im Prinzip immer gleich: Gute Bilder der zu prüfenden Objekte stellen die Grundlage für die nachfolgende Auswertung und eine zuverlässige Fehlererkennung dar. Wichtige Voraussetzung für gute, sprich detailgetreue, hochauflösende Bilder ist neben der Qualität von Kamera und Optik eine optimale Beleuchtung. Moderne Bildverarbeitungssysteme nutzen heutzutage meist Licht aus LED-Quellen, da diese Technologie viele Vorteile in Hinsicht auf Stromverbrauch, Langlebigkeit und stabile Charakteristiken bietet.
Welche geometrische Form der Beleuchtung, welche Lichtfarbe und welche Lichtstärke die optimalen Bedingungen für die Aufnahme der bestmöglichen Bilder ermöglichen, hängt von der jeweiligen Aufgabenstellung ab. Wenn sich – wie in den meisten Einsatzfällen von Bildverarbeitungssystemen in der automatisierten Produktion – die zu prüfenden Objekte zum Beispiel auf einem Transportband oder einer sonstigen Fördereinrichtung unter einem Bildverarbeitungssystem hindurch bewegen, so benötigt man sehr viel Licht, um kurze Aufnahmezeiten der Kamera und damit unverzerrte Bilder der Prüfobjekte zu realisieren. Viel Licht bedeutet jedoch zwangsläufig auch viel Abwärme, und die ist für jede LED auf Dauer tödlich.

Blitzen als Ausweg

Der Ausweg aus dieser Problematik besteht darin, Beleuchtungen nicht dauerhaft zu betreiben, sondern nur dann einzuschalten, wenn die Kamera gerade belichtet. Auf diese Weise wird die Belichtung der Kamera nicht mehr nur über die Belichtungszeit des Kamerasensors, sondern auch über die Intensität und Dauer des Beleuchtungsblitzes der LED-Beleuchtung gesteuert. Die Dauer solcher Beleuchtungsblitze kann von unter 1 µs bis hin zu mehreren 100 ms betragen. Der wesentliche Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass Wärme nur während der tatsächlichen Leuchtdauer produziert wird. Die LED kann in den Zwischenphasen abkühlen und wird somit geschont, was zu einer längeren Lebenszeit der Beleuchtung führt. Zudem lassen sich geblitzte LED-Beleuchtungen mit Strömen betreiben, die um bis zu 100 % über ihrer Dauerstrom-Spezifikation liegen. Durch dieses sogenannte ‚Überblitzen‘ lässt sich eine entsprechend höhere Lichtausbeute während der Leuchtphase erzielen, was die Qualität der aufgenommenen Bilder nochmals verbessert.

Zur Ansteuerung von LED-Beleuchtungen wird in vielen Bildverarbeitungs-systemen ein externer Blitzcontroller verwendet. Seine Aufgabe ist es, die Ein- und Ausschaltvorgänge exakt zu kontrollieren und dabei unter anderem sicherzustellen, dass die Stromstärke über die gesamte Dauer des Blitzes hinweg stabil ist und die eingestellte Leuchtdauer möglichst präzise eingehalten wird. Bei aufwendigeren Applikationen mit mehreren Beleuchtungseinheiten ist es zudem die Aufgabe des Blitzcontrollers, die Abfolgen des Blitzbetriebs und die jeweils erforderliche Leuchtdauer korrekt anzusteuern.
Der Einsatz solcher Beleuchtungssteuerungen ist heutzutage Standard. Dass diese Geräte jedoch separat zur Kamera betrieben werden, bringt einige Nachteile mit sich. Abgesehen von den zusätzlichen Anschaffungskosten müssen Kamera und Blitz-controller verkabelt werden und erfordern einen nicht zu vernachlässigenden Mehraufwand bei der Software-Einbindung in die Applikation über zwei unterschiedliche Interfaces. Das aufwendigere Gesamtsystem muss zudem über die Lebenszeit der Ap-plikation gewartet werden. Ein alternativer, kostengünstigerer Weg besteht darin, die Blitzsteuerung in die Kamera zu integrieren.

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1. Machine Vision verschlankt
2. Gemeinsame Steuerung für Kamera und Licht
3. Die Kamerafamilien

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