Industrielle Bildverarbeitung: Wie optische Qualitatskontrolle wirklich funktioniert, 3. Auflage

Dieses Buch bietet eine praxisorientierte Einf?hrung in die industrielle Bildverarbeitung. Das Buch liegt nun in einer ?berarbeiteten 3. Auflage vor, die die aktuellen technologischen Entwicklungen zum Beispiel im Bereich Kameratechnik und Farbbildverarbeitung ber?cksichtigt. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem Zusammenwirken von Verfahren in einem bildverarbeitenden Gesamtsystem einschlie?lich der typischen Problemstellungen bei der Integration in die automatisierte Fertigung. Anhand von realen Beispielen und der Standard-Software NeuroCheck wird eine Anleitung zur L?sung industrieller Sichtpr?faufgaben gegeben. Basierend auf ihrer langj?hrigen Erfahrung legen die Autoren auch diejenigen Rezepte offen, die zwar ?blicherweise nicht publiziert werden, f?r das Funktionieren von Bildverarbeitungssystemen jedoch wesentlich sind. Mit der als Download verf?gbaren Testversion der Software kann das Gelesene nachvollzogen und einge?bt werden. Cover......Page 1 Industrielle Bildverarbeitung, 3. Auflage......Page 3 ISBN 9783642130960......Page 4 Vorwort......Page 6 Geleitwort......Page 10 Inhaltsverzeichnis......Page 12 1.1 Warum noch ein Buch über Bildverarbeitung?......Page 20 1.2 Möglichkeiten und Grenzen......Page 22 1.3.1 Einteilung nach dem Prüfziel......Page 24 1.4 Aufbau von Bildverarbeitungssystemen......Page 25 1.4.1 Hardwareaufbau......Page 26 1.4.2 Signalfluss in der Prozessumgebung......Page 29 1.4.3 Signalfluss innerhalb des Bildverarbeitungssystems......Page 32 1.5 Vorgehensmodell......Page 34 1.6 Einführungsbeispiel......Page 36 1.6.1 Schrifterkennung......Page 37 1.6.2 Gewindetiefe......Page 40 1.6.3 Anwesenheitskontrolle......Page 42 1.7 Weiteres Vorgehen......Page 44 2. Querschnitt: Bildvorverarbeitung......Page 48 2.1.1 Look-Up-Tabellen......Page 49 2.1.3 Kontrastnormierung......Page 52 2.1.4 Histogramm-Ebnung......Page 53 2.1.5 Lokale Kontrastnormierung......Page 55 2.2 Bildarithmetik......Page 57 2.2.2 Bildsubtraktion......Page 58 2.2.4 Shading-Korrektur......Page 61 2.3 Lineare Filter......Page 63 2.3.2 Prinzip linearer Filter......Page 64 2.3.3 Glättungsfilter......Page 67 2.3.4 Kantenfilter......Page 73 2.4 Medianfilter......Page 79 2.5 Morphologische Filter......Page 81 2.6 Andere nichtlineare Filter......Page 83 2.7 Koordinatentransformationen......Page 85 2.9 Zusammenfassung......Page 88 3.1 Position eines Einzelobjekts......Page 92 3.1.1 Positionierung anhand des Gesamtobjekts......Page 93 3.1.2 Positionierung anhand einer Kante......Page 95 3.2.1 Orientierungsberechnung anhand der Hauptachse......Page 99 3.2.2 Polarabstandsprojektion......Page 102 3.3 Roboterpositionierung......Page 104 3.3.1 Aufgabenstellung......Page 105 3.3.2 Bildverarbeitungskomponenten......Page 106 3.3.3 Positionsermittlung an einem Objekt......Page 107 3.3.4 Orientierung einer Objektgruppe......Page 108 3.3.5 Bemerkungen zur Positionskorrektur......Page 109 3.4 Zusammenfassung......Page 111 4.1.1 Arbeitsbereiche und Objekte Anwendungen ohne Segmentierung:......Page 114 4.2 Binärsegmentierung......Page 115 4.2.1 Schwellwerte......Page 116 4.2.2 Schwellwertbestimmung aus Histogrammanalysen......Page 117 4.2.3 Grauwerthistogramme......Page 118 4.2.4 Verallgemeinerung der Binarisierung Bereichsbinarisierung:......Page 121 4.3 Konturverfolgung......Page 123 4.3.1 Punktnachbarschaft......Page 124 4.3.2 Erzeugung von Objektkonturen......Page 126 4.4 Template Matching......Page 127 4.4.1 Funktionsprinzip......Page 128 4.4.2 Optimierungsmöglichkeiten......Page 132 4.4.3 Bemerkungen zum Template Matching......Page 136 4.4.4 Kantenbasierte Objektlokalisierung......Page 137 4.5.1 Kantenantastung in industriellen Bildszenen......Page 140 4.5.2 Subpixelgenaue Kantenlokalisierung......Page 141 4.6 Zusammenfassung......Page 143 5.1 Barcode-Identifikation......Page 146 5.1.1 Prinzip der Barcodeerkennung auf Grauwertbasis......Page 147 5.1.2 Barcodetypen......Page 148 5.1.3 Beispiele für industrielle Barcode-Identifikation Barcode auf Metall:......Page 150 5.1.4 Zweidimensionale Codes......Page 152 5.2.1 Lasergravierte Schrift auf einem IC......Page 155 5.2.2 Basiskonfiguration der IC-Schrifterkennung......Page 157 5.2.3 Prinzipieller Aufbau einer Klassifikationsanwendung......Page 160 5.2.4 Positionskorrektur am IC......Page 166 5.2.5 Verbesserung der Zeichenqualität......Page 171 5.2.6 Optimierung im Betrieb......Page 172 5.3.1 Beleuchtung......Page 174 5.3.2 Vorverarbeitung......Page 175 5.3.3 Segmentierung und Klassifikation......Page 176 5.4 Blockcodierungen auf Filmrollen......Page 178 5.5 Druckqualitätskontrolle......Page 181 5.5.1 Vorgehensweise......Page 182 5.5.2 Druckqualitätskontrolle in Einzelbereichen......Page 184 5.5.3 Druckqualitätskontrolle mit automatischer Teilung......Page 185 5.6 Zusammenfassung......Page 186 6.1 Was ist Klassifikation......Page 190 6.2 Klassifikation als Funktionsapproximation......Page 192 6.2.1 Grundbegriffe......Page 193 6.2.2 Statistische Grundlagen......Page 195 6.2.3 Konstruktion von Klassifikatoren......Page 196 6.3.1 Nächster-Nachbar-Klassifikator......Page 198 6.3.2 RCE-Netze......Page 200 6.3.3 Vektorquantisierung......Page 201 6.3.5 Bemerkungen zu Multireferenzenklassifikatoren......Page 202 6.4.1 Polynomklassifikator......Page 203 6.4.2 Neuronale Netze vom Typ Multilayer-Perzeptron......Page 204 6.5.2 Merkmalsskalierung......Page 208 6.5.3 Rückweisung......Page 209 6.5.4 Abgrenzung zu anderen Klassifikatoren......Page 210 6.6 Zusammenfassung......Page 211 7. Vermessung......Page 214 7.2 Einfache Vermessung......Page 215 7.2.1 Schwerpunktsabstände......Page 217 7.2.2 Konturabstände......Page 220 7.2.3 Winkelmessungen......Page 224 7.3.1 Prüfaufgabe......Page 226 7.3.2 Berechnung von Ausgleichsgeraden......Page 227 7.3.3 Messung des Konturwinkels......Page 229 7.4.1 Beleuchtungsaufbau......Page 231 7.4.2 Kantenerzeugung......Page 233 7.5 Formkontrolle an Spritzgussteil......Page 234 7.5.1 Bestimmung von Radien......Page 235 7.6 Hochgenaue Vermessung eines Gewindeflansches......Page 238 7.6.1 Beleuchtung und Bildaufnahme......Page 239 7.6.2 Subpixelgenaue Vermessung der Gewindetiefe......Page 240 7.7.1 Kalibriermodus......Page 242 7.7.2 Prüfungsbezogene Kalibrierungen......Page 243 7.8 Zusammenfassung......Page 244 8.1 Halbleitersensoren für die Bildverarbeitung......Page 246 8.1.1 Einführung......Page 247 8.1.2 CCD-Sensoren......Page 249 8.1.3 CMOS-Sensoren......Page 252 8.1.4 Sonderbauformen......Page 254 8.1.5 Farbsensoren......Page 255 8.1.6 Eigenschaften von Sensoren Pixelgröße:......Page 257 8.2 Digitalkameras......Page 261 8.2.1 Steuerung der Bildaufnahme......Page 262 8.2.2 Aufnahme von Farbbildern......Page 264 8.2.3 Kennwerte von Digitalkameras......Page 266 8.2.4 Einsatzbedingungen in Industrieumgebungen Temperatur:......Page 268 8.3 Bilddatenübertragung......Page 269 8.3.1 CameraLink......Page 270 8.3.2 FireWire......Page 272 8.3.3 USB......Page 274 8.3.4 Gigabit-Ethernet......Page 275 8.4.1 Typen von Zeilenkamera-Anwendungen......Page 278 8.4.2 Ortsauflösung bei Zeilenkameras......Page 280 8.4.3 Belichtung bei Zeilenkameras......Page 281 8.4.4 Steuerung von Zeilenkameras......Page 282 8.5 Optische Grundlagen......Page 283 8.5.1 Blendenzahl......Page 284 8.5.2 Abbildungsgesetze......Page 285 8.5.3 Schärfentiefe......Page 291 8.5.4 Typische Aufnahmesituationen......Page 295 8.5.5 Abbildungsfehler......Page 297 8.5.6 Objektivbestimmung......Page 298 8.5.7 Besondere Objektivtypen......Page 301 8.6.1 Leuchtmittel......Page 302 8.6.2 Auflicht......Page 305 8.6.3 Durchlicht......Page 308 8.7 Zusammenfassung......Page 311 9. Anwesenheitskontrolle......Page 316 9.1.1 Prüfteilgeometrie......Page 317 9.1.3 Positionierung......Page 319 9.1.4 Objektdetektion......Page 320 9.1.5 Verifikation des Ergebnisses......Page 321 9.2.1 Beleuchtung......Page 323 9.2.2 Prüfkriterien......Page 325 9.2.3 Objekterzeugung und Maßberechnung......Page 327 9.2.4 Positionskorrektur......Page 328 9.3 Anwesenheitskontrolle mithilfe von Klassifikatoren......Page 330 9.3.1 Beleuchtung......Page 331 9.3.2 Kontrolle der Verstemmung Vorverarbeitung.......Page 333 9.3.3 Typkontrolle des Flansches......Page 339 9.4 Kontrastlose Anwesenheitskontrolle......Page 343 9.5 Anwesenheitskontrolle mit Zeilenkameras......Page 345 9.5.1 Prüfung zylindrischer Teile mit Flächenkameras......Page 346 9.5.2 Prüfung eines Ventilkörpers......Page 349 9.5.3 Bemerkungen......Page 355 9.6 Zusammenfassung......Page 357 10.1.1 Umschreibendes Rechteck......Page 358 10.1.2 Fläche und Umfang......Page 359 10.1.3 Schwerpunktskoordinaten......Page 363 10.1.4 Achsen und Radien Hauptträgheitsachse:......Page 364 10.2.1 Konturkrümmung......Page 366 10.2.2 Fasermerkmale......Page 369 10.2.4 Momente und Fourierdeskriptoren Momente:......Page 370 10.3.1 Statistik erster Ordnung......Page 371 10.3.2 Texturmerkmale......Page 372 10.4 Zusammenfassung......Page 373 11. Farbbildverarbeitung......Page 376 11.1 Farbidentifikation......Page 377 11.1.1 Auswertestrategie......Page 378 11.1.2 Beleuchtung und Bildaufnahme......Page 379 11.1.3 Farbklassifizierung......Page 381 11.1.4 Auswahl des Kamerabildes für die Beschriftungserkennung......Page 385 11.1.5 Erkennung der Beschriftung......Page 389 11.2 Farbsegmentierung......Page 391 11.2.2 Farbklassifikation......Page 392 11.2.4 Anwesenheitsprüfung......Page 396 11.3 Zusammenfassung......Page 397 12.1 Bildverarbeitungsprojekte......Page 400 12.2 Prozessintegration......Page 402 12.3 Ausblick......Page 406 A.1.1 Neuronale Netze – Begriff und Geschichte......Page 408 A.1.2 Grundlagen......Page 409 A.1.3 Backpropagation......Page 410 A.2.1 Grenzabstände......Page 414 A.2.2 Schärfentiefe im Unendlichen......Page 417 A.2.3 Abhängigkeit der Schärfentiefe von der Brennweite......Page 419 B. Software-Download......Page 420 C. Weblinks zur industriellen Bildverarbeitung......Page 422 Literaturverzeichnis......Page 424 Index......Page 426 Dieses Buch bietet eine praxisorientierte Einführung in die industrielle Bildverarbeitung. Das Buch liegt nun in einer überarbeiteten 3. Auflage vor, die die aktuellen technologischen Entwicklungen zum Beispiel im Bereich Kameratechnik und Farbbildverarbeitung berücksichtigt. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem Zusammenwirken von Verfahren in einem bildverarbeitenden Gesamtsystem einschließlich der typischen Problemstellungen bei der Integration in die automatisierte Fertigung. Anhand von realen Beispielen und der Standard-Software NeuroCheck wird eine Anleitung zur Lösung industrieller Sichtprüfaufgaben gegeben. Basierend auf ihrer langjährigen Erfahrung legen die Autoren auch diejenigen Rezepte offen, die zwar üblicherweise nicht publiziert werden, für das Funktionieren von Bildverarbeitungssystemen jedoch wesentlich sind. Mit der als Download verfügbaren Testversion der Software kann das Gelesene nachvollzogen und eingeübt werden.