Anwendungsspezifische Systemauswahl

【Kameraauswahl - Schritt 1】Auswahl der Auflösung (hohe Auflösung oder Standardauflösung).

Der Bildsensor (CCD oder CMOS) einer Bildverarbeitungskamera besteht aus Pixeln, die gitterförmig angeordnet sind. Standardbildsensoren bieten im Allgemeinen 310000 Pixel (640 × 480), hochauflösende Modelle hingegen ab 2 und bis zu 21 Megapixeln. Die Anwendungsanforderungen bestimmen, welcher Kameratyp geeignet ist.

Allgemein gilt, dass eine Kamera auf Grundlage der Größe des Sichtfelds und der Pixel-Auflösung gewählt wird. Die Größe des Sichtfelds entspricht dem Bereich, indem das Prüfobjekt erfasst wird. Er kann durch die verwendeten Objektive angepasst werden. Die Pixel-Auflösung gibt an, welchem Längenmaß der einzelne Pixel entspricht. Diese Beziehung wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:

Nehmen wir als Beispiel für eine Pixel-Auflösung ein Sichtfeld von 30 mm in der Y-Richtung an. In diesem Beispiel nutzen wir als Bildsensor ein Standardmodell mit 310000 Pixeln (Y = 480 Pixel) sowie das hochauflösende 2-Megapixel-Allzweckmodell (Y = 1200 Pixel).

[Pixel-Auflösung einer 310000-Pixel-Kamera] = 30 mm/480 Pixel = 0,063 mm/Pixel
[Pixel-Auflösung einer 2-Megapixel-Kamera] = 30 mm/1200 Pixel = 0,025 mm/Pixel

Wenn die gewünschte Pixel-Auflösung für die Kamera bekannt ist, kann diese Gleichung auch für die annähernde Berechnung des Sichtfelds eingesetzt werden, das die Kamera bietet. Die Prüfung von Qualitätsmerkmalen und die Dimensionsprüfung sind typische Anwendungen von Bildverarbeitungssystemen. Bei OK/N.i.O.-Beurteilungen ist für die Prüfung von Qualitätsmerkmalen das Detektionsvermögen und bei Dimensionsprüfungen die Dimensionstoleranz von Bedeutung.

Die folgenden allgemeinen Prinzipien können bei der Berechnung als Referenz angewendet werden:
Auflösungsvermögen = Fläche von 4 Pixel
Maßtoleranz = ±5 Pixel

Mit der oben berechneten Pixel-Auflösung kann das Detektionsvermögen für die Prüfung von Qualitätsmerkmalen bestimmt werden.
[Detektionsvermögen einer 310000-Pixel-Kamera] = 0,063 mm/Pixel × 4 Pixel Fläche = 0,25 mm Fläche
[Detektionsvermögen einer 2-Megapixel-Kamera] = 0,025 mm/Pixel × 4 Pixel Fläche = 0,1 mm Fläche

Basierend auf diesen Berechnungen ist für die Erkennung von Fremdkörpern von 0,1 mm Größe und mit einem Sichtfeld von 30 mm eine Kamera mit einer Auflösung von 2 Megapixeln oder mehr erforderlich.

Referenz: Vergrößerte Ansicht eines 0,5 mm großen Fremdkörpers in einem Sichtfeld von 30 mm

* 2 Megapixel-Kameras können Bilder mit besseren Kontrastunterschieden erfassen.

【Kameraauswahl - Schritt 2】Farb- oder S/W-Ausführung des Bildsensors als Auswahlkriterium

Bei der Auswahl einer Kamera stellt sich häufig die Frage, ob ein Farb- oder ein S/W-Modell gewählt werden sollte. Grundsätzlich bieten Farbkameras dann Vorteile, wenn die Abweichung an den Abtastpunkten auf Basis von Farbunterschieden erkannt werden soll. Das folgende Beispiel zeigt, wie durch Farbverarbeitung ein gelber Fleck auf einem weißen Grund erkannt wird, der für eine S/W-Kamera nur schwer erkennbar ist.

S/W-Kameras haben jedoch einige Vorteile gegenüber Farbmodellen. Wenn Dimensionsmessungen mit Hintergrundbeleuchtung durchgeführt werden, wie unten gezeigt, sind S/W-Kameras aufgrund des starken Kontrastwechsels ideal. Und da Farbkameras Bayer-Filter einsetzen (bei dem für eine vollständige Farbinformation der einzelne Pixel die Farbinformation des Nachbarpixels benötigt), sind sie im Allgemeinen bei Dimensionsmessungen mit Kantenbezügen weniger genau als S/W-Kameras.

【Kameraauswahl - Schritt 3】Auswahl nach Bildübertragungsgeschwindigkeit (Hochgeschwindigkeits- oder Standardmodelle)

Kameras in Bildverarbeitungssystemen können, bei gleicher Pixelzahl, verschiedene Bildverarbeitungsgeschwindigkeiten ermöglichen. Nimmt man ein 310000 Pixel-Modell als Beispiel, bieten Standardmodelle eine Übertragungszeit von 16,0 ms, während Hochgeschwindigkeitsmodelle 1,7 ms erreichen können. Durch Teilbilderfassung sind noch höhere Geschwindigkeiten möglich. Hochgeschwindigkeitskameras sind nicht nur für schnelle Produktionslinien effizient, sondern bieten auch bei Anwendungen mit normaler Geschwindigkeit Vorteile, da hier mehr Verarbeitungszeit für Bildverarbeitung und Extras zur Verfügung steht, die eine Prüfung stabiler gestalten können.