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Aktuelles aus der Bildverarbeitung

Industriekamera, Wärmebildkamera, Zeilenkamera, Digitalkamera, Mikroskop, Objektiv, CMOS

stemmer10217Fachartikel

Stemmer Imaging unterstützt mit seinem umfangreichen Zeilenkamerasortiment und basierend auf seinem großen Erfahrungsschatz bei Zeilenkameraapplikationen Endanwender, OEMs und Systemintegratoren bei der optimalen Lösung ihrer individuellen Bildverarbeitungsaufgabe. Was bei der Auswahl der geeigneten Farbzeilenkamera zu beachten ist, beschreibt dieser Fachartikel.


Die Bildverarbeitung mit Zeilenkamerasystemen ist eine bewährte Technik, die in den verschiedensten Anwendungsbereichen eingesetzt wird wie für die Inspektion von Endlosmaterial oder Gegenständen auf einem Förderband. Besonders hilfreich ist dieses Verfahren bei unterschiedlich langen Prüfobjekten oder wenn hochauflösendes Bildmaterial erforderlich ist. Der Einsatz der Zeilenkameratechnik eignet sich auch sehr gut für die Erfassung zylindrischer Gegenstände. Diese können mit Flächenkameras nur schwer erfasst werden und würden eine Korrektur der Verzerrung, die durch Abbilden der gekrümmten Oberfläche entsteht, erfordern. Ebenso wäre die Aufnahme vieler Bilder nötig, um die gesamte Oberfläche zu erfassen. Eine Zeilenkamera hingegen nimmt den gleichen Teil eines Zylinders ohne Verzerrung auf. Das Drehen des Zylinders erzeugt ein “abgewickeltes” Bild der gesamten Oberfläche.

Wenn Farbe wichtig ist

Für die meisten Anwendungen, egal ob für Flächen- oder Zeilenkameras ausgelegt, sind Monochrom-Sensoren vollkommen ausreichend, es sei denn die Farbinformation ist ein entscheidendes Kriterium bei der Inspektionsaufgabe. Bildverarbeitungsanwendungen, die den Einsatz von Farbzeilenkamerasystemen erfordern, umfassen beispielsweise Recycling (z. B. mehrfarbige Flaschenverschlüsse), Postsortierung, Inspektion von Bahnwaren, Lebensmittelkontrolle, Etikettenprüfung und Montagekontrolle von Kabelbäumen. Monochrome Zeilenkamerasensoren besitzen nur eine Reihe lichtempfindlicher Bildelemente, die bewegte Objekte kontinuierlich mit hoher Zeilenfrequenz abtasten. Jedoch ist für die Farbsegmentierung in die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau (und manchmal auch in eine vierte – Infrarot) eine komplexere Sensortechnologie erforderlich.

Arten von Farbzeilenkameras

stemmer20217Farbzeilenkameras lassen sich in zwei Kategorien einteilen: 1-Chip-Kameras mit 2, 3 oder 4 Zeilen oder 3- bzw. 4-Chip-Kameras, wo ein Prisma eingesetzt wird, das die einzelnen Wellenlängen aufsplittet, die von verschiedenen Sensoren gleichzeitig erfasst werden. Jede dieser Methoden bringt ihre ganz spezifischen Vorteile mit.

1-Chip-Kamera

Einfache Farbzeilenkameras können durch einen Dual-Line-Sensor realisiert werden. Für jeden horizontalen Objektpunkt werden Werte für 2 von 3 Farben erzeugt. Durch Vorverarbeitung wird die dritte Farbe über die Nachbarpixel interpoliert, so dass die Bilddaten für Rot, Grün und Blau übertragen werden können. Es existieren viele Formate für die Positionierung der farbigen Pixel. Eine Methode arbeitet mit einem wechselnden Muster ähnlich dem des Bayer-Formats bei Flächenkameras. Bei einem anderen Verfahren werden für die erste Pixelreihe Grünfilter eingesetzt, während man für die Pixel der zweiten Reihe abwechselnd rote und blaue Filter verwendet. Die zweite Methode hat den großen Vorteil, dass man die volle Auflösung in einem Wellenlängenbereich erhält. Für viele Anwendungen ist diese kosteneffiziente Lösung ein guter Kompromiss.

Bei Trilinearen Kameras werden in einem Sensorchip 3-Chip-Zeilen direkt nebeneinander im gleichen Pixelabstand angeordnet. Die Abstände zwischen den Zeilen werden in der Kamera, im Frame Grabber oder in der Software ausgeglichen. Diese Architektur bietet eine gute Empfindlichkeit, beschränkt sich jedoch auf die Aufnahme flacher, zweidimensionaler Objekte. Werden trilineare Zeilenkameras verschiedener Hersteller miteinander verglichen, ist auf den Zeilenabstand zu achten. Kameras mit kleinem Zeilenabstand sind weniger anfällig gegenüber Vibrationen und Geschwindigkeitsänderungen des Prüfobjekts und sind dadurch nahe an der Bildqualität von Prismenzeilenkameras.

3-Chip-Farbkameras

Bei dieser Methode wird ein Prisma eingesetzt, das weißes Licht in rote, grüne und blaue Bestandteile aufsplittet, die jeweils von verschiedenen Sensoren innerhalb der Kamera erfasst werden. Mit diesen Kameras können dreidimensionale Objekte aufgenommen werden, ohne dass es Probleme mit räumlichen Verzerrungen gibt, da die Pixel für R, G und B für jede Objektposition übereinstimmen. Dadurch treten keine unerwünschten Halo-Effekte auf. Prismenbasierte Kamerasysteme eignen sich perfekt für komplexe Hochgeschwindigkeitsanwendungen beispielsweise bei der Inspektion von Endlosmaterial.

Farb- und Infrarot-Zeilenkameras

Für einige Druckanwendungen oder für die Erkennung von Sicherheitsmerkmalen kann auch ein Infrarotkanal erforderlich sein. Hier gibt es zwei Möglichkeiten, entweder ein quad-lineares Zeilenkamerasystem oder ein prismenbasiertes System. Je nachdem verfügen die Kameras über: einen Sensor mit drei RGB-Zeilen und einer zusätzlichen Zeile ohne Farbfilter, dafür aber mit einem dichroitischen Filter, der entweder den sichtbaren oder den IR-Bereich blockt, oder ein Prisma mit vier Sensoren, von denen drei den RGB-Wellenlängenbereich abdecken und einer den Infrarotbereich.
Bild oben: Zeilenkamerasysteme eignen sich besonders gut für die Inspektion von Endlosmaterial oder Gegenständen auf einem Förderband.

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