Demant / Streicher-Abel / Springhoff Industrielle Bildverarbeitung

Wie optische Qualitätskontrolle wirklich funktioniert
3., neu bearbeitete Auflage 2011
ISBN: 978-3-642-13097-7
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 412 Seiten

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.

Autoren/Hrsg.

Demant, Christian

Streicher-Abel, Bernd

Springhoff, Axel

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;4
2;Geleitwort;7
3;Inhaltsverzeichnis;9
4;1. Einleitung;16
4.1;1.1 Warum noch ein Buch über Bildverarbeitung?;16
4.2;1.2 Möglichkeiten und Grenzen;18
4.3;1.3 Typen von Sichtprüfaufgaben;20
4.3.1;1.3.1 Einteilung nach dem Prüfziel;20
4.4;1.4 Aufbau von Bildverarbeitungssystemen;21
4.4.1;1.4.1 Hardwareaufbau;22
4.4.2;1.4.2 Signalfluss in der Prozessumgebung;25
4.4.3;1.4.3 Signalfluss innerhalb des Bildverarbeitungssystems;28
4.5;1.5 Vorgehensmodell;30
4.6;1.6 Einführungsbeispiel;32
4.6.1;1.6.1 Schrifterkennung;33
4.6.2;1.6.2 Gewindetiefe;36
4.6.3;1.6.3 Anwesenheitskontrolle;38
4.7;1.7 Weiteres Vorgehen;40
5;2. Querschnitt: Bildvorverarbeitung;43
5.1;2.1 Grauwerttransformation;44
5.1.1;2.1.1 Look-Up-Tabellen;44
5.1.2;2.1.2 Lineare Grauwertskalierung;47
5.1.3;2.1.3 Kontrastnormierung;47
5.1.4;2.1.4 Histogramm-Ebnung;48
5.1.5;2.1.5 Lokale Kontrastnormierung;50
5.2;2.2 Bildarithmetik;52
5.2.1;2.2.1 Bildaddition und Bildmittelung;53
5.2.2;2.2.2 Bildsubtraktion;53
5.2.3;2.2.3 Minimum und Maximum zweier Bilder;56
5.2.4;2.2.4 Shading-Korrektur;56
5.3;2.3 Lineare Filter;58
5.3.1;2.3.1 Lokale Operationen und Bildumgebungen;59
5.3.2;2.3.2 Prinzip linearer Filter;59
5.3.3;2.3.3 Glättungsfilter;62
5.3.4;2.3.4 Kantenfilter;68
5.4;2.4 Medianfilter;74
5.5;2.5 Morphologische Filter;76
5.6;2.6 Andere nichtlineare Filter;78
5.7;2.7 Koordinatentransformationen;80
5.8;2.8 Integraltransformationen;83
5.9;2.9 Zusammenfassung;83
6;3. Lageerkennung;86
6.1;3.1 Position eines Einzelobjekts;86
6.1.1;3.1.1 Positionierung anhand des Gesamtobjekts;87
6.1.2;3.1.2 Positionierung anhand einer Kante;89
6.2;3.2 Ausrichtung eines einzelnen Objekts;93
6.2.1;3.2.1 Orientierungsberechnung anhand der Hauptachse;93
6.2.2;3.2.2 Polarabstandsprojektion;96
6.3;3.3 Roboterpositionierung;98
6.3.1;3.3.1 Aufgabenstellung;99
6.3.2;3.3.2 Bildverarbeitungskomponenten;100
6.3.3;3.3.3 Positionsermittlung an einem Objekt;101
6.3.4;3.3.4 Orientierung einer Objektgruppe;102
6.3.5;3.3.5 Bemerkungen zur Positionskorrektur;103
6.4;3.4 Zusammenfassung;105
7;4. Querschnitt: Segmentierung;107
7.1;4.1 Arbeitsbereiche;107
7.1.1;4.1.1 Arbeitsbereiche und Objekte Anwendungen ohne Segmentierung:;107
7.2;4.2 Binärsegmentierung;108
7.2.1;4.2.1 Schwellwerte;109
7.2.2;4.2.2 Schwellwertbestimmung aus Histogrammanalysen;110
7.2.3;4.2.3 Grauwerthistogramme;111
7.2.4;4.2.4 Verallgemeinerung der Binarisierung Bereichsbinarisierung:;114
7.3;4.3 Konturverfolgung;116
7.3.1;4.3.1 Punktnachbarschaft;117
7.3.2;4.3.2 Erzeugung von Objektkonturen;119
7.3.3;4.3.3 Konturdarstellung;120
7.4;4.4 Template Matching;120
7.4.1;4.4.1 Funktionsprinzip;121
7.4.2;4.4.2 Optimierungsmöglichkeiten;125
7.4.3;4.4.3 Bemerkungen zum Template Matching;129
7.4.4;4.4.4 Kantenbasierte Objektlokalisierung;130
7.5;4.5 Kantendetektion;133
7.5.1;4.5.1 Kantenantastung in industriellen Bildszenen;133
7.5.2;4.5.2 Subpixelgenaue Kantenlokalisierung;134
7.6;4.6 Zusammenfassung;136
8;5. Kennzeichnungsidentifikation;139
8.1;5.1 Barcode-Identifikation;139
8.1.1;5.1.1 Prinzip der Barcodeerkennung auf Grauwertbasis;140
8.1.2;5.1.2 Barcodetypen;141
8.1.3;5.1.3 Beispiele für industrielle Barcode-Identifikation Barcode auf Metall:;143
8.1.4;5.1.4 Zweidimensionale Codes;145
8.2;5.2 Klarschrifterkennung;148
8.2.1;5.2.1 Lasergravierte Schrift auf einem IC;148
8.2.2;5.2.2 Basiskonfiguration der IC-Schrifterkennung;150
8.2.3;5.2.3 Prinzipieller Aufbau einer Klassifikationsanwendung;153
8.2.4;5.2.4 Positionskorrektur am IC;159
8.2.5;5.2.5 Verbesserung der Zeichenqualität;164
8.2.6;5.2.6 Optimierung im Betrieb;165
8.3;5.3 Erkennung genagelter Schrift auf Metall;167
8.3.1;5.3.1 Beleuchtung;167
8.3.2;5.3.2 Vorverarbeitung;168
8.3.3;5.3.3 Segmentierung und Klassifikation;169
8.4;5.4 Blockcodierungen auf Filmrollen;171
8.5;5.5 Druckqualitätskontrolle;174
8.5.1;5.5.1 Vorgehensweise;175
8.5.2;5.5.2 Druckqualitätskontrolle in Einzelbereichen;177
8.5.3;5.5.3 Druckqualitätskontrolle mit automatischer Teilung;178
8.6;5.6 Zusammenfassung;179
9;6. Querschnitt: Klassifikation;182
9.1;6.1 Was ist Klassifikation;182
9.2;6.2 Klassifikation als Funktionsapproximation;184
9.2.1;6.2.1 Grundbegriffe;185
9.2.2;6.2.2 Statistische Grundlagen;187
9.2.3;6.2.3 Konstruktion von Klassifikatoren;188
9.3;6.3 Multireferenzenklassifikatoren;190
9.3.1;6.3.1 Nächster-Nachbar-Klassifikator;190
9.3.2;6.3.2 RCE-Netze;192
9.3.3;6.3.3 Vektorquantisierung;193
9.3.4;6.3.4 Template Matching;194
9.3.5;6.3.5 Bemerkungen zu Multireferenzenklassifikatoren;194
9.4;6.4 Funktionalklassifikatoren;195
9.4.1;6.4.1 Polynomklassifikator;195
9.4.2;6.4.2 Neuronale Netze vom Typ Multilayer-Perzeptron;196
9.5;6.5 Bemerkungen zum Einsatz neuronaler Netze;200
9.5.1;6.5.1 Zusammensetzung der Lernstichprobe;200
9.5.2;6.5.2 Merkmalsskalierung;200
9.5.3;6.5.3 Rückweisung;201
9.5.4;6.5.4 Abgrenzung zu anderen Klassifikatoren;202
9.6;6.6 Zusammenfassung;203
10;7. Vermessung;206
10.1;7.1 Vermessungsaufgaben;207
10.2;7.2 Einfache Vermessung;207
10.2.1;7.2.1 Schwerpunktsabstände;209
10.2.2;7.2.2 Konturabstände;212
10.2.3;7.2.3 Winkelmessungen;216
10.3;7.3 Formkontrolle an Elektronikstanzteilen;218
10.3.1;7.3.1 Prüfaufgabe;218
10.3.2;7.3.2 Berechnung von Ausgleichsgeraden;219
10.3.3;7.3.3 Messung des Konturwinkels;221
10.4;7.4 Winkelmessung an einem Zahnriemen;223
10.4.1;7.4.1 Beleuchtungsaufbau;223
10.4.2;7.4.2 Kantenerzeugung;225
10.5;7.5 Formkontrolle an Spritzgussteil;226
10.5.1;7.5.1 Bestimmung von Radien;227
10.5.2;7.5.2 Bemerkungen zur Ausgleichskreisberechnung;230
10.6;7.6 Hochgenaue Vermessung eines Gewindeflansches;230
10.6.1;7.6.1 Beleuchtung und Bildaufnahme;231
10.6.2;7.6.2 Subpixelgenaue Vermessung der Gewindetiefe;232
10.7;7.7 Kalibrierung;234
10.7.1;7.7.1 Kalibriermodus;234
10.7.2;7.7.2 Prüfungsbezogene Kalibrierungen;235
10.8;7.8 Zusammenfassung;236
11;8. Querschnitt: Bildaufnahme und Beleuchtung;238
11.1;8.1 Halbleitersensoren für die Bildverarbeitung;238
11.1.1;8.1.1 Einführung;239
11.1.2;8.1.2 CCD-Sensoren;241
11.1.3;8.1.3 CMOS-Sensoren;244
11.1.4;8.1.4 Sonderbauformen;246
11.1.5;8.1.5 Farbsensoren;247
11.1.6;8.1.6 Eigenschaften von Sensoren Pixelgröße:;249
11.2;8.2 Digitalkameras;253
11.2.1;8.2.1 Steuerung der Bildaufnahme;254
11.2.2;8.2.2 Aufnahme von Farbbildern;256
11.2.3;8.2.3 Kennwerte von Digitalkameras;258
11.2.4;8.2.4 Einsatzbedingungen in Industrieumgebungen Temperatur:;260
11.3;8.3 Bilddatenübertragung;261
11.3.1;8.3.1 CameraLink;262
11.3.2;8.3.2 FireWire;264
11.3.3;8.3.3 USB;266
11.3.4;8.3.4 Gigabit-Ethernet;267
11.4;8.4 Zeilenkameras;270
11.4.1;8.4.1 Typen von Zeilenkamera-Anwendungen;270
11.4.2;8.4.2 Ortsauflösung bei Zeilenkameras;272
11.4.3;8.4.3 Belichtung bei Zeilenkameras;273
11.4.4;8.4.4 Steuerung von Zeilenkameras;274
11.5;8.5 Optische Grundlagen;275
11.5.1;8.5.1 Blendenzahl;276
11.5.2;8.5.2 Abbildungsgesetze;277
11.5.3;8.5.3 Schärfentiefe;283
11.5.4;8.5.4 Typische Aufnahmesituationen;287
11.5.5;8.5.5 Abbildungsfehler;289
11.5.6;8.5.6 Objektivbestimmung;290
11.5.7;8.5.7 Besondere Objektivtypen;293
11.6;8.6 Beleuchtungstechnik;294
11.6.1;8.6.1 Leuchtmittel;294
11.6.2;8.6.2 Auflicht;297
11.6.3;8.6.3 Durchlicht;300
11.7;8.7 Zusammenfassung;303
12;9. Anwesenheitskontrolle;308
12.1;9.1 Anwesenheitskontrolle mit Schwenk-NeigekopfZoomkameras;309
12.1.1;9.1.1 Prüfteilgeometrie;309
12.1.2;9.1.2 Beleuchtung;311
12.1.3;9.1.3 Positionierung;311
12.1.4;9.1.4 Objektdetektion;312
12.1.5;9.1.5 Verifikation des Ergebnisses;313
12.2;9.2 Einfache Vermessung zur Montagekontrolle;315
12.2.1;9.2.1 Beleuchtung;315
12.2.2;9.2.2 Prüfkriterien;317
12.2.3;9.2.3 Objekterzeugung und Maßberechnung;319
12.2.4;9.2.4 Positionskorrektur;320
12.3;9.3 Anwesenheitskontrolle mithilfe von Klassifikatoren;322
12.3.1;9.3.1 Beleuchtung;323
12.3.2;9.3.2 Kontrolle der Verstemmung Vorverarbeitung.;325
12.3.3;9.3.3 Typkontrolle des Flansches;331
12.4;9.4 Kontrastlose Anwesenheitskontrolle;335
12.5;9.5 Anwesenheitskontrolle mit Zeilenkameras;337
12.5.1;9.5.1 Prüfung zylindrischer Teile mit Flächenkameras;338
12.5.2;9.5.2 Prüfung eines Ventilkörpers;341
12.5.3;9.5.3 Bemerkungen;347
12.6;9.6 Zusammenfassung;349
13;10. Querschnitt: Objektmerkmale;350
13.1;10.1 Einfache geometrische Merkmale;350
13.1.1;10.1.1 Umschreibendes Rechteck;350
13.1.2;10.1.2 Fläche und Umfang;351
13.1.3;10.1.3 Schwerpunktskoordinaten;355
13.1.4;10.1.4 Achsen und Radien Hauptträgheitsachse:;356
13.2;10.2 Formbeschreibende Merkmale;358
13.2.1;10.2.1 Konturkrümmung;358
13.2.2;10.2.2 Fasermerkmale;361
13.2.3;10.2.3 Euler-Zahl;362
13.2.4;10.2.4 Momente und Fourierdeskriptoren Momente:;362
13.2.5;Fourierdeskriptoren:;363
13.3;10.3 Grauwertmerkmale;363
13.3.1;10.3.1 Statistik erster Ordnung;363
13.3.2;10.3.2 Texturmerkmale;364
13.4;10.4 Zusammenfassung;365
14;11. Farbbildverarbeitung;368
14.1;11.1 Farbidentifikation;369
14.1.1;11.1.1 Auswertestrategie;370
14.1.2;11.1.2 Beleuchtung und Bildaufnahme;371
14.1.3;11.1.3 Farbklassifizierung;373
14.1.4;11.1.4 Auswahl des Kamerabildes für die Beschriftungserkennung;377
14.1.5;11.1.5 Erkennung der Beschriftung;381
14.2;11.2 Farbsegmentierung;383
14.2.1;11.2.1 Beleuchtung;384
14.2.2;11.2.2 Farbklassifikation;384
14.2.3;11.2.3 Segmentierung;388
14.2.4;11.2.4 Anwesenheitsprüfung;388
14.3;11.3 Zusammenfassung;389
15;12. Realisierung von Bildverarbeitungsapplikationen;391
15.1;12.1 Bildverarbeitungsprojekte;391
15.2;12.2 Prozessintegration;393
15.3;12.3 Ausblick;397
16;A. Mathematische Ergänzungen;398
16.1;A.1 Backpropagation-Training;398
16.1.1;A.1.1 Neuronale Netze – Begriff und Geschichte;398
16.1.2;A.1.2 Grundlagen;399
16.1.3;A.1.3 Backpropagation;400
16.2;A.2 Herleitung der Schärfentiefe;404
16.2.1;A.2.1 Grenzabstände;404
16.2.2;A.2.2 Schärfentiefe im Unendlichen;407
16.2.3;A.2.3 Abhängigkeit der Schärfentiefe von der Brennweite;409
17;B. Software-Download;410
18;C. Weblinks zur industriellen Bildverarbeitung;411
19;Literaturverzeichnis;412
20;Index;414