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E-Book

Industrielle Bildverarbeitung

Wie optische Qualitätskontrolle wirklich funktioniert

Autor	Axel Springhoff, Bernd Streicher-Abel, Christian Demant
Verlag	Springer-Verlag
Erscheinungsjahr	2011
Seitenanzahl	412 Seiten
ISBN	9783642130977
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	79,99 EUR

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.

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Blick ins Buch

Inhaltsverzeichnis

Vorwort	4
Geleitwort	7
Inhaltsverzeichnis	9
1. Einleitung	16
1.1 Warum noch ein Buch über Bildverarbeitung?	16
1.2 Möglichkeiten und Grenzen	18
1.3 Typen von Sichtprüfaufgaben	20
1.3.1 Einteilung nach dem Prüfziel	20
1.4 Aufbau von Bildverarbeitungssystemen	21
1.4.1 Hardwareaufbau	22
1.4.2 Signalfluss in der Prozessumgebung	25
1.4.3 Signalfluss innerhalb des Bildverarbeitungssystems	28
1.5 Vorgehensmodell	30
1.6 Einführungsbeispiel	32
1.6.1 Schrifterkennung	33
1.6.2 Gewindetiefe	36
1.6.3 Anwesenheitskontrolle	38
1.7 Weiteres Vorgehen	40
2. Querschnitt: Bildvorverarbeitung	43
2.1 Grauwerttransformation	44
2.1.1 Look-Up-Tabellen	44
2.1.2 Lineare Grauwertskalierung	47
2.1.3 Kontrastnormierung	47
2.1.4 Histogramm-Ebnung	48
2.1.5 Lokale Kontrastnormierung	50
2.2 Bildarithmetik	52
2.2.1 Bildaddition und Bildmittelung	53
2.2.2 Bildsubtraktion	53
2.2.3 Minimum und Maximum zweier Bilder	56
2.2.4 Shading-Korrektur	56
2.3 Lineare Filter	58
2.3.1 Lokale Operationen und Bildumgebungen	59
2.3.2 Prinzip linearer Filter	59
2.3.3 Glättungsfilter	62
2.3.4 Kantenfilter	68
2.4 Medianfilter	74
2.5 Morphologische Filter	76
2.6 Andere nichtlineare Filter	78
2.7 Koordinatentransformationen	80
2.8 Integraltransformationen	83
2.9 Zusammenfassung	83
3. Lageerkennung	86
3.1 Position eines Einzelobjekts	86
3.1.1 Positionierung anhand des Gesamtobjekts	87
3.1.2 Positionierung anhand einer Kante	89
3.2 Ausrichtung eines einzelnen Objekts	93
3.2.1 Orientierungsberechnung anhand der Hauptachse	93
3.2.2 Polarabstandsprojektion	96
3.3 Roboterpositionierung	98
3.3.1 Aufgabenstellung	99
3.3.2 Bildverarbeitungskomponenten	100
3.3.3 Positionsermittlung an einem Objekt	101
3.3.4 Orientierung einer Objektgruppe	102
3.3.5 Bemerkungen zur Positionskorrektur	103
3.4 Zusammenfassung	105
4. Querschnitt: Segmentierung	107
4.1 Arbeitsbereiche	107
4.1.1 Arbeitsbereiche und Objekte Anwendungen ohne Segmentierung:	107
4.2 Binärsegmentierung	108
4.2.1 Schwellwerte	109
4.2.2 Schwellwertbestimmung aus Histogrammanalysen	110
4.2.3 Grauwerthistogramme	111
4.2.4 Verallgemeinerung der Binarisierung Bereichsbinarisierung:	114
4.3 Konturverfolgung	116
4.3.1 Punktnachbarschaft	117
4.3.2 Erzeugung von Objektkonturen	119
4.3.3 Konturdarstellung	120
4.4 Template Matching	120
4.4.1 Funktionsprinzip	121
4.4.2 Optimierungsmöglichkeiten	125
4.4.3 Bemerkungen zum Template Matching	129
4.4.4 Kantenbasierte Objektlokalisierung	130
4.5 Kantendetektion	133
4.5.1 Kantenantastung in industriellen Bildszenen	133
4.5.2 Subpixelgenaue Kantenlokalisierung	134
4.6 Zusammenfassung	136
5. Kennzeichnungsidentifikation	139
5.1 Barcode-Identifikation	139
5.1.1 Prinzip der Barcodeerkennung auf Grauwertbasis	140
5.1.2 Barcodetypen	141
5.1.3 Beispiele für industrielle Barcode-Identifikation Barcode auf Metall:	143
5.1.4 Zweidimensionale Codes	145
5.2 Klarschrifterkennung	148
5.2.1 Lasergravierte Schrift auf einem IC	148
5.2.2 Basiskonfiguration der IC-Schrifterkennung	150
5.2.3 Prinzipieller Aufbau einer Klassifikationsanwendung	153
5.2.4 Positionskorrektur am IC	159
5.2.5 Verbesserung der Zeichenqualität	164
5.2.6 Optimierung im Betrieb	165
5.3 Erkennung genagelter Schrift auf Metall	167
5.3.1 Beleuchtung	167
5.3.2 Vorverarbeitung	168
5.3.3 Segmentierung und Klassifikation	169
5.4 Blockcodierungen auf Filmrollen	171
5.5 Druckqualitätskontrolle	174
5.5.1 Vorgehensweise	175
5.5.2 Druckqualitätskontrolle in Einzelbereichen	177
5.5.3 Druckqualitätskontrolle mit automatischer Teilung	178
5.6 Zusammenfassung	179
6. Querschnitt: Klassifikation	182
6.1 Was ist Klassifikation	182
6.2 Klassifikation als Funktionsapproximation	184
6.2.1 Grundbegriffe	185
6.2.2 Statistische Grundlagen	187
6.2.3 Konstruktion von Klassifikatoren	188
6.3 Multireferenzenklassifikatoren	190
6.3.1 Nächster-Nachbar-Klassifikator	190
6.3.2 RCE-Netze	192
6.3.3 Vektorquantisierung	193
6.3.4 Template Matching	194
6.3.5 Bemerkungen zu Multireferenzenklassifikatoren	194
6.4 Funktionalklassifikatoren	195
6.4.1 Polynomklassifikator	195
6.4.2 Neuronale Netze vom Typ Multilayer-Perzeptron	196
6.5 Bemerkungen zum Einsatz neuronaler Netze	200
6.5.1 Zusammensetzung der Lernstichprobe	200
6.5.2 Merkmalsskalierung	200
6.5.3 Rückweisung	201
6.5.4 Abgrenzung zu anderen Klassifikatoren	202
6.6 Zusammenfassung	203
7. Vermessung	206
7.1 Vermessungsaufgaben	207
7.2 Einfache Vermessung	207
7.2.1 Schwerpunktsabstände	209
7.2.2 Konturabstände	212
7.2.3 Winkelmessungen	216
7.3 Formkontrolle an Elektronikstanzteilen	218
7.3.1 Prüfaufgabe	218
7.3.2 Berechnung von Ausgleichsgeraden	219
7.3.3 Messung des Konturwinkels	221
7.4 Winkelmessung an einem Zahnriemen	223
7.4.1 Beleuchtungsaufbau	223
7.4.2 Kantenerzeugung	225
7.5 Formkontrolle an Spritzgussteil	226
7.5.1 Bestimmung von Radien	227
7.5.2 Bemerkungen zur Ausgleichskreisberechnung	230
7.6 Hochgenaue Vermessung eines Gewindeflansches	230
7.6.1 Beleuchtung und Bildaufnahme	231
7.6.2 Subpixelgenaue Vermessung der Gewindetiefe	232
7.7 Kalibrierung	234
7.7.1 Kalibriermodus	234
7.7.2 Prüfungsbezogene Kalibrierungen	235
7.8 Zusammenfassung	236
8. Querschnitt: Bildaufnahme und Beleuchtung	238
8.1 Halbleitersensoren für die Bildverarbeitung	238
8.1.1 Einführung	239
8.1.2 CCD-Sensoren	241
8.1.3 CMOS-Sensoren	244
8.1.4 Sonderbauformen	246
8.1.5 Farbsensoren	247
8.1.6 Eigenschaften von Sensoren Pixelgröße:	249
8.2 Digitalkameras	253
8.2.1 Steuerung der Bildaufnahme	254
8.2.2 Aufnahme von Farbbildern	256
8.2.3 Kennwerte von Digitalkameras	258
8.2.4 Einsatzbedingungen in Industrieumgebungen Temperatur:	260
8.3 Bilddatenübertragung	261
8.3.1 CameraLink	262
8.3.2 FireWire	264
8.3.3 USB	266
8.3.4 Gigabit-Ethernet	267
8.4 Zeilenkameras	270
8.4.1 Typen von Zeilenkamera-Anwendungen	270
8.4.2 Ortsauflösung bei Zeilenkameras	272
8.4.3 Belichtung bei Zeilenkameras	273
8.4.4 Steuerung von Zeilenkameras	274
8.5 Optische Grundlagen	275
8.5.1 Blendenzahl	276
8.5.2 Abbildungsgesetze	277
8.5.3 Schärfentiefe	283
8.5.4 Typische Aufnahmesituationen	287
8.5.5 Abbildungsfehler	289
8.5.6 Objektivbestimmung	290
8.5.7 Besondere Objektivtypen	293
8.6 Beleuchtungstechnik	294
8.6.1 Leuchtmittel	294
8.6.2 Auflicht	297
8.6.3 Durchlicht	300
8.7 Zusammenfassung	303
9. Anwesenheitskontrolle	308
9.1 Anwesenheitskontrolle mit Schwenk-NeigekopfZoomkameras	309
9.1.1 Prüfteilgeometrie	309
9.1.2 Beleuchtung	311
9.1.3 Positionierung	311
9.1.4 Objektdetektion	312
9.1.5 Verifikation des Ergebnisses	313
9.2 Einfache Vermessung zur Montagekontrolle	315
9.2.1 Beleuchtung	315
9.2.2 Prüfkriterien	317
9.2.3 Objekterzeugung und Maßberechnung	319
9.2.4 Positionskorrektur	320
9.3 Anwesenheitskontrolle mithilfe von Klassifikatoren	322
9.3.1 Beleuchtung	323
9.3.2 Kontrolle der Verstemmung Vorverarbeitung.	325
9.3.3 Typkontrolle des Flansches	331
9.4 Kontrastlose Anwesenheitskontrolle	335
9.5 Anwesenheitskontrolle mit Zeilenkameras	337
9.5.1 Prüfung zylindrischer Teile mit Flächenkameras	338
9.5.2 Prüfung eines Ventilkörpers	341
9.5.3 Bemerkungen	347
9.6 Zusammenfassung	349
10. Querschnitt: Objektmerkmale	350
10.1 Einfache geometrische Merkmale	350
10.1.1 Umschreibendes Rechteck	350
10.1.2 Fläche und Umfang	351
10.1.3 Schwerpunktskoordinaten	355
10.1.4 Achsen und Radien Hauptträgheitsachse:	356
10.2 Formbeschreibende Merkmale	358
10.2.1 Konturkrümmung	358
10.2.2 Fasermerkmale	361
10.2.3 Euler-Zahl	362
10.2.4 Momente und Fourierdeskriptoren Momente:	362
Fourierdeskriptoren:	363
10.3 Grauwertmerkmale	363
10.3.1 Statistik erster Ordnung	363
10.3.2 Texturmerkmale	364
10.4 Zusammenfassung	365
11. Farbbildverarbeitung	368
11.1 Farbidentifikation	369
11.1.1 Auswertestrategie	370
11.1.2 Beleuchtung und Bildaufnahme	371
11.1.3 Farbklassifizierung	373
11.1.4 Auswahl des Kamerabildes für die Beschriftungserkennung	377
11.1.5 Erkennung der Beschriftung	381
11.2 Farbsegmentierung	383
11.2.1 Beleuchtung	384
11.2.2 Farbklassifikation	384
11.2.3 Segmentierung	388
11.2.4 Anwesenheitsprüfung	388
11.3 Zusammenfassung	389
12. Realisierung von Bildverarbeitungsapplikationen	391
12.1 Bildverarbeitungsprojekte	391
12.2 Prozessintegration	393
12.3 Ausblick	397
A. Mathematische Ergänzungen	398
A.1 Backpropagation-Training	398
A.1.1 Neuronale Netze – Begriff und Geschichte	398
A.1.2 Grundlagen	399
A.1.3 Backpropagation	400
A.2 Herleitung der Schärfentiefe	404
A.2.1 Grenzabstände	404
A.2.2 Schärfentiefe im Unendlichen	407
A.2.3 Abhängigkeit der Schärfentiefe von der Brennweite	409
B. Software-Download	410
C. Weblinks zur industriellen Bildverarbeitung	411
Literaturverzeichnis	412
Index	414

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