Auf allen Ebenen

Kamera gibt drei Arten von polarisierten Bilddaten aus

Die meisten Polarisationskameras geben nur Rohdaten aus und es ist Sache des Benutzers, relevante Polarisationsinformationen zu errechnen. Lucid hat daher in seiner Kamera eine hardwarebasierte Pipeline implementiert, um drei verschiedene Arten von polarisierten Bilddaten auszugeben.

Die Polarisationskamera liefert in einem Ergebnisbild alle vier Polarisationsebenen. Das kontrastreichste kann weiterverarbeitet werden. (Bild: Lucid Vision Labs Inc)

Der Sony Pregius IMX250MZR/MYR Bildsensor verfügt über vier verschiedene Richtungspolarisatoren. Der erste Datentyp, den die Kamera ausgibt, ist ein 2×2-polarisiertes Gesamtbild. Die Teilbilder entsprechen den in einer Aufnahme erzeugten 0°, 45°, 90° und 135° Ebenen. Eine gängige Inspektionstechnik besteht darin, ein polarisiertes Licht auf eine Probe zu richten und das reflektierte Licht zu analysieren. Alles was die gleichmäßige Reflektion stört, wird auf der Oberfläche der Probe sichtbar. Änderungen des Oberflächenwinkels durch Krümmung oder der Oberflächentextur durch Kratzer, Dellen und Fremdkörper können so erkannt werden. Beispielsweise ist bei der Verpackungsinspektion die für die Verpackung verwendete Plastikfolie häufig durchsichtig, und damit schwierig zu inspizieren. Fehler wie ein Riss im Kunststoff oder ein Fremdkörper auf dem Kunststoff reflektieren das Licht aber anders. Die Kamera liefert in einem Ergebnisbild alle vier Polarisationsebenen. Das kontrastreichste Bild kann weiterverarbeitet werden.

Mehr Kontrast

Die zweite Art der Polarisationsdaten ist der Grad der linearen Polarisation (Degree of Linear Polarization, DoLP). Dieser beschreibt, wie viel Prozent linear polarisiert sind. DoLP eignet sich für Inspektionsaufgaben, bei denen zwei Oberflächen das Licht unterschiedlich polarisieren. So kann ein kontrastreiches Bild erzeugt werden, dass es schafft sogar kleinste Details zu erfassen, die mit einer herkömmlichen Grauwert Bildaufnahme zu schwach im Kontrast sind. Ein Beispiel ist eine Handyhülle aus Kunststoff mit Beschädigungen auf der Oberfläche. Bei Betrachtung mit polarisierter Hintergrundbeleuchtung sind die Defekte im monochromen Bild leicht sichtbar, die kleineren Defekte jedoch nur im DoLP-Bild zu sehen.

Auswertung von Konzentrationen

Der dritte Typ von Polarisationsdaten ist der Winkel der linearen Polarisation (Angle of Linear Polarization, AoLP). Teilweise linear polarisiertes Licht kann als Summe einer unpolarisierten Komponente und einer linear polarisierten Komponente unter einem einzelnen dominanten Winkel (AoLP) aufgefasst werden. Das Auswerten von Änderungen in den AoLP-Daten kann nützlich sein, um Materialeigenschaften wie Spannungen in Glas und Kunststoff zu untersuchen. Chirale, also nicht spiegelsymetrisch gleichartige Moleküle, ändern den Winkel des durchfallenden polarisierten Lichtes in Flüssigkeit. Die Größe der Winkeländerung ist relativ zur Anzahl der Moleküle in der Lösung. Daher kann eine Polarisationskamera verwendet werden, um auch Konzentrationen optisch auszuwerten.

Import in Bibliotheken

Obwohl Polarisationskameras unterschiedliche Arten von Polarisationsdaten bereitstellen, sind diese Datentypen nicht standardisiert und werden von Bildverarbeitungsbibliotheken von Drittanbietern nur eingeschränkt unterstützt. Eine Methode zum Importieren der Polarisationsdaten in die Software eines Drittanbieters besteht darin, die Daten den vorhandenen unterstützten Pixelformaten neu zuzuordnen. Durch die Echtzeit Umrechnung in der Kamera werden alle gängigen Bildformate ausgegeben und erlauben eine leichte Integration in weitere Softwarepakete ohne Leistungsverlust. Das ArenaView SDK bietet zudem die Möglichkeit, über Schieberegler mit einem virtuellen digitalen Polarisationsfilter zu experimentieren. Dank der Hardwareverarbeitung werden Parameteränderungen in Echtzeit umgesetzt. So können die verschiedenen Möglichkeiten, wie AoLP oder DoLP, für die eigene Applikation leicht ausgelotet werden.

Fazit

Durch die Verwendung der Polarisationseigenschaften von Licht können neue Möglichkeiten zur Identifizierung von Objektformen, Fehlern und bestimmten Materialeigenschaften für die Inspektion geschaffen werden. Durch die Berechnung der drei Endergebnisse in der Kamera wird die Verwendung von Polarisationskameras einfacher und erleichtert die Verbindung zu anderen GigE-Vision-Bildverarbeitungsbibliotheken.