Industrielle Bildverarbeitung

Optische Verfahren und Systeme in der Industrie:

Ein Kurzüberblick

Referent: Lorenz Sauer

Industrielle Elektronik

HTLW16

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Anwendungsgebiete

• Überwachung von Prozessen

• Qualitätssicherung (QA….Quality Assurance)

– QA: Ist der Überwachungsparameter noch adequat?

• Oberflächenkontrolle

• Positions- und Lagebestimmung

• Objektidentifikation, Klarschrift

• Sensorik für Roboter

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Beispiel

• Wickelmaschine (Quelle: HK Meßsysteme Gmbh)

– Position und Änderung (Δx) bilden Steuergrössen für Vorschub

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Komponenten

λ: Die Anwendung

bestimmt den

genutzten

Wellenlängenbereich

Elektronische Bilder:

Wandlung von

Positionellen

Strahlungsintensitäten in

elektrische Signale

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Fallbeispiele

• Sicherheitstechnik:

– Überprüfung des Fingerabdruckes

– Überprüfung der Netzhaut

– Gesicht und Ausdruck

– Art der Bewegung

• Medizintechnik:

– Röntgen-Aufnahmen, Computertomographie, Kernspin-Resonanz-Verfahren

– Erhaltung räumlicher Informationen

• Satelliten und Luftaufnahmen:

– Perspektivische, Witterungsbedingte Korrekturen

– Stereophotogrammetry

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Algorithmen

• Fundamentale Verfahren

– Schwellwert

– Gradient (Nabla Operator)

– Kantendedektion

– Differenzbild Analyse

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Schwellwert Bildung

• Punktorientiert

• Analyse des Histogrammes – n Schwellwerte Sn festlegen

– Jedem Punkt wird ein passendes Schwellwertgebiet zugeordnet

• Nachträgliche Zuordnung von Pixeln zu Objekten

• Vorteil: schnelles, einfaches Verfahren

• Nachteil: Vernachlässigung räumlicher Zusammen- hänge → Nachbearbeitung!

• Varianten:

– lokale Schwellwertverfahren: lokale Histogramm / Schwellwertbildung

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Gradient

• Kanten stellen eine Änderung der Intensität dar

• Die mathematisch Funktion dazu gleicht einer ansteigenden Rampe.

• Sprungfunktion:

• Bildfunktion:

x

dyf

dxf

yxfyx

),(

OperatorNabla

Operatordiffpartielle

...

....

zyxf ),(

22

),(

yx

ffyxf

x

y

f

f

yxf arctan,

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Kanten-Dedektion

• Prinzip: Extraktion und Zusammenfassung von Kanten: Kontur → Erhält räumliche Zusammenhänge

• Punktorientierte Verfahren: Anwendung von Laplace- oder Sobel- und nachfolgendem Schwellwert-operator

• Linienorientierte Verfahren: Verfolgung der Konturlinie ausgehend von einem geeigneten Startpunkt. Probleme: T- oder L-Kreuzungen

• Problem: Überbrückung kleiner Löcher in der Kontur

• Lösungsmöglichkeit: Konturpunkt-

verkettung

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Differenzbild Analyse

• Prinzip: Suchbild (z.b. Prüfendes Objekt) mit einem Referenz(objekt)bild vergleichen → Abweichungen im Differenzbild schliessen auf Fehler

• Vorteil: einfach und extrem schnell

• Nachteil: konstante Beleuchtungsverhältnisse und eine exakt reproduzierbare Bildposition

• Implementierung: Pixel/Region durch XOR Operation mit Referenzpixel/region verknüpfen

XOR

A B Out

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

XR Truth Table

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Tests / Umsetzung

• Mathematica worksheets

• Bildverarbeitungsalgorithmen

– MatLab via speziellen „Toolboxes“

• Entwerfen von High Level Code:C++,...

– Konvertieren in ASM für DSP‘s

• Direkter Assembly-code

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• Danke für das Interesse!