Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Bilderfassung im Rahmen des Greiferbaukastens.

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1 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Bilderfassung im Rahmen des Greiferbaukastens Bernd Köhler Forschungszentrum Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik

2 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Übergeordnetes System (Montagemaschine mit globalem Positioniersystem ) Schnittstelle 2.2 Optisches Sensormodul Schnittstelle 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 Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Schnittstelle 2.1 Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Schnittstelle 2.1 Positioniermodul/ Fügehilfemodul/ Fügesensorikmodul Justiermodul/ Trägermodul Schnittstelle 1.1...... Schnittstelle 2.3 Optisches Sensormodul Aktorsteuerung/ Sensorsignalverarbeitung Direkte Verbindung (externe Ansteuerung/ externe Versorgung) Baukastenstruktur – Version 1.0 (10/2001)

3 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 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

4 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Technische Daten von 5 Miniaturkameras

5 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Aufnahmen mit Teleobjektiv und kurzem Tubus

6 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Aufnahmen mit Teleobjektiv und langem Tubus

7 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 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 geringer Erstes 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“

8 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 16 mm Prototypgreifer mit integrierter Kamera

9 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Videobild von der integrierten Kamera: Teleobjektiv mit langem Tubus Fokussiert auf Greiferbacken:Fokussiert auf Unterlage: Videobild von der integrierten Kamera

10 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Bilderfassungsmodul Geplante Arbeiten: Aufbau von Bilderfassungsmodulen mit höherer Auflösung Aufbau geeigneter Beleuchtungseinrichtungen Entwurf einer geeigneten Schnittstelle (Mechanik, Spannungsversorgung, Signale)

11 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Pflichtenheft Bilderfassungsmodul Bildverarbeitungssoftware 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

12 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 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

13 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Korrektur der Abbildungsfehler Korrektur von Helligkeitsfehler Erweiterung der DIPLOM-Bibliothek Aktuelle Arbeiten:

14 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Korrektur der Abbildungsfehler Korrektur von Helligkeitsfehler Erweiterung der DIPLOM-Bibliothek Aktuelle Arbeiten:

15 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Bild mit starken Verzeichnungen

16 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Bestimmung der Verzeichnung verzeichnetes Kamerabild eines regulären Gitters mit bekanntem Gitterabstand [µm] Maßstab [µm/Pixel] Korrekturmatrizen für x- und y-Verzeichnungen

17 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Originalbild Korrekturmatrizen für x- und y-Verzeichnungen Korrigiertes Bild Korrektur eines verzeichneten Bildes Rechenzeit zur Korrektur eines Bildes: ca. 0.4 s (Pentium II 450 MHz)

18 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Korrektur der Abbildungsfehler Korrektur der Helligkeitsfehler Erweiterung der DIPLOM-Bibliothek Aktuelle Arbeiten:

19 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Bestimmung der Helligkeitsfehler Bild einer homogen ausgeleuchteten Fläche (LED-Lichttisch) Korrekturmatrix für die Helligkeitsfehler

20 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 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

21 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Originalbild (ohne Helligkeitskorrektur) Binärbild Anwendung der Helligkeitskorrektur Grauwertschwelle: 120Grauwertschwelle: 150 Originalbild (mit Helligkeitskorrektur) Binärbild Grauwertschwelle: 180

22 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Korrektur der Abbildungsfehler (Weiterentwicklung) Korrektur der Helligkeitsfehler (Weiterentwicklung) Erweiterung der DIPLOM-Bibliothek Geplante Arbeiten: automatische Helligkeitseinstellung

23 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Beteiligte Mitarbeiter: Franz Eberle Andreas Killet Bernd Köhler Andreas März Lars Nock

24 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Automatische Fokussierung Kontrast- und Konturoptimierung Bildfusion aus Beleuchtungsserien zusammengesetzte Großformatbilder Bildfusion aus Fokusserien DIPLOM-Funktionen für Mikrostrukturen

25 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Das Programm berechnet in ca. 0,04 s einen Fokuswert Automatische Fokussierung

26 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Je höher die Bildschärfe wird, umso größer wird dieser Fokuswert Automatische Fokussierung

27 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Gut fokussiert Automatische Fokussierung

28 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Kontrastverstärkung Kontrastarmes Bild wegen geringer Beleuchtung Histogramm- ausgleich Mittelwertbildung (50 Aufnahmen)

29 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Konturoptimierung Aufnahme gut ausgeleuchtet Mittelwertbildung (50 Aufnahmen) Lokale Konturoptimierung

30 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Einzelaufnahmen mit jeweils 768x572 Panoramabild (2200 x 1130) Zusammengesetzte Großformatbilder

31 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Bildrekonstruktion aus Fokusserien Fokusserie Rekonstruiertes Bild Höhenkarte

32 Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Bernd Köhler, Institut für Angewandte InformatikStatusseminar, 8.11.2001 Fusion aus Bild 1 - 4 Bildrekonstruktion aus Beleuchtungsserien Bild 1 Bild 4