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E-Book

Industrielle Bildverarbeitung

Wie optische Qualitätskontrolle wirklich funktioniert

AutorAxel Springhoff, Bernd Streicher-Abel, Christian Demant
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2011
Seitenanzahl412 Seiten
ISBN9783642130977
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis62,99 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
Vorwort4
Geleitwort7
Inhaltsverzeichnis9
1. Einleitung16
1.1 Warum noch ein Buch über Bildverarbeitung?16
1.2 Möglichkeiten und Grenzen18
1.3 Typen von Sichtprüfaufgaben20
1.3.1 Einteilung nach dem Prüfziel20
1.4 Aufbau von Bildverarbeitungssystemen21
1.4.1 Hardwareaufbau22
1.4.2 Signalfluss in der Prozessumgebung25
1.4.3 Signalfluss innerhalb des Bildverarbeitungssystems28
1.5 Vorgehensmodell30
1.6 Einführungsbeispiel32
1.6.1 Schrifterkennung33
1.6.2 Gewindetiefe36
1.6.3 Anwesenheitskontrolle38
1.7 Weiteres Vorgehen40
2. Querschnitt: Bildvorverarbeitung43
2.1 Grauwerttransformation44
2.1.1 Look-Up-Tabellen44
2.1.2 Lineare Grauwertskalierung47
2.1.3 Kontrastnormierung47
2.1.4 Histogramm-Ebnung48
2.1.5 Lokale Kontrastnormierung50
2.2 Bildarithmetik52
2.2.1 Bildaddition und Bildmittelung53
2.2.2 Bildsubtraktion53
2.2.3 Minimum und Maximum zweier Bilder56
2.2.4 Shading-Korrektur56
2.3 Lineare Filter58
2.3.1 Lokale Operationen und Bildumgebungen59
2.3.2 Prinzip linearer Filter59
2.3.3 Glättungsfilter62
2.3.4 Kantenfilter68
2.4 Medianfilter74
2.5 Morphologische Filter76
2.6 Andere nichtlineare Filter78
2.7 Koordinatentransformationen80
2.8 Integraltransformationen83
2.9 Zusammenfassung83
3. Lageerkennung86
3.1 Position eines Einzelobjekts86
3.1.1 Positionierung anhand des Gesamtobjekts87
3.1.2 Positionierung anhand einer Kante89
3.2 Ausrichtung eines einzelnen Objekts93
3.2.1 Orientierungsberechnung anhand der Hauptachse93
3.2.2 Polarabstandsprojektion96
3.3 Roboterpositionierung98
3.3.1 Aufgabenstellung99
3.3.2 Bildverarbeitungskomponenten100
3.3.3 Positionsermittlung an einem Objekt101
3.3.4 Orientierung einer Objektgruppe102
3.3.5 Bemerkungen zur Positionskorrektur103
3.4 Zusammenfassung105
4. Querschnitt: Segmentierung107
4.1 Arbeitsbereiche107
4.1.1 Arbeitsbereiche und Objekte Anwendungen ohne Segmentierung:107
4.2 Binärsegmentierung108
4.2.1 Schwellwerte109
4.2.2 Schwellwertbestimmung aus Histogrammanalysen110
4.2.3 Grauwerthistogramme111
4.2.4 Verallgemeinerung der Binarisierung Bereichsbinarisierung:114
4.3 Konturverfolgung116
4.3.1 Punktnachbarschaft117
4.3.2 Erzeugung von Objektkonturen119
4.3.3 Konturdarstellung120
4.4 Template Matching120
4.4.1 Funktionsprinzip121
4.4.2 Optimierungsmöglichkeiten125
4.4.3 Bemerkungen zum Template Matching129
4.4.4 Kantenbasierte Objektlokalisierung130
4.5 Kantendetektion133
4.5.1 Kantenantastung in industriellen Bildszenen133
4.5.2 Subpixelgenaue Kantenlokalisierung134
4.6 Zusammenfassung136
5. Kennzeichnungsidentifikation139
5.1 Barcode-Identifikation139
5.1.1 Prinzip der Barcodeerkennung auf Grauwertbasis140
5.1.2 Barcodetypen141
5.1.3 Beispiele für industrielle Barcode-Identifikation Barcode auf Metall:143
5.1.4 Zweidimensionale Codes145
5.2 Klarschrifterkennung148
5.2.1 Lasergravierte Schrift auf einem IC148
5.2.2 Basiskonfiguration der IC-Schrifterkennung150
5.2.3 Prinzipieller Aufbau einer Klassifikationsanwendung153
5.2.4 Positionskorrektur am IC159
5.2.5 Verbesserung der Zeichenqualität164
5.2.6 Optimierung im Betrieb165
5.3 Erkennung genagelter Schrift auf Metall167
5.3.1 Beleuchtung167
5.3.2 Vorverarbeitung168
5.3.3 Segmentierung und Klassifikation169
5.4 Blockcodierungen auf Filmrollen171
5.5 Druckqualitätskontrolle174
5.5.1 Vorgehensweise175
5.5.2 Druckqualitätskontrolle in Einzelbereichen177
5.5.3 Druckqualitätskontrolle mit automatischer Teilung178
5.6 Zusammenfassung179
6. Querschnitt: Klassifikation182
6.1 Was ist Klassifikation182
6.2 Klassifikation als Funktionsapproximation184
6.2.1 Grundbegriffe185
6.2.2 Statistische Grundlagen187
6.2.3 Konstruktion von Klassifikatoren188
6.3 Multireferenzenklassifikatoren190
6.3.1 Nächster-Nachbar-Klassifikator190
6.3.2 RCE-Netze192
6.3.3 Vektorquantisierung193
6.3.4 Template Matching194
6.3.5 Bemerkungen zu Multireferenzenklassifikatoren194
6.4 Funktionalklassifikatoren195
6.4.1 Polynomklassifikator195
6.4.2 Neuronale Netze vom Typ Multilayer-Perzeptron196
6.5 Bemerkungen zum Einsatz neuronaler Netze200
6.5.1 Zusammensetzung der Lernstichprobe200
6.5.2 Merkmalsskalierung200
6.5.3 Rückweisung201
6.5.4 Abgrenzung zu anderen Klassifikatoren202
6.6 Zusammenfassung203
7. Vermessung206
7.1 Vermessungsaufgaben207
7.2 Einfache Vermessung207
7.2.1 Schwerpunktsabstände209
7.2.2 Konturabstände212
7.2.3 Winkelmessungen216
7.3 Formkontrolle an Elektronikstanzteilen218
7.3.1 Prüfaufgabe218
7.3.2 Berechnung von Ausgleichsgeraden219
7.3.3 Messung des Konturwinkels221
7.4 Winkelmessung an einem Zahnriemen223
7.4.1 Beleuchtungsaufbau223
7.4.2 Kantenerzeugung225
7.5 Formkontrolle an Spritzgussteil226
7.5.1 Bestimmung von Radien227
7.5.2 Bemerkungen zur Ausgleichskreisberechnung230
7.6 Hochgenaue Vermessung eines Gewindeflansches230
7.6.1 Beleuchtung und Bildaufnahme231
7.6.2 Subpixelgenaue Vermessung der Gewindetiefe232
7.7 Kalibrierung234
7.7.1 Kalibriermodus234
7.7.2 Prüfungsbezogene Kalibrierungen235
7.8 Zusammenfassung236
8. Querschnitt: Bildaufnahme und Beleuchtung238
8.1 Halbleitersensoren für die Bildverarbeitung238
8.1.1 Einführung239
8.1.2 CCD-Sensoren241
8.1.3 CMOS-Sensoren244
8.1.4 Sonderbauformen246
8.1.5 Farbsensoren247
8.1.6 Eigenschaften von Sensoren Pixelgröße:249
8.2 Digitalkameras253
8.2.1 Steuerung der Bildaufnahme254
8.2.2 Aufnahme von Farbbildern256
8.2.3 Kennwerte von Digitalkameras258
8.2.4 Einsatzbedingungen in Industrieumgebungen Temperatur:260
8.3 Bilddatenübertragung261
8.3.1 CameraLink262
8.3.2 FireWire264
8.3.3 USB266
8.3.4 Gigabit-Ethernet267
8.4 Zeilenkameras270
8.4.1 Typen von Zeilenkamera-Anwendungen270
8.4.2 Ortsauflösung bei Zeilenkameras272
8.4.3 Belichtung bei Zeilenkameras273
8.4.4 Steuerung von Zeilenkameras274
8.5 Optische Grundlagen275
8.5.1 Blendenzahl276
8.5.2 Abbildungsgesetze277
8.5.3 Schärfentiefe283
8.5.4 Typische Aufnahmesituationen287
8.5.5 Abbildungsfehler289
8.5.6 Objektivbestimmung290
8.5.7 Besondere Objektivtypen293
8.6 Beleuchtungstechnik294
8.6.1 Leuchtmittel294
8.6.2 Auflicht297
8.6.3 Durchlicht300
8.7 Zusammenfassung303
9. Anwesenheitskontrolle308
9.1 Anwesenheitskontrolle mit Schwenk-NeigekopfZoomkameras309
9.1.1 Prüfteilgeometrie309
9.1.2 Beleuchtung311
9.1.3 Positionierung311
9.1.4 Objektdetektion312
9.1.5 Verifikation des Ergebnisses313
9.2 Einfache Vermessung zur Montagekontrolle315
9.2.1 Beleuchtung315
9.2.2 Prüfkriterien317
9.2.3 Objekterzeugung und Maßberechnung319
9.2.4 Positionskorrektur320
9.3 Anwesenheitskontrolle mithilfe von Klassifikatoren322
9.3.1 Beleuchtung323
9.3.2 Kontrolle der Verstemmung Vorverarbeitung.325
9.3.3 Typkontrolle des Flansches331
9.4 Kontrastlose Anwesenheitskontrolle335
9.5 Anwesenheitskontrolle mit Zeilenkameras337
9.5.1 Prüfung zylindrischer Teile mit Flächenkameras338
9.5.2 Prüfung eines Ventilkörpers341
9.5.3 Bemerkungen347
9.6 Zusammenfassung349
10. Querschnitt: Objektmerkmale350
10.1 Einfache geometrische Merkmale350
10.1.1 Umschreibendes Rechteck350
10.1.2 Fläche und Umfang351
10.1.3 Schwerpunktskoordinaten355
10.1.4 Achsen und Radien Hauptträgheitsachse:356
10.2 Formbeschreibende Merkmale358
10.2.1 Konturkrümmung358
10.2.2 Fasermerkmale361
10.2.3 Euler-Zahl362
10.2.4 Momente und Fourierdeskriptoren Momente:362
Fourierdeskriptoren:363
10.3 Grauwertmerkmale363
10.3.1 Statistik erster Ordnung363
10.3.2 Texturmerkmale364
10.4 Zusammenfassung365
11. Farbbildverarbeitung368
11.1 Farbidentifikation369
11.1.1 Auswertestrategie370
11.1.2 Beleuchtung und Bildaufnahme371
11.1.3 Farbklassifizierung373
11.1.4 Auswahl des Kamerabildes für die Beschriftungserkennung377
11.1.5 Erkennung der Beschriftung381
11.2 Farbsegmentierung383
11.2.1 Beleuchtung384
11.2.2 Farbklassifikation384
11.2.3 Segmentierung388
11.2.4 Anwesenheitsprüfung388
11.3 Zusammenfassung389
12. Realisierung von Bildverarbeitungsapplikationen391
12.1 Bildverarbeitungsprojekte391
12.2 Prozessintegration393
12.3 Ausblick397
A. Mathematische Ergänzungen398
A.1 Backpropagation-Training398
A.1.1 Neuronale Netze – Begriff und Geschichte398
A.1.2 Grundlagen399
A.1.3 Backpropagation400
A.2 Herleitung der Schärfentiefe404
A.2.1 Grenzabstände404
A.2.2 Schärfentiefe im Unendlichen407
A.2.3 Abhängigkeit der Schärfentiefe von der Brennweite409
B. Software-Download410
C. Weblinks zur industriellen Bildverarbeitung411
Literaturverzeichnis412
Index414

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