Spannungen im Blick

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Polarisation als neue Dimension für die Bildverarbeitung

Durch die Einführung von CMOS-basierten linearen Polarisationssensoren ergibt sich eine neue Dimension in der industriellen Bildverarbeitung. Polarisation kann verwendet werden, um Objekte mit hohem Glanz zu untersuchen, Fehler, Spannungen und Dehnungseigenschaften von Materialien wie Glas oder Kunststoff zu ermitteln sowie die geometrische Ausrichtung von Baumaterialien zu bestimmen.

Polarisationskameras können verwendet werden, um Objekte mit hohem Glanz zu untersuchen, sowie Fehler, Spannungen und Dehnungseigenschaften von Materialien wie Glas oder Kunststoff zu ermitteln (Bild: © Stolk/istockphoto.com)

Polarisationskameras können verwendet werden, um Objekte mit hohem Glanz zu untersuchen sowie Fehler, Spannungen und Dehnungseigenschaften von Materialien wie Glas oder Kunststoff zu ermitteln. (Bild: © Stolk/Istockphoto.com)

Bisher waren die Methoden zur Messung der Polarisation entweder unhandlich, langsam oder kostspielig. Eine auf dem Markt zu findende Lösung waren Monochromkameras mit abnehmbaren linearen Polarisationsfiltern. Die Filter können gedreht werden, um verschiedene Polarisationswinkel zu ermöglichen. Eine zeitgleiche Bildgebung ist mit diesem Ansatz allerdings nicht möglich, es sei denn, es werden mehrere Kameras mit individuellen Polarisationsfiltern und jeweils festen Polarisationswinkel verwendet. Die andere Lösung ist ein Drei-Winkel-Polarisator auf Basis einer Prismenkamera. Dabei wird das einfallende Licht auf den Prismenblock aufgeteilt und auf drei verschiedene Sensoren gerichtet. Das Licht geht dann jeweils durch einen linearen Polarisationsfilter, der vor jedem der drei Sensoren angeordnet ist. Jeder Sensor erfasst dabei einen anderen Polarisationswinkel. Allerdings ist auch diese Lösung recht unhandlich und kostspielig.

CMOS-Polarisationssensoren

Obwohl es keine handelsüblichen zirkularen Mikro-Polarisationssensoren auf dem Markt gibt, hat die Einführung von CMOS-basierten linearen Polarisationssensoren eine neue Dimension für Anwendungen in der industriellen Bildverarbeitung eröffnet. Der Sony IMX250MZR basiert auf einem Nano-Drahtgitter, das auf einem Chip platziert und mit einem Antireflexionsmaterial beschichtet ist. Dies hilft, das Übersprechen zu reduzieren und das Auslöschungverhältnis des Sensors zu verbessern. Die Polarisationsfähigkeiten werden von der einzigartigen Linear-Filteranordnung des Sensors abgeleitet, die aus vier separaten Polarisationsfiltern besteht, die im Winkel von 0, 45, 90 und 135° in einem bestimmten Muster über dem Sensor angeordnet sind.

Neue Anwendungen

Da die Polarisation eine grundlegende Eigenschaft des Lichts ist, kann sie verwendet werden, um Objekte mit hohem Glanz zu untersuchen, Fehler, Spannungen und Dehnungseigenschaften von Materialien wie Glas oder Kunststoff zu ermitteln und die geometrische Ausrichtung von Baumaterialien wie Faserverbundwerkstoffen zu bestimmen. Da die 3D-Prüfung von Metalloberflächen ein wachsender Markt ist, bleibt die genaue Rekonstruktion von Hochglanzoberflächen eine große Herausforderung. Die Polarisationseigenschaften von Licht können hier effizient für die 3D-Rekonstruktion solcher Oberflächen genutzt werden. Auch Außenanwendungen wie Verkehrsüberwachung und Geschwindigkeitskontrolle können die Polarisation ausnutzen, um Nummernschilder zu erkennen und Texte auf Transportbehältern effizient zu lesen. Polarisation ist eine wichtige Eigenschaft des Lichts, die es zu erforschen gilt, wenn es um Verteidigungs- und Überwachungsanwendungen geht. Darüber hinaus können die Eigenschaften der Polarisation genutzt werden, um durch Glasoberflächen in hellen Außenbereichen hindurchzusehen.

Polarisationskameras

Mittlerweile wurde die Go-Serie um ein neues Kameramodell erweitert. Die GO-5100MP-USB basiert auf dem polarisierten CMOS-Bildsensor IMX250MZR von Sony und bietet 5,1MP Gesamtauflösung und ein 4-Wege-Polarisationsfilterdesign, das eine Reihe von Möglichkeiten für die Abbildung und Analyse von Objekten und Materialien in industriellen Anwendungen bietet. Des Weiteren verfügt die Kamera über eine Vollauflösung von 2.464×2.056 Pixeln bei einem optischen Format von 2/3″ und einer Pixelgröße von 3,45x 3,45µm. Somit kann jeder Block von vier Pixeln als Berechnungsblock verwendet werden, um den Winkel und die Intensität des von den Objekten reflektierten Lichts, sowie mehrere andere Berechnungen zu bestimmen. Durch die Verwendung von Polarisationsfiltern können nicht nur Reflexionen und Lichtflecke abgeschwächt werden, sondern auch Materialdicken und andere potenzielle Fehler, die mit herkömmlichen Bildverarbeitungstechniken nicht erkennbar sind, analysiert werden. Die Kamera ist mit einer USB3 Vision High-Speed-Schnittstelle ausgestattet, die eine Vollauflösung und 8-Bit-Ausgabe mit bis zu 74fps ermöglicht. 10-Bit- und 12-Bit-Ausgabe wird ebenfalls unterstützt. Weitere Kamerafunktionen sind Single-ROI- und Multi-ROI-Funktionen, 2×2 Binning, Schattenausgleich und Gammakorrektur. Der Grundkörper der Kamera ist ein kompaktes 29x29x41,5mm Gehäuse mit einer Objektivaufnahme, die Standard C-Mount-Objektive unterstützt. Wie andere Kameras der Go-Serie ist sie für hohe Stoßbelastungen (80g) und Schwingungen (10g) gebaut, damit sie in industriellen Umgebungen mit einer MTBF-Zeit von mehr als 150.000 Stunden arbeiten kann. Erste Prototypen sind ab sofort für die Evaluierung und Erprobung durch Kunden verfügbar; die Serienproduktion der Kamera soll Ende des dritten Quartals beginnen.

Thematik: inVISION 4 2018
Ausgabe:
Jai A/S
www.jai.com

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