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Industrielle Automation 1/2016

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Industrielle Automation 1/2016

Die Qual der Wahl Wie

Die Qual der Wahl Wie Sie die richtige Kamera für Ihr Bildverarbeitungssystem finden Michaela Beck Welche Kamera ist die passende für mein Bildverarbeitungssystem? Diese Frage scheint oftmals nicht leicht zu beantworten zu sein, bedenkt man, dass der Markt eine schier unendliche Palette an Kameramodellen zur Verfügung stellt. Wir zeigen Ihnen, welche Faktoren entscheidend sind, um die optimale Lösung für Ihr System zu finden. Bei der Suche nach der idealen Kamera für ein Bildverarbeitungssystem sollte man am besten Schritt für Schritt vorgehen. Ausschlaggebend sind hierbei zwei Fragen, die Sie sich zunächst stellen sollten: Was möchte ich mit der Kamera sehen und welche Eigenschaften braucht die Kamera, um mir genau das zu zeigen? Die Antworten auf diese beiden Fragen geben bereits eine grobe Richtung vor, die Ihnen beim weiteren Vorgehen hilft. Michaela Beck ist Technische Redakteurin bei der Basler AG in Ahrensburg ? ? Kameratyp und -Technologie Bildverarbeitungssysteme arbeiten entweder mit Industrie- beziehungsweise Machine Vision- Kameras oder mit IP- bzw. Netzwerkkameras. Einer der Hauptunterschiede liegt in der Art und Weise, wie die Bilddaten übertragen werden. Industriekameras schicken die Aufnahmen als unkomprimierte Roh daten direkt an einen PC, der diese hohen Datenvolumina verarbeitet. Der Vorteil dabei: Es gehen keinerlei Bilddaten verloren. IP-Kameras hingegen komprimieren die Aufnahmen. Dadurch reduzieren sich die Datenmengen soweit, dass sie in der Kamera gespeichert werden können. Schließt man die IP-Kamera an ein Netzwerk an, können theoretisch unbegrenzt viele Nutzer auf die Daten zugreifen. Man findet sie in klas sischen Überwachungsaufgaben wie in Banken, Kasinos, öffentlichen Gebäuden, in großen Logistikzentren oder in der Prozesssteuerung bei Versandstraßen oder Packsystemen. Diese Kameras kommen oft auch in Außenbereichen zum Einsatz und sind durch robuste Gehäuse vor Witterungseinflüssen geschützt. Sie verfügen meist über spezielle Funktionen, zum Beispiel Infrarot-Filter oder Tag/Nacht-Modus, die für sehr gute Bildqualität auch unter widrigen Licht- und Wetterbedingungen sorgen. Welche Industriekamera-„Technologie“ die richtige für Sie ist, hängt von Ihrer Anwendung ab. Flächenkameras finden sich in typischen Industrieanwendungen, in Medizin und Biowissenschaften oder im ? Verkehrs- und Transportwesen. Außerdem kommen sie in Sicherheits- und Überwachungsanwendungen zum Einsatz, oft in Kombination mit IP-Kameras. Zeilenkameras dienen zur Prüfung von Objekten, die auf Förderbändern mit teils sehr hoher Geschwindigkeit laufen. Typische Branchen sind Druck, Sortierung und Verpackung oder alle Arten von Oberflächeninspektion. Farbe und Sensortyp Müssen Sie die Aufnahmen farbig sehen, um sie analysieren zu können? Ist Farbe nicht zwingend notwendig, empfiehlt sich eine Monochrom (S/W)-Kamera. Sie ist empfindlicher und liefert dadurch detailreichere Aufnahmen. Manchmal kann eine Kombination aus Farb- und Monochrom- Kameras sinnvoll sein. So arbeiten zum Beispiel viele Verkehrsanwendungen mit beiden, damit die Aufnahmen je nach nationaler Gesetzeslage juristisch einwandfrei und belastbar sind. Bei den Sensortypen differenziert man zwischen CCD- und CMOS-Technologie. Der Unterschied zwischen beiden liegt in ihrer Architektur und damit in der Art, wie sie Bilddaten transportieren und verarbeiten. Bis vor kurzem gab es recht klar definierte Einsatzzwecke für jede der beiden Technologien. In jüngster Vergangenheit haben CMOS-Sensoren jedoch einen großen Fortschritt durchlaufen, sodass sie heute für beinahe alle Anwendungen eine gute Wahl sind. Häufig übertreffen sie CCD-Sensoren in ihrer traditionellen Stärke – der sehr hohen Bildqualität. CMOS-Sensoren der neuesten Generation vereinen hohe Bildraten und Auflösung, niedrigen Stromverbrauch sowie hohe Quanteneffizienz – und all das zu einem günstigeren Preis-Leistungs-Verhältnis als CCD-Sensoren. ? ? Verschlusstechnik und Bildrate Der Verschluss (engl. Shutter) schützt den Sensor vor Licht. Mithilfe der Belichtungszeit „dosiert“ man die Lichtmenge, die auf die Bildzeilen fällt und sie belichtet. Ein Global Shutter arbeitet dabei anders als ein Rolling Shutter – der Unterschied im Ergebnis wird besonders bei bewegten Objekten deutlich. Durch die gestaffelte Belichtung des Rolling Shutter entsteht durch das ebenfalls gestaffelte Zusammensetzen der belichteten Zeilen eine Verzerrung, wenn sich das Objekt im Zeitraum zwischen der Belichtung der ersten bis zur letzten Zeile

fortbewegt hat. Dieser Rolling Shutter- Effekt kann die Verwertbarkeit von Aufnahmen, z. B. im Straßenverkehr, beeinträchtigen. In begrenztem Rahmen lässt sich mithilfe angepasster Belichtungszeiten und Blitzlicht gegensteuern. Gleichzeitig bietet der Markt eine immer größere Auswahl an vergleichsweise günstigen Global Shutter- Sensoren, wie bei den modernen CMOS- Sensoren der Fall. Die Angabe der Bildrate bzw. Zeilenrate bezieht sich auf die Anzahl der Aufnahmen, die ein Sensor pro Sekunde aufnehmen und verarbeiten kann. Je höher diese Bildrate ist, desto schneller arbeitet der Sensor, das heißt desto mehr Bilder kann er pro Sekunde aufnehmen. Gleichzeitig erhöht sich dadurch auch das Datenvolumen. Welche Bildrate möglich oder notwendig ist, hängt davon ab, was genau die Kameras in Ihrem System abbilden müssen. In der Druckindustrie müssen die Kameras Bilder innerhalb von Millisekunden aufnehmen, in der industriellen oder medizinischen Mikroskopie hingegen reichen meist niedrige Bildraten. Auflösung und Schnittstelle Bevor Sie sich von einer hohen Megapixel- Zahl im Datenblatt eines Kameramodells beeindrucken lassen, bestimmen Sie erst, welche Auflösung Sie für Ihre Anwendung tatsächlich benötigen. Das lässt sich feststellen, indem Sie die Größe des aufzunehmenden Objekts durch die Größe des zu prüfenden Details teilen. Beispiel: Möchten Sie eine präzise Detailaufnahme der Augenfarbe einer etwa 2 m großen Person in einer bestimmten Entfernung machen, teilen Sie die Körpergröße durch das Augendetail: 01 Die Flächen-, Zeilen- und Netzwerkkameras eignen sich für vielfältige Anwendungen der industriellen Bildverarbeitung sind moderne, in heutigen Bildverarbeitungssystemen weithin gebräuchliche Technologiestandards. Sie stellen sicher, dass die Kameraschnittstelle mit standardkonformem Zubehör kompatibel ist und alle Komponenten innerhalb des Systems störungsfrei zusammenarbeiten. Auch Fire Wire und USB 2.0 sind nach wie vor in bestehenden Systemen verbreitet, jedoch für Neuinstallationen in modernen BV-Systemen nicht mehr uneingeschränkt empfehlenswert. Jede dieser Schnittstellen-Technologien erfüllt spezifische Anforderungen hinsichtlich Bandbreite, Kabellängen oder der Konfiguration von Multikamera-Setups. Kamera-Wahl ohne Qual Auch wenn die Wahl einer passenden Kamera auf den ersten Blick einem Dickicht von Optionen mit einer unüberschaubaren Vielfalt von Kameramodellen gleichen mag, so einfach leiten sich schlussendlich aus den Antworten auf die Kernfragen die Ergebnisse ab, die Sie zum Ziel bringen: die optimale Kamera für Ihr Bildverarbeitungssystem auszuwählen. Fotos: Aufmacher Fotolia, Sonstige Basler www.baslerweb.com Um dieses 1 mm große Detail präzise abzubilden, benötigen Sie also eine Auflösung von mindestens 4 MP. Generell ist die Annahme, dass eine sehr hohe MP-Zahl gleichbedeutend sei mit besserer Bildqualität, nur die halbe Wahrheit. Um eine hohe Auflösung auch wirklich im Bild darstellen zu können, brauchen Sie nicht nur die Kamera, sondern auch ein darauf abgestimmtes Objektiv, das diese Auflösung entsprechend umsetzen kann. Nur so können Sie das volle Potenzial einer Kamera tatsächlich ausschöpfen. GigE Vision, USB3 Vision und Camera Link 02 Vergleich der gängigen Schnittstellen-Technologien und ihrer individuellen Stärken INDUSTRIELLE AUTOMATION 1/2016 51

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