Geschwindigkeitsrausch

Highspeed-Zeilenkamera mit Zeilenraten bis 600kHz

Die Zeilenkamera Xposure wurde speziell für die Bedürfnisse der Highspeed Inline Qualitätskontrolle entwickelt und erreicht Zeilenraten bis zu 600kHz. Mit insgesamt 60 Zeilen zu je 2.016 Pixel ist die Kamera weit mehr als nur die schnellste Zeilenkamera der Welt.

Jede der 60 Zeilen der Xposure Kamera kann individuell ausgelesen werden. So kann für Graustufenaufnahmen eine Zeile mit 600kHz und für Farbaufnahmen drei Zeilen mit 200kHz aufgenommen werden. (Bild: AIT Austrian Institute of Technology GmbH)

Jede der 60 Zeilen kann individuell ausgelesen werden. So kann für Graustufenaufnahmen eine Zeile mit 600kHz und für Farbaufnahmen drei Zeilen mit 200kHz aufgenommen werden. Alle 60 Zeilen sind mit einer Framerate von bis zu 10kHz auslesbar. Damit ist die Kamera um den Faktor drei schneller als derzeit am Markt befindliche Zeilenkameras und vereint dazu die Vorteile von Zeilen- und Flächenkameras in einer einzigen Kamera. Die Kamera basiert auf dem, am AIT gemeinsam mit dem Fraunhofer IMS entwickelten, Xposure-Sensor, dem weltweit schnellsten Multi-Zeilen-CMOS-Sensor mit einer Pixelgröße von 9×9µm und 10Bit Datentiefe. Das rauscharme Sensor- und Kameradesign ist die Grundlage für die hohe Bildqualität. Eine 40GigE Vision Schnittstelle, ein FPGA mit Dual Core ARM Cortex A9 MPCore Prozessor für hoch-performante on-board Datenvorverarbeitung und zwei digitale Ein- und Ausgänge für Triggerung und Synchronisierung gehören zur Grundausstattung der Kamera. Für die Echtzeitverarbeitung der 1,5GB/s Bilddaten kann z.B. die neue Visionbox Lemans von Imago Technologies verwendet werden.

Mögliche Anwendungen und Auflösungen der Xposure Zeilenkamera. (Bild: AIT Austrian Institute of Technology GmbH)

0,15mm Auflösung bei 300km/h

Die Kamera lässt sich für verschiedenste Anwendungsbereiche nutzen. Im Bereich der Medizin kann die Xposure Kamera z.B. für die Augenheilkunde eingesetzt werden. Um den Einfluss der natürlichen Augenbewegung während der Untersuchung zu minimieren, benötigen die dafür verwendeten OCT-Geräte (Optical Coherence Tomographie) extrem schnelle Zeilenkameras. Je kürzer die Belichtungszeiten, umso schärfer und detailreicher sind die OCT-Aufnahmen. Im Bereich der Infrastruktur kann die Kamera z.B. für die automatisierte Oberflächeninspektion von Schienen eingesetzt werden. Die regelmäßige Inspektion der Schienenoberflächen auf kleinste Fehler und Risse ist ein wichtiges Element in der vorbeugenden Instandhaltung um den reibungslosen Betrieb und die Sicherheit für Zug und Passagiere gewährleisten zu können. Selbst bei ICE-Geschwindigkeiten mit über 300km/h kann die Kamera die Schienenoberfläche mit einer Auflösung von 0,15mm kontrollieren. Im Bereich der industriellen Inspektion erreicht die Kamera bei gleicher Produktionsgeschwindigkeit höhere optische Auflösungen. Darüber hinaus unterstützt die besondere Flexibilität des Sensors die Möglichkeit zur Realisierung neuartiger Bildverarbeitungslösungen für bisher noch nicht realisierbare Anwendungsfälle.

Single-Sensor Multi-Line-Scan Anwendungen

Die spezielle Architektur der Kamera erlaubt die flexible Adressierung einzelner Zeilen und ermöglicht damit Single-Sensor Multi-Line-Scan Anwendungen, d.h. mit nur einer Kamera kann gleichzeitig Textur und 3D-Information erfasst werden. Beim Singlesensor Stereoset-up werden zwei Zeilen verwendet, deren Abstand am Sensor die Baseline für die Berechnung der 3D-Daten darstellt. Noch genauere und robustere Ergebnisse werden mit dem Singlesensor Lightfield Set-up erzielt. Anzahl und Geometrie der Betrachtungs- und Beleuchtungswinkel werden durch die verwendeten Zeilen definiert und sind durch die flexible Zeilenadressierung des Sensors beliebig skalierbar. Das so aufgenommene Lichtfeld ermöglicht die Berechnung der Oberflächentopologie mit pixelgenau registrierten 2D-Daten, auch von metallisch glänzenden Oberflächen, oder die Berechnung von All-In-Focus-Bildern für eine rechnerische Vergrößerung des Tiefenschärfenbereiches. Mit dieser Technologie lassen sich auch erstmals Qualität und Echtheit von Hologrammen automatisiert überprüfen.