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Smarte Kombi

Kombinierte 2D-/3D-Inline-Inspektion unabhängig von Oberflächen

Inline Computational Imaging ist ein Verfahren für die kombinierte 2D- und 3DInline-Inspektion. Es arbeitet weitgehend unabhängig von den Oberflächeneigenschaften der geprüften Objekte und liefert in Echtzeit optimierte Farbbilder und detaillierte 3D-Tiefenmodelle.

(Bild: AIT Austrian Institute of Technology GmbH)


Inline Computational Imaging (ICI) zielt darauf ab, die Lücke zwischen Systemen mit hoher optischer Auflösung und kleiner Prüfgeschwindigkeit bzw. hoher Prüfgeschwindigkeit und geringer optischer Auflösung zu schließen. Es ist eine neuartige Single-Sensor-Technologie für die simultane 2D- und 3D-Inspektion von bewegten Objekten und liefert nicht nur detaillierte 3D-Daten, sondern auch pixelgenau rektifizierte Farbbilder. Das Funktionsprinzip ist eine Kombination aus Lichtfeld und Photometrie. Beide Methoden stammen aus dem Bereich des Computational Imaging, die auf Basis mehrerer Aufnahmen eines Objektes seine 3D-Rekonstruktion berechnen. Die Lichtfeldtechnik verwendet dafür Abbildungen aus verschiedenen Betrachtungswinkeln. Sie ist besonders gut in der Bestimmung des Höhenprofils für texturierte Bereiche, versagt jedoch für Bereiche mit homogener oder glänzender Oberflächen sowie für feine Oberflächendetails. Photometrisch Stereo verwendet Abbildungen des Objektes mit unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen. Sie berechnete aus den Schattierungsverläufen lokale Oberflächenkrümmungen und hat ihre Stärken in der Rekonstruktion von feinen Oberflächendetails. ICI kombiniert die beiden Methoden in einem kompakten Setup. Der Sensorkopf besteht aus einer Matrixkamera, einem nicht telezentrischen Objektiv und zwei Lichtzeilen. Die Kamera wird dabei in einem Multi-Line-Scan-Modus betrieben, bei dem nur wenige Zeilen ausgelesen werden. Jede Zeile agiert dabei als unabhängige Zeilenkamera, die das Objekt abscannt, während es sich unter der Kamera vorbei bewegt. So ergibt sich ein Bildstapel bestehend aus genau so vielen Bildern wie Zeilen ausgelesen wurden. Jede Einzelaufnahme zeigt das Objekt dabei unter einem anderen Betrachtungs- und Beleuchtungswinkel. Der ICI-Bildstapel enthält somit gleichzeitig Lichtfeldinformationen (unterschiedlichen Blickwinkel) als auch photometrische Informationen (unterschiedlichen Beleuchtungswinkel).

Hochpräzise 3D-Rekonstruktion

Die ICI 3D-Algorithmen sind eine Kombination aus Bestimmung des 3D-Höhenprofils und Oberflächenrekonstruktion. Für die Bestimmung des Höhenprofils wird der aufgenommene ICI-Bildstapel als sogenannter EPI-Stack (Epipolar Plane Image) dargestellt. Die Neigungen (Winkel) der EPI-Linearstrukturen korrelieren dabei für jeden Bildpunkt mit der Tiefe. Größere Winkel entsprechen weiter entfernten Objektpunkten, kleiner Winkel entsprechen näher liegenden Objektpunkten. Mittels Multi-View-Korrespondenzanalyse wird das Höhenprofi, bzw. eine Tiefenschätzung der gesamten Szene ermittelt. Die Verwendung speziell entwickelter Features gewährleistet Robustheit gegenüber Helligkeits- und Kontrastschwankungen. Die Algorithmen kombinieren für jeden Bildpunkt die Tiefenschätzung aus dem Lichtfeld mit der Oberflächenrekonstruktion aus der photometrischen Stereoanalysen und erreichen damit eine verbesserte Rekonstruktionsgenauigkeit. Die 3D-Rekonstruktion kann sowohl als Punktwolke, als auch als Tiefenmap jeweils mit und ohne Konfidenzwerten bereitgestellt werden.

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