Polychromatische Rauheitsmessung Probleme der Bildverarbeitung Dominik Mader Sven Simon, Thomas Risse

Überblick Messverfahren & Randbedingungen Kooperation mit Uni HB Ziele: Bestimmung OZ & Rauheitsindikatoren bei hoher Robustheit der Algorithmen, bei guter Trennung der Rauheitsklassen, bei hoher Geschwindigkeit Probleme der Bildverarbeitung Weiterführende Ansätze

Verfahren & Randbedingungen Messung der Oberflächenrauheit etwa von Bandstahl im 0.05um- bis 4um-Bereich kontinuierlich, ohne Stopp der Produktion 500m/min an-/isotrop rauh, glatt, gedreht, nitriert, geschliffen, erodiert, geläppt etc. Kalibrierung durch Rugotest-Proben, Tastschnittgerät, Profilometer, Weißlichtinterferometrie, Raster-Mikroskopie … HSB: nur Bildverarbeitung

Mess-Aufbau

Entstehung des speckle-Bildes Flächenelemente der beleuchteten Oberfläche streuen Kugelwellen (alle Punkte tragen zu jedem Punkt der Beobachtungsebene bei.) Gangunterschied durch unterschiedliche Wegstrecken des Lichts konstruktive und destruktive Überlagerung Polychromatisch  mehrere Effekte

rauheitsabhängige Dekorrelation der speckles Mit zunehmender Rauheit dekorrelieren die speckles, die durch verschiedene Wellenlängen erzeugt werden, d.h. Die Intensitäten unterscheiden sich. Der Ort der Maxima unterscheidet sich.

Elongation Das speckle-Bild besteht aus der Summe der Intensitäten. Die Elongation der speckles soll gemessen werden.

Elongation per AKF Nur zur Abschreckung Räumliche Autokorrelationsfunktion der polychromatischen speckle-Intensitäten

Rauheit Rq ist der quadratische Mittenrauhwert

theoretische Elongation λ1=488 nm λ2=514 nm

Auswertung Optisches Zentrum nicht bekannt: Kalibrierung Speckle-Erkennung und –Messung Hough-Transformation mit template Klassische Hough-Transformation Achsen maximaler und minimaler Trägheit (Auto-) Korrelation mit/ohne optische/r Achse Rauheit bei festem Abstand zur opt. Achse optimiere Zuverlässigkeit, Robustheit, Geschwindigkeit, FPGA Implementierung

Verfahren zur OZ-Bestimmung global: Hough-Transformation mit template global: klassische Hough-Transformation lokal: Identifikation der speckles, Bestimmung der Achsen minimaler und maximaler Trägheit, OZ = Schwerpunkt der Schnittpunkte geeigneter Achsen Lokale Auto-Korrelationsfunktion erzeugen Richtungsfeld, OZ = Schwerpunkt der Schnittpunkte geeigneter Richtungen

Probleme „Hough mit template“ Binarisieren: Schwelle? adaptiv? geeignetes template? fragwürdige Robustheit!

Probleme „Hough klassisch“ Binarisieren: Schwelle? adaptiv? Geraden-Schnittpunkte selektieren? OZ = gewichteter Schwerpunkt (Bresenham) fragwürdige Robustheit!

Probleme „Achsen min. Trägheit“ Binarisierung: Schwelle? adaptiv? Speckles = Zusammenhangskomponenten elongierte Speckles selektieren OZ = gewichteter Schwerpunkt der Achsen-Schnittpunkte (Bresenham) Fragwürdige Robustheit!

Probleme „(Auto-) Korrelation“ Keine Binarisierung nötig! (Auto-)-Korrelation von Bild-Segmenten lokalisiert das speckle-Bild (Abtastung) Elongation spiegelt sich in Steigungen der Autokorrelationsfunktion nahe (0,0) wider. Wieviel Glättung ist zuträglich? Überlappende Rauheitsklassen!

Alternative Ansätze Kreuzkorrelation von Bildern verschiedener Wellenlänge Wavelets von anderen lernen (Radar, Hochfrequenz-Technik) Simulation

Simulationsmodell Optische Achse Optische Achse γ φ γ φ

Simulationsergebnis Messbild (N6) Simulation (Rq=1000nm) Wellenlängen [nm]: 659, 675, 690 Wellenlängen [nm]: 659, 675, 690

Hardware-Konzept Plattformkonzept für die Auswertung Konkreter: Prozessorarchitekturen, konfigurierbare Hardware Eigenschaften: Echtzeitfähigkeit zur Überwachung von Produktionsprozessen Produktionsumfeldgerecht: Embedded System statt PC PC FPGA Beschleunigung Indroduction summarize the conventional approaches to serial high speed transceivers - developed within a semicustom design flow sketch the ideas behind our synthesizable architecture and point out advantages and disadvantages Present the prototype implementation as far as possible at this state finally conclude. FPGA: Programmierbare Logik-Gatter + Mikroprozessor

DFG-Projekt Modelle, Algorithmen, Simulation, Software/ Hardware Theorie (Optik) Computational Science Überlappungen, die Trennung der Tätig- keiten ist nicht sinnvoll Theoretische Arbeiten, Modellierung + Algorith- men, Messtechnik Indroduction summarize the conventional approaches to serial high speed transceivers - developed within a semicustom design flow sketch the ideas behind our synthesizable architecture and point out advantages and disadvantages Present the prototype implementation as far as possible at this state finally conclude. Experiment (Messtechnik)

Dominik. Mader@hs-bremen. de Sven. Simon@informatik. hs-bremen Dominik.Mader@hs-bremen.de Sven.Simon@informatik.hs-bremen.de risse@informatik.hs-bremen.de Indroduction summarize the conventional approaches to serial high speed transceivers - developed within a semicustom design flow sketch the ideas behind our synthesizable architecture and point out advantages and disadvantages Present the prototype implementation as far as possible at this state finally conclude.