Einf\u00fchrung in Vision Systeme<\/h2>\n\n
Ein Bildverarbeitungssystem ist eine integrierte L\u00f6sung, die es Maschinen erm\u00f6glicht, visuelle Daten aus ihrer Umgebung zu interpretieren und darauf zu reagieren. Das Herzst\u00fcck eines jeden Bildverarbeitungssystems ist der Bildsensor, der Licht einf\u00e4ngt und in elektrische Signale umwandelt. Diese Signale werden dann vom Bildverarbeitungssystem verarbeitet, um relevante Informationen zu extrahieren, die Aufgaben wie Qualit\u00e4tskontrolle, Prozesssteuerung und Roboterf\u00fchrung unterst\u00fctzen. Die richtige Beleuchtung ist entscheidend f\u00fcr eine optimale Leistung, denn sie sorgt daf\u00fcr, dass die erfassten Bilder klar und genau sind, was sich direkt auf die F\u00e4higkeit des Systems auswirkt, visuelle Daten zu analysieren. Bildverarbeitungssysteme sind in vielen Branchen weit verbreitet und liefern die Intelligenz, die f\u00fcr automatische Inspektion, Messung und Entscheidungsfindung ben\u00f6tigt wird. Durch den Einsatz von Computer-Vision-Technologien k\u00f6nnen diese Systeme eine konsistente Hochgeschwindigkeitsanalyse von Bildern liefern, was sie f\u00fcr moderne Fertigungs- und Automatisierungsumgebungen unverzichtbar macht. ![\"Komponenten](\"https:\/\/framos.com\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/components-of-a-vision-system-FRAMOS.jpg\")
<\/p>\n\n
BILDSENSOR UND BILDAUFNAHME<\/h2>\n\n
Der von Ihnen gew\u00e4hlte Sensor wird sich auf fast alle anderen Entscheidungen auswirken, die Sie beim Aufbau Ihres Systems treffen. Der Bildsensor stellt die Kernfunktionalit\u00e4t f\u00fcr das Bildverarbeitungssystem bereit und bestimmt die Anforderungen an das optische Design, den Datentransport und den Stromverbrauch. <\/p>\n\n
Einige 3D-Sensortechnologien verwenden mehrere nebeneinander montierte Bildsensoren, um ein stereografisches Bild zu erstellen. Moderne Bildverarbeitungssysteme verwenden oft mehrere Kameras, um synchronisierte oder mehrkanalige Bilddaten zu erfassen. Dies erm\u00f6glicht eine umfassendere Analyse und mehr Flexibilit\u00e4t bei Bildverarbeitungsanwendungen.<\/p>\n\n
Bei der Auswahl eines Bildsensors gibt es eine Reihe von Faktoren zu ber\u00fccksichtigen, angefangen bei dem erforderlichen Einsatzspektrum des Sensors:<\/p>\n\n
- \n
- Ist Ihr Bildverarbeitungssystem f\u00fcr den Einsatz im sichtbaren Licht, im Ultraviolett oder im kurzwelligen Infrarot vorgesehen?<\/strong><\/li>\n\n\n\n
- Wird Ihr Bildverarbeitungssystem unter kontrollierten Bedingungen oder im Freien arbeiten?<\/strong><\/li>\n\n\n\n
- Muss Ihr Bildverarbeitungssystem bei schlechten Lichtverh\u00e4ltnissen arbeiten?<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n
Die Kamera nimmt Bilder auf, indem sie das vom Zielobjekt reflektierte Licht aufzeichnet. Die F\u00e4higkeit, Bilder zu erfassen und klare Bilder zu erzeugen, h\u00e4ngt von der Lichtintensit\u00e4t und der Qualit\u00e4t der Lichtquelle ab, z. B. von LED-Leuchten und Beleuchtungsmodulen, die f\u00fcr die richtige Beleuchtung unerl\u00e4sslich sind. Der Sensor wandelt das einfallende Licht in ein digitales Signal um, das dann in ein digitales Bild oder erfasste Bilder zur weiteren Analyse durch das System verarbeitet wird. <\/p>\n\n
Neben der gew\u00fcnschten Bildaufl\u00f6sung m\u00fcssen Sie auch die erforderliche Bildaufnahmegeschwindigkeit und Bildrate ber\u00fccksichtigen und \u00fcberlegen, ob Ihre Anwendung einen Global Shutter – zur Erfassung von Hochgeschwindigkeitsbewegungen – oder einen Rolling Shutter-Sensor f\u00fcr geringere Kosten und h\u00f6here verf\u00fcgbare Aufl\u00f6sungen erfordert. Die Wahl des Kameraobjektivs und seiner Brennweite sind ebenfalls entscheidend, da sie bestimmen, wie das Licht auf den Sensor gelenkt wird und die Bildqualit\u00e4t insgesamt beeinflussen. Der Datentransport zwischen dem Sensor und den Verarbeitungseinheiten ist h\u00e4ufig auf Framegrabber oder einen Framegrabber f\u00fcr eine schnelle und zuverl\u00e4ssige \u00dcbertragung der Bilddaten angewiesen, insbesondere bei professionellen Ger\u00e4ten. Die Verarbeitungszeit ist ein weiterer wichtiger Faktor, denn ein schnelleres System kann Verz\u00f6gerungen bei der Bildanalyse verringern und die Reaktionsf\u00e4higkeit verbessern. <\/p>\n\n
Wenn Ihre Antworten auf diese Fragen wie die Antworten vieler anderer Leute aussehen und Ihre Sensorauswahl ziemlich typisch f\u00fcr andere Kameras und Kameramodule ist, sollten Sie sich nach einer Standardl\u00f6sung f\u00fcr Ihr Bildverarbeitungssystem umsehen. Diese L\u00f6sungen verwenden oft PC-basierte Systeme, Bildverarbeitungssoftware und ein Bildverarbeitungssystem, um die Sensorausgabe f\u00fcr eine breite Palette von Bildverarbeitungsanwendungen zu verarbeiten und zu analysieren. Auch die Konnektivit\u00e4t spielt eine wichtige Rolle, wobei die Kommunikationsschnittstelle eine wichtige Rolle bei der Verkn\u00fcpfung von Sensoren mit anderen Systemkomponenten spielt. Wenn Sie jedoch sehr spezifische Anforderungen haben, ist es vielleicht die bessere Wahl, zumindest einen Teil Ihrer L\u00f6sung selbst zu bauen. <\/p>\n\n
SENSOR-MODUL<\/strong><\/h2>\n\n
Das Sensormodul ist eine Schl\u00fcsselkomponente eines jeden Bildverarbeitungssystems. Es dient nicht nur als Tr\u00e4germaterial f\u00fcr den Sensor und die Objektivhalterung, sondern muss auch den Zugang zu den Datenleitungen auf dem Sensor und eine physische Verbindung zu einem geeigneten Sensoradapter f\u00fcr das Datenkommunikationsprotokoll bereitstellen, das in Ihrem Bildverarbeitungssystem verwendet wird, um die Rohbilddaten vom Bildsensor zu einem Bildprozessor oder Bildprozessoradapter zu \u00fcbertragen. Die Kommunikationsschnittstelle ist ein entscheidender Aspekt bei der Entwicklung von Sensormodulen. Sie erm\u00f6glicht eine zuverl\u00e4ssige Daten\u00fcbertragung zwischen dem Sensor und anderen Komponenten innerhalb der Bildverarbeitungshardware.<\/p>\n\n
Sensormodule sind so konzipiert, dass Ingenieure schnell einen Prototyp und einen Proof of Concept erstellen k\u00f6nnen. Sp\u00e4ter im Produktentwicklungszyklus k\u00f6nnen Sie Ihre eigene Leiterplatte entwickeln, die nur die von Ihnen ben\u00f6tigten Funktionen enth\u00e4lt, oder Sie k\u00f6nnen das Sensormodul in Ihr Design integrieren. <\/p>\n\n
Auch wenn das Sensormodul in Ihrem endg\u00fcltigen Design nicht unbedingt eine diskrete Leiterplatte ist, wie hier gezeigt, ben\u00f6tigen alle Bildverarbeitungssysteme dieselbe Kernfunktionalit\u00e4t, um mit dem Sensor zu „sprechen“. Aufgrund der hohen Dichte der Datenleitungen, die mit dem Sensor verbunden sind, und der Notwendigkeit eines mehrlagigen Leiterplattendesigns kann die Entwicklung dieser Komponente mit hohen Kosten verbunden sein, so dass ein handels\u00fcbliches Sensormodul eine gute Wahl sein kann – zumindest w\u00e4hrend der Prototypenphase. Kommerzielle Standard-Sensormodule sind als Teil des breiteren Vision-Hardware-\u00d6kosystems weithin verf\u00fcgbar und bieten Flexibilit\u00e4t und schnelle Integration f\u00fcr eine Vielzahl von Systemanforderungen. <\/p>\n\n
OPTICS<\/strong><\/h2>\n\n
Die Wahl des richtigen Objektivs und der richtigen Objektivfassung f\u00fcr den von Ihnen gew\u00e4hlten Sensor ist entscheidend f\u00fcr die richtige Leistung Ihres Bildverarbeitungssystems. Das Kameraobjektiv spielt eine entscheidende Rolle, indem es das vom Zielobjekt reflektierte Licht auf den Sensor fokussiert, und die Brennweite des Objektivs bestimmt das Sichtfeld und die Bildeigenschaften f\u00fcr Ihre Anwendung. Die Brennweite des Objektivs bestimmt das Sichtfeld und die Bildeigenschaften f\u00fcr Ihre Anwendung. Das erforderliche Objektiv wird zum Teil durch die physische Gr\u00f6\u00dfe des Bildsensors (und den daraus resultierenden Bildkreis) und zum Teil durch den Arbeitsabstand des Bildverarbeitungssystems bestimmt. <\/p>\n\n
So ben\u00f6tigen beispielsweise Webkameras, die in der Regel in sehr geringem Abstand zum Motiv verwendet werden, ein Weitwinkelobjektiv mit einer kurzen Mindestfokussierungsdistanz, w\u00e4hrend \u00dcberwachungskameras in der Regel in einem gr\u00f6\u00dferen Arbeitsabstand verwendet werden und m\u00f6glicherweise eine Zoomfunktion ben\u00f6tigen. Der Typ und die Gr\u00f6\u00dfe des ben\u00f6tigten Objektivs bestimmen den Typ des ben\u00f6tigten Objektivanschlusses. <\/p>\n\n
Einige spezielle Anwendungen geben die Wahl der Optik vor. Wenn Sie zum Beispiel einen Sensor f\u00fcr kurzwelliges Infrarot (SWIR) verwenden, sind Sie auf Optiken beschr\u00e4nkt, die f\u00fcr das Infrarotspektrum entwickelt wurden (gew\u00f6hnliche Glaselemente absorbieren Infrarotlicht). <\/p>\n\n
Die Wahl Ihres Objektivs bestimmt den Typ des f\u00fcr Ihre Kamera erforderlichen Objektivanschlusses. Die g\u00e4ngigsten Typen sind Fassungen f\u00fcr M12-Schraubobjektive und Fassungen f\u00fcr C- und CS-Mount-Objektive. Es gibt noch andere Arten von Fassungen f\u00fcr gro\u00dfe Objektive, die aber weniger h\u00e4ufig verwendet werden. <\/p>\n\n
M12-, C- und CS-Anschl\u00fcsse sind allesamt Schraubanschl\u00fcsse und unterscheiden sich in erster Linie durch ihren Durchmesser (12 mm bei M12-Objektiven im Gegensatz zu 25,4 mm bei C-\/CS-Objektiven) und durch den Abstand vom Flansch zur Bildplatte (Sensoroberfl\u00e4che).<\/p>\n\n
OPTISCHES MODUL<\/strong><\/h2>\n\n
Optische Module bieten eine einfache M\u00f6glichkeit, einen Prototyp eines Bildverarbeitungssystems zu entwickeln und in das Endprodukt zu integrieren.<\/p>\n\n
Ein optisches Modul ist eine aufeinander abgestimmte Kombination aus einem Sensor, einem Sensormodul und einer Optik, die alle kompatibel sind und f\u00fcr einen bestimmten Bereich von Arbeitsabst\u00e4nden verwendet werden k\u00f6nnen. Das Objektiv und der Objektivanschluss werden bei der Herstellung auf den Sensor ausgerichtet und f\u00fcr den Fokus eingestellt. <\/p>\n\n
Je nach Systemanforderungen kann das optische Modul auch ein Sensor-Adaptermodul oder einen Prozessor-Board-Adapter enthalten. Die Beschaffung eines optischen Moduls kann die Entwicklung eines Bildverarbeitungssystems beschleunigen. <\/p>\n\n
SENSORMODUL-ADAPTER<\/strong><\/h2>\n\n
F\u00fcr einige Bildverarbeitungssysteme ist m\u00f6glicherweise ein Sensormoduladapter erforderlich.<\/p>\n\n
Ein Sensoradapter sorgt f\u00fcr den Transport von Sensordaten \u00fcber eine Vielzahl von Kommunikationsprotokollen und stellt im Allgemeinen einen Taktgeber f\u00fcr das System-Timing bereit. In Hochgeschwindigkeits- und Echtzeit-Bilderfassungssystemen werden h\u00e4ufig Framegrabber als wichtige Hardwarekomponenten f\u00fcr die Schnittstelle zum Sensoradapter verwendet, w\u00e4hrend ein im Computer installierter Framegrabber die Bilddaten von der Kamera erfasst und zur Verarbeitung weiterleitet. Die Kommunikationsschnittstelle ist ein wichtiges Merkmal, das die Konnektivit\u00e4t zwischen dem Sensoradapter und anderen Systemkomponenten erm\u00f6glicht. Sensoradapter k\u00f6nnen den Datenstrom vom Sensor \u00fcbernehmen und ihn f\u00fcr eine Vielzahl von Datentransportprotokollen anpassen, indem sie die Sensorausgabe in ein digitales Signal zur weiteren Verarbeitung umwandeln. <\/p>\n\n
Zu den g\u00e4ngigen Datentransportprotokollen geh\u00f6ren das Mobile Industry Processor Interface (MIPI) und das MIPI Cameral Serial Interface 2 und 3 (CSI-2 \/ CSI-3), das Gigabit Multimedia Serial Link Protocol (GMSL) und das SLVS-EC (Scalable Low-Voltage Signaling [with] Embedded Clock) von Sony.<\/p>\n\n
Die Wahl des Datentransportprotokolls und der Bedarf an einem Sensormoduladapter h\u00e4ngen weitgehend von der Anwendung ab, f\u00fcr die Sie Ihr Bildverarbeitungssystem bauen, sowie von den Leistungsanforderungen des Systems. Das GMSL-Protokoll wird z.B. h\u00e4ufig f\u00fcr Automobilanwendungen wie R\u00fcckfahrkameras verwendet, da es dem Sensormodul erlaubt, \u00fcber ein bis zu 15 m langes Koaxialkabel mit dem Bildprozessor zu kommunizieren. <\/p>\n\n
PROZESSORBOARD-ADAPTER<\/strong><\/h2>\n\n
Ein Adapter f\u00fcr eine Bildverarbeitungskarte kann die Entwicklung eines Bildverarbeitungssystems beschleunigen, indem er direkt mit einer Reihe von eingebetteten Computern, wie dem NVIDIA Jetson Xavier, kommuniziert. Diese Adapter k\u00f6nnen auch in PC-basierten Systemen eingesetzt werden, um komplexere Bildverarbeitungsanwendungen und Bildverarbeitungsl\u00f6sungen zu unterst\u00fctzen, insbesondere in der industriellen Automatisierung und Qualit\u00e4tskontrolle.<\/p>\n\n
Ein Bildprozessor-Adapter wird vielleicht nicht Teil der endg\u00fcltigen Produktionsversion Ihres Bildverarbeitungssystems sein, aber er ist von unsch\u00e4tzbarem Wert f\u00fcr die Entwicklung von Prototypen und Bildverarbeitungssystemen. Bei diesen Systemen arbeiten die Bildverarbeitungssoftware und das Bildverarbeitungssystem zusammen, um die Bilddaten zu analysieren und zu interpretieren, was eine genaue Inspektion und Messung erm\u00f6glicht.<\/p>\n\n
Mit einem Bildprozessor-Adapter k\u00f6nnen Sie die optischen Komponenten Ihres Bildverarbeitungssystems an einen kleinen Bordcomputer wie den Raspberry Pi oder einen eingebetteten Computer wie die NVIDIA Jetson-Serie anschlie\u00dfen. Ein Bildprozessor-Adapter ist eine unsch\u00e4tzbare Standardkomponente, die Ihre Aufgabe vereinfachen kann.<\/p>\n\n
Bildprozessor-Adapter bieten eine Vielzahl von Eing\u00e4ngen f\u00fcr verschiedene Datenkommunikationsprotokolle. Sie sind in der Regel f\u00fcr die Kommunikation mit einer bestimmten Plattform konzipiert, sei es ein eingebetteter Computer wie der NVIDIA Jetson Orin oder ein Field-Programmable Gate Array (FPGA) wie der Xilinx Kintex.<\/p>\n\n
Bildbearbeitung<\/h2>\n\n
Die Bildverarbeitung ist ein grundlegendes Element von maschinellen Bildverarbeitungssystemen. Sie umfasst die Bearbeitung und Analyse digitaler Bilder, um relevante Informationen f\u00fcr bestimmte Aufgaben zu extrahieren. Techniken wie Bildfilterung, Schwellenwertbildung und Merkmalsextraktion werden eingesetzt, um die Bildqualit\u00e4t zu verbessern, Rauschen zu reduzieren und wichtige Merkmale im Bild hervorzuheben. Diese Verfahren sind f\u00fcr Anwendungen wie die Erkennung von Defekten, die Identifizierung von Objekten und die Erkennung von Zeichen unerl\u00e4sslich, bei denen Genauigkeit und Zuverl\u00e4ssigkeit von gr\u00f6\u00dfter Bedeutung sind. Die Wahl der Bildverarbeitungsmethoden h\u00e4ngt von Faktoren wie dem Typ des verwendeten Bildsensors, den vorherrschenden Lichtverh\u00e4ltnissen und dem gew\u00fcnschten Ergebnis ab. Durch die Anpassung der Bildverarbeitungsalgorithmen an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung k\u00f6nnen Bildverarbeitungssysteme pr\u00e4zise und umsetzbare Ergebnisse f\u00fcr eine Vielzahl von industriellen und kommerziellen Anwendungen liefern. <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Alle Bildverarbeitungssysteme haben die gleichen Kernkomponenten. Dazu geh\u00f6ren wesentliche Komponenten und Schl\u00fcsselkomponenten, die f\u00fcr die Systemarchitektur grundlegend sind. Sie werden vielleicht nicht als die in dieser Infografik dargestellten diskreten Module […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":1164,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"inline_featured_image":false},"article-category":[],"article-tag":[],"class_list":["post-9161","articles","type-articles","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/articles\/9161","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/articles"}],"about":[{"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/articles"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=9161"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/1164"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=9161"}],"wp:term":[{"taxonomy":"article-category","embeddable":true,"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/article-category?post=9161"},{"taxonomy":"article-tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/article-tag?post=9161"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
- Wird Ihr Bildverarbeitungssystem unter kontrollierten Bedingungen oder im Freien arbeiten?<\/strong><\/li>\n\n\n\n