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INDUSTRIELLE AUTOMATION 3/2020

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INDUSTRIELLE AUTOMATION 3/2020

Zuverlässig erfassen

Zuverlässig erfassen Hexapoden simulieren Kamerabewegungen beim Test der Bildstabilisierungsfunktion Schnappschüsse ohne Bewegungsunschärfe fotografisch einfangen, Fahrbahnmarkierungen erkennen oder mögliche Gefahren für Personen identifizieren – das alles ist heute mithilfe moderner Kameras möglich. Doch wie werden die unterschiedlichen Kriterien für Bild- und Videoqualität zuverlässig gemessen und bewertet? Beim Test der Bildstabilisierungstechnologien werden beispielsweise Hexapoden eingesetzt, um Bewegungen zu simulieren, denen Kameras während der Aufnahmen ausgesetzt sind. Doris Knauer, Global Campaign Manager Industrial Automation, Marketing & Kommunikation, bei der Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG; Karlsruhe; Ellen-Christine Reiff, M.A., Redaktionsbüro Stutensee Endanwender, Hersteller von Smartphones und Kameras, Unternehmen aus den Bereichen Automotive, Luft- und Raumfahrt, aus der Sicherheitstechnik oder auch der Automatisierungstechnik – sie alle stellen hohe Anforderungen an die Qualität der Bild- und Videoaufnahmen. Aus diesem Grund werden Kameras in umfangreichen Tests nach bestimmten Bildmerkmalen bewertet. Zu diesen Merkmalen zählen z. B. Auflösung, Kontrast, Farbe, Textur, Zoom, Autofokus, Belichtung und Bildstabilisierung. Für jedes dieser Merkmale werden tausende von Aufnahmen gemacht und ausgewertet, um statistisch signifikante Ergebnisse zu erhalten. Damit die Bildqualität vergleichbar ist, müssen Kameras und Kamerakomponenten immer unter den gleichen Bedingungen und nach den gleichen Methoden getestet werden. Komplette Laborlösungen für die Analyse Das Unternehmen Dxomark bietet komplette Laborlösungen für die Analyse, den Vergleich und die Optimierung der Bildqua - lität. Die Analyzer-Systeme bestehen aus Hardware, Software und umfangreichen Testroutinen gebündelt in mehreren Modulen, die wiederholbare und bediener-unabhängige Ergebnisse ermöglichen. Je nach Aufgabenstellung bzw. den zu prüfenden Bildqualitätsmerkmalen können unterschiedliche Module ausgewählt und kombiniert werden. Eine Besonderheit des Analyzers ist z. B. die visuelle Rauschmessung. Sie liefert eine Bildrauschmetrik, die direkt mit der visuellen Wahrnehmung korreliert. Die Videoanalyse umfasst Belichtung, Weißabgleich, Schärfe und Textur bei wechselnder Beleuchtung; für benutzerdefinierte Testanforderungen lassen sich auch automatisierte Beleuchtungsszenarien programmieren. Die neueste Version des Analyzer-Systems ist zudem mit einem Selfie-Modul ausgestattet, um genaue und wiederholbare Frontkameratests zu ermöglichen. Die Messverfahren, die dabei der Dxomark-Bewertung zu Grunde liegen, wurden gemeinsam mit mehreren Unternehmen der Imaging-Industrie entwickelt, die in internationalen Normungsarbeitsgruppen wie IEEE/CPIQ und ISO TC42- WG18 zusammenarbeiten. Test beurteilt Bildstabilisierungssysteme Beim Test der Bildstabilisierung wird beurteilt, wie gut die in Kameras eingebauten optischen und elektronischen Bildstabilisierungssysteme funktionieren. Denn diese sollen Bewegungen ausgleichen und damit Verwacklungsunschärfe vermeiden. Um eine stabile Bilderfassung sicherzustellen, messen Sensoren die linearen und Winkelbeschleunigungen der Bewegung, also z. B. in Kameras die Zitterbewegungen des Fotografen oder die Vibrationen eines Fahr- oder Flugzeugs, damit das Bildstabilisierungssystem diese automatisch ausgleichen kann. Die Wirksamkeit von Bildstabilisierungssystemen – ob optisch oder elektronisch – folgt dabei dem CIPA-Protokoll. Die CIPA (Camera and Imaging Product Association) ist ein Zusammenschluss japanischer Kamera- 52 INDUSTRIELLE AUTOMATION 03/2020 www.industrielle-automation.net

01 Der Analyzer: Leistungsfähige Lösung zur Messung von Stand- und Videobildqualität, die sich für unterschiedliche Branchen eignet 02 Der Hexapod mit magnetischen Direktantrieben bietet Simulationsfrequenzen bis 30 Hz und fährt u. a. frei definierbare Bahnen mit hoher Bahntreue ab hersteller, der Standards für die Testbedingungen bei der Bewegungssimulation definiert hat. Bewegungssimulation mit hoher Wiederholgenauigkeit Wichtig bei allen Testverfahren rund um die Bildstabilisierung ist die Reproduzierbarkeit des Kammerzitterns bzw. der Vibrationen bei Fahr- oder Flugzeugen. „Wir müssen sicherstellen, dass bei jedem Test die simulierten Frequenzen und Bewegungen zum Beispiel um die Rotationsachsen θX, θY, θZ, Pitch, Yaw, Roll, gleich sind“, betont Nicolas Touchard, Vizepräsident Marketing bei Dxomark. „In der aktuellen Version des Analyzer-Systems setzen wir jetzt Hexapoden ein, die bei Frequenzen bis 30 Hertz exakt reproduzierbare Bewegungsabläufe ermöglichen, was die Anzahl der potentiellen Bildstabilisierungs-Testszenarien erweitert.“ Beim Test von Kameras und Smartphones z. B. seien Frequenzen bis ca. 12 Hz typisch, während die Bildstabilisierung bei Fahrerassistenzsystemen oft höhere Frequenzen ausgleichen muss. Hexapoden sind aufgrund ihres parallelkinematischen Aufbaus gleich aus mehreren Gründen für die präzise Simulation der Bewegungen oder Vibrationen geradezu prädestiniert. Die Vorteile gegenüber seriellen, also gestapelten Systemen, sind vor allem die bessere Bahntreue und Wiederholgenauigkeit. Darüber hinaus ist die bewegte Masse geringer und ermöglicht dadurch eine verbesserte Dynamik, die für alle Bewegungsachsen gleich ist. Passende Spezifikationen und kompetente Unterstützung Die in der neuen Analyzer-Version eingesetzten Hexapoden stammen von der Karlsruher Firma Physik Instrumente (PI). Der Hexapod vom Typ H-840 z. B. ist für die Prüfung von Bildstabilisierungssystemen ausgelegt und gemäß dem Standard DC-011-2015 von der CIPA zertifiziert. Dieser Standard definiert Rotationsachsen sowie die Testfrequenzen und Schwingungsamplituden, die für die Zertifizierung nötig sind. Seit Mitte 2019 ist ein weiterer Hexapod im Analyzer im Einsatz. Der H-860 ist auf die Belange der Prüfung von Bildstabilisierungssystemen ausgelegt, bietet Simulationsfrequenzen bis zu 30 Hz und fährt vordefinierte Trajektorien, Sinuskurven und frei definierbare Bahnen mit hoher Bahntreue ab. Aufgrund reibungsfreier Voice- Coil-Antriebe und der Leichtbauweise aus hochsteifen Carbon-Frästeilen mit geringen bewegten Massen lassen sich schnelle und präzise Bewegungen und hohe Beschleunigungen realisieren. Für die Tests wird der jeweilige Hexapod auf einer Grundplatte befestigt. Auf der Grundplatte wiederum sind die Halterungen für die Prüflinge montiert. Diese sorgen dafür, dass das zu prüfende Gerät beim Schütteln fest mit dem Hexapod verbunden ist. „Wir haben uns aber nicht nur für diese Hexapoden entschieden, weil sie genau die richtigen Spezifikationen für die Simulation von Erschütterungen haben, sondern auch, weil wir vom Hersteller PI kompetente Unterstützung für unser Projekt bekommen wie bei der Anpassung der Softwaretreiber“, ergänzt Touchard. Digitalcontroller ermöglicht einfache Ansteuerung Die Ansteuerung der Hexapoden übernimmt der leistungsfähige Digitalcontroller vom Typ C-887, der dank einer bedienerfreundlichen Software eine einfache Kommandierung ermöglicht. Die Positionen werden in kartesischen Koordinaten vorgegeben, alle Transformationen auf die sechs Einzelantriebe finden im Controller statt. Eine Eigenschaft der Hexapoden ist der frei definierbare Rotations- oder Pivotpunkt. Damit kann die Bewegung der Hexapod-Plattform gezielt auf die Lage der Bildstabilisierungskomponente in der Kamera abgestimmt werden, sodass beispielsweise der Bildsensor in der Mitte aller sechs Freiheitsgrade liegt. Beim Test von Bildstabilisierungssys temen haben sich die Hexapoden mittlerweile bewährt. Die sechsachsigen Parallelkinematiken können aber auch in anderen Anwendungen, bei denen es um Bewegungssimulation geht, überzeugen, zum Beispiel beim Test mehrdimensionaler Positionssensoren sowie der Kalibrierung von Kreiselkompassen nach ISO 22090-1 für Schifffahrt und Meerestechnik. Bilder: Aufmacher Physik Instrumente, sonstige DXOMARK; Physik Instrumente www.physikinstrumente.de www.industrielle-automation.net INDUSTRIELLE AUTOMATION 03/2020 53

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