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Shape from Shading

"Shape from Shading" ist eine innovative Methode in der Bildverarbeitung, die die Form von Objekten anhand der Schattierung in einem Bild rekonstruiert. Diese Technik bietet zahlreiche Vorteile und ist besonders effektiv bei der Inspektion und Analyse von Oberflächen.

Das Verfahren eignet sich besonders für die Qualitätskontrolle, da selbst kleine Abweichungen und Fehler auf Oberflächen erkannt werden, die mit bloßem Auge schwer zu erkennen wären. Mit dem Finger fühlbare Kratzer, Abplatzungen, Kantenausbrüche oder deutliche Schlagstellen werden so einfach erkannt.

Funktionsweise von "Shape from Shading"

Das Bauteil wird dazu aus verschiedenen Richtungen beleuchtet und die dabei entstehenden Schattenbilder aufgenommen. In der Regel erfolgt die Aufnahme sequenziell. In der Regel kommen ein Beleuchtungscontroller sowie eine Viersegment-Beleuchtung zum Einsatz.

Ein spezieller Algorithmus verrechnet dann die vier Einzelbildaufnahmen zu einem Ergebnisbild. Dazu analysiert die Bildverarbeitungssoftware Schatten und Reflexionen, um die Neigung und Krümmung der Oberfläche zu berechnen. Bei den meisten Flächenkamera-basierten Systemen sollte das Objekt während den Aufnahmen nicht in Bewegung sein.

Vorteile "Shape from Shading"

1. Effiziente Erkennung bei glänzenden Objekten

Einer der Hauptvorteile der "Shape from Shading"-Technik ist ihre Fähigkeit, glänzende Objekte genau zu erkennen und zu analysieren. Die Methode nutzt Reflexionen und Schatten, um detaillierte Informationen über die Objektoberfläche zu erhalten.

2. Sichtbarkeit feinster Kratzer

Die "Shape from Shading" Methode macht selbst die feinsten Kratzer auf der Oberfläche eines Objekts sichtbar. Durch die genaue Analyse der Schattierungen können kleinste Oberflächenfehler identifiziert und dokumentiert werden.

3. Grautonunabhängige Algorithmen

Dank grauwertunabhängiger Algorithmen funktioniert "Shape from Shading" gleichermaßen gut bei hellen und dunklen Objekten. Diese Flexibilität macht die Methode ideal für den Einsatz in verschiedenen Umgebungen und bei unterschiedlichen Materialtypen.

4. Kosteneffiziente Komponenten

Ein weiterer Vorteil ist die Verwendung kosteneffizienter Komponenten. Die Methode erfordert lediglich eine 4-Segment-Beleuchtung und einen 4-Kanal-Strobe-Controller, wodurch teure Spezialausrüstungen für Kameratechnologie überflüssig werden.

Mögliche Nachteile

1. Keine echten 3D-Informationen

Ein bedeutendes Gegenargument ist, dass die Methode keine echten 3D-Informationen liefert. Stattdessen werden lediglich Informationen über die Stärke der Oberflächenkrümmung und -verformung bereitgestellt.

2. Inspektion im Stillstand

Die "Shape from Shading" Methode erfordert meistens, dass das Inspektionsobjekt im Stillstand bleibt. Dies kann die Inspektion von bewegten Objekten oder in dynamischen Produktionslinien erschweren.

3. Höhere Aufnahmezeit pro Inspektion

Pro Inspektion werden vier Bilder benötigt, was mehr Aufnahmezeit erfordert. Diese zusätzliche Zeit kann die Effizienz in zeitkritischen Anwendungen beeinträchtigen.

4. Rechenzeit bei hohen Auflösungen

Bei höheren Auflösungen kann der Algorithmus zeitaufwendig sein und mehrere hundert Millisekunden in Anspruch nehmen. Dies kann die Gesamtverarbeitungszeit erhöhen und die Echtzeitfähigkeit einschränken.

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