Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte...

Forschungszentrum KarlsruheTechnik und Umwelt

Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001

Bilderfassung im Rahmendes Greiferbaukastens

Bernd Köhler Forschungszentrum Karlsruhe

Institut für Angewandte Informatik



Übergeordnetes System(Montagemaschine mit globalem Positioniersystem)

Schnittstelle 2.2

Optisches Sensormodul

Sch

nitts

telle

1.2

.

.

.

Schnittstelle 2.1

Schnittstelle 4

Schnittstelle 3

Greifantriebsmodul

Greifsensorik-modul

Greifkinematik-modul

Wirksystem Greifsensorik-modul

Schnittstelle 4

Greifsensorik-modul

Schnittstelle 3

Greifkinematik-modul

Wirksystem Greifsensorik-modul

Schnittstelle 2.1

Greifantriebsmodul

Schnittstelle 2.1

Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul

Schnittstelle 2.1


Schnittstelle 2.1


Schnittstelle 2.1


Justiermodul/ Trägermodul

Schnittstelle 1.1

.

.

.

Schnittstelle 2.3

Optisches Sensormodul

Aktorsteuerung/Sensorsignalverarbeitung

Direkte Verbindung

(externe Ansteuerung/

externe Versorgung)

Baukastenstruktur – Version 1.0 (10/2001)



Pflichtenheft Bilderfassungsmodul

Hardware:

• Sehfeld: 0,3 mm – 15 mm (Bauteile > 50 µm)

• Farbdarstellung nicht erforderlich

• Fokussierung: motorisch, möglichst automatisch

• Beleuchtung: Intensität regelbar; verschiedene Farben wünschenswert

• Tiefenschärfe: möglichst hoch bei den meisten Anwendungen; im Einzelfall kann auch eine geringe Tiefenschärfe vorteilhaft sein



CCD (1/4“) CCD(1/3“) CMOS(1/3“) CMOS(1/3“) CCD(1/3“)

512(H)x582(V) 500(H)x582(V) 352(H)x288(V) 352(H)x288(V) 542(H)x582(V)

18,5 x 57 40 x 40 x 27 16 x 16 x 15 21 x 21 x 10 28 x 28 x 23

23,9 g 10,8 g 2,5 g 2,5 g 9,3 g

12 V / 100 mA 12 V / 100 mA 5 V / 10 mA 5 V / 10 mA 12 V / 90 mA

DM 150,-- DM 100,-- DM 50,-- DM 40,-- DM 79,--

Technische Daten von 5 Miniaturkameras



Teleobjektiv

Brennweite: 12 mm Öffnungswinkel: 28° Min. Objektdistanz: ca. 50 cm Preis: 25,--

Tubus kurz

Durchmesser: 16 mm Innengewinde M12 x 0,5 Länge: 8 mm

3,1 x 2,3 mm 3,6 x 2,7 mm 6,5 x 4,8 mm 5,2 x 3,9 mm 3,5 x 2,6 mm

AA: 13 mm AA: 13 mm AA: 15 mm AA: 12 mm AA: 12 mm

Aufnahmen mit Teleobjektiv und kurzem Tubus



Teleobjektiv

Brennweite: 12 mm Öffnungswinkel: 28° Min. Objektdistanz: ca. 50 cm Preis: 25,--

Tubus lang

Durchmesser: 16 mm Innengewinde M12 x 0,5 Länge: 20 mm

2,0 x 1,5 mm 3,0 x 2,3 mm 5,0 x 3,8 mm 4,0 x 3,0 mm 2,4 x 1,8 mm

AA: 8 mm AA: 10 mm AA: 14 mm AA: 12 mm AA: 8 mm

Aufnahmen mit Teleobjektiv und langem Tubus

C:\Dokumente und Einstellungen\koehler\Desktop\Amcap.exe



CMOS/CCD: - CCD-Kameras bieten besseren Kontrast bei geringer Beleuchtung- CCD-Kamera erzeugen fühlbare Abwärme- CMOS-Kameras sind leichter und kleiner- Pixelauflösung ist bei den CMOS-Kameras geringerErstes Fazit: - Miniaturkameras sind geeignet für

Beobachtungen und einfache Aufgaben (Anwesenheitskontrolle)- preiswerte Optiken aus dem Überwachungsbereich sind nicht für diese Arbeitsabstände ausgelegt (Abbildungsfehler ↑ mit ↓ Arbeitsabstand)- Qualitätsschwankungen nicht ausgeschlossen bei solchen „Billigkameras“



16 mm16 mm

Prototypgreifer mit integrierter Kamera



Videobild von der integrierten Kamera:

Teleobjektiv mit langem Tubus

Fokussiert auf Greiferbacken: Fokussiert auf Unterlage:

Videobild von der integrierten Kamera



Bilderfassungsmodul

Geplante Arbeiten:

• Aufbau von Bilderfassungsmodulen mit höherer Auflösung

• Aufbau geeigneter Beleuchtungseinrichtungen

• Entwurf einer geeigneten Schnittstelle (Mechanik, Spannungsversorgung, Signale)



Pflichtenheft BilderfassungsmodulBildverarbeitungssoftware

Erforderlich:

• Mustersuche zur Bestimmung der Bauteilposition

• Lesen von Barcodes bzw. Data Matrix Codes

• Autofokus

Wünschenswert:

• Automatische Beleuchtungseinstellung

• Korrektur der Abbildungsfehler

• Bildverbesserung aus Mehrfachaufnahmen

• Bildverbesserung aus Beleuchtungsserien

• Bildrekonstruktion aus Fokusserien



Weitere Funktionen: Mustersuche Markenzentren berechnen Erzeugen von Binärbildern Histogramm als Graphik Mausgesteuerte Fadenkreuze Graphische Grauwertprofile Nummerische Anzeige der Grauwerte Speichern/Lesen von Bildern Aufnahme von Bildserien

Digitales Bildverarbeitungssystem DIPLOM(Digital Image Processing Library for Microstructures)

Weitere Infos: http://www.iai.fzk.de/diplom




• Korrektur von Helligkeitsfehler

Erweiterung der DIPLOM-Bibliothek

Aktuelle Arbeiten:



Bild mit starken Verzeichnungen



Bestimmung der Verzeichnung

verzeichnetes Kamerabild eines regulären Gitters mit bekanntem Gitterabstand [µm] Maßstab [µm/Pixel]

Korrekturmatrizen für x- und y-Verzeichnungen



Originalbild

Korrekturmatrizen fürx- und y-Verzeichnungen

Korrigiertes Bild

Korrektur eines verzeichneten Bildes

Rechenzeit zur Korrektur eines Bildes: ca. 0.4 s (Pentium II 450 MHz)




• Korrektur der Helligkeitsfehler


Aktuelle Arbeiten:



Bestimmung der Helligkeitsfehler

Bild einer homogen ausgeleuchteten Fläche (LED-Lichttisch)

Korrekturmatrix für die Helligkeitsfehler



Originalbild

Korrigiertes Bild

Helligkeitskorrektur

Rechenzeit zur Korrektur eines Bildes: ca. 80 ms, mit Histogrammausgleich ca. 300 ms (Pentium II 450 MHz)Korrekturmatrix für die

Helligkeitsfehler



Originalbild (ohne Helligkeitskorrektur) Binärbild

Anwendung der Helligkeitskorrektur

Grauwertschwelle: 120 Grauwertschwelle: 150

Originalbild (mit Helligkeitskorrektur) Binärbild

Grauwertschwelle: 180



• Korrektur der Abbildungsfehler (Weiterentwicklung)

• Korrektur der Helligkeitsfehler (Weiterentwicklung)


Geplante Arbeiten:

• automatische Helligkeitseinstellung



Beteiligte Mitarbeiter: Franz EberleAndreas KilletBernd KöhlerAndreas MärzLars Nock



• Automatische Fokussierung• Kontrast- und Konturoptimierung

• Bildfusion aus Beleuchtungsserien

• zusammengesetzte Großformatbilder• Bildfusion aus Fokusserien

DIPLOM-Funktionen für Mikrostrukturen



Das Programm berechnetin ca. 0,04 s einen Fokuswert

Automatische Fokussierung



Je höher die Bildschärfe wird,umso größer wird dieser Fokuswert




GutGut

fokussiert

fokussiert




KontrastverstärkungKontrastarmes Bild wegen geringer Beleuchtung

Histogramm-ausgleich

Mittelwertbildung(50 Aufnahmen)



KonturoptimierungAufnahme gut ausgeleuchtet

Mittelwertbildung(50 Aufnahmen)

Lokale Konturoptimierung



Einzelaufnahmen mit jeweils 768x572

Panoramabild (2200 x 1130)

Zusammengesetzte Großformatbilder



Bildrekonstruktion aus Fokusserien

Fokusserie

Rekonstruiertes Bild

Höhenkarte



Fusion aus Bild 1 - 4

Bildrekonstruktion aus Beleuchtungsserien

Bild 1

Bild 4

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