MultiChannel

MultiChannel ermöglicht es ein Objekt, z.B. Bahnware, mit mehreren Beleuchtungs-Setups in nur einem Durchlauf mit einer monochromen Zeilenkamera aufzunehmen. Durch zeitliches Multiplexen werden dabei die Beleuchtungen mit der Kamera-Belichtung synchronisiert. Insgesamt stehen acht Beleuchtungssignale zur Verfügung, die beliebig auf bis zu acht Bildkanäle verteilt werden können. Dabei ist jeder Bildkanal bis zur maximalen Geschwindigkeit der Kamera frei konfigurierbar. So kann jeder Kanal mit einer individuellen Belichtungszeit arbeiten. Im Gegensatz zu vielen anderen Anwendungen, bei denen der langsamste Takt die Zeilenfrequenz bestimmt, kann mit MultiChannel die Aufnahmegeschwindigkeit deutlich optimiert werden.

Die MultiChannel Technologie ist skalierbar und kann somit auf beliebige Inspektionsbreiten erweitert werden. Eine Framegrabber dient dabei als Master und steuert sowohl die Beleuchtungen als auch die Bildaufnahme aller weiteren Framegrabber (Slaves).

Der gemischte Bilddatenstrom der Kamera wird im Framegrabber ohne CPU-Belastung umsortiert, sodass im übertragenden Bild die einzelnen Kanäle nebeneinander platziert sind.
Beispiel: 3 Kanäle bei einer 8k Kamera erzeugen ein Bild von 24k Breite (3 x 8k).

Da jedes Pixel dem exakt gleichen Pixel in den anderen Kanälen entspricht, ist das Zusammenführen der Daten sehr einfach. Dies ist der große Vorteil gegenüber konventionellen Systemen, bei denen für jede Beleuchtung eine Kamera verwendet wird. Hier ist das Zusammenführen der Bilddaten aufgrund der fehlenden eindeutigen Referenz nahezu unmöglich.

MultiChannel ist entwickelt und etabliert für die CameraLink-Schnittstelle und kompatibel zu allen triggerbaren Beleuchtungen (TTL/HTL). CoaXPress als Kamera-Schnittstelle wird zeitnah folgen.

Anwendungen

Aufgrund der hohen Flexibilität (je acht Bildkanäle und Beleuchtungssignale) gibt es für MultiChannel unzählige Anwendungsbereiche. Im Folgenden sind einige übliche Techniken aufgelistet, die auch wiederum beliebig kombiniert werden können. Kontaktieren Sie uns gerne mit ihrer konkreten Anwendung, dann finden wir gemeinsam die für Sie optimale Beleuchtungskonstellation.

MultiAngle
Oft reicht eine Beleuchtungstechnik nicht aus, um verschiedene Fehlertypen kontraststark abzubilden. So benötigt man zum Beispiel bei der Glasinspektion für streuende Fehler (Kratzer, Blasen) eine Dunkelfeld-Anordnung, für Beschichtungsfehler den Blick in eine direkte Reflektion und für Materialeinschlüsse ein Durchlicht. Mit MultiChannel lassen sich diese Beleuchtungstechniken einfach kombinieren, ohne dass eine Beleuchtung von den anderen beeinflusst wird.

Anwendungsbereiche: Glas, Stahl, Folie

MultiSpectral
Für die Unterscheidung verschiedener Materialien können oftmals deren spektralen Eigenschaften betrachtet werden. Wenn die nötigen Unterschiede auf einige wenige Wellenlängen-Banden zu reduzieren sind, für die auch triggerbare LED-Beleuchtungen existieren, ist MultiChannel die optimale Aufnahme-Technologie. So können bis zu acht verschiedene Wellenlängen-Banden betrachtet werden, ganz egal ob im visuellen Bereich, UV oder SWIR. Wichtig ist nur, dass die verwendete Kamera empfindlich im betrachteten Spektrum ist.

Anwendungsbereiche: Material-Sortierung (Agrar, Kunststoff, Recycling, …), Halbleiter, UV/IR-Inspektion

PhotometricStereo
PhotometricStereo (auch bekannt als RadiometricStereo oder Shape From Shading) wird verwendet, um die Form eines Objekts (Oberflächennormal, Krümmung) von seiner Textur (Albedo) zu trennen. Es werden mindestens drei Bilder desselben Objekts benötigt, die mit unterschiedlichen und bekannten Beleuchtungsrichtungen aufgenommen wurden. In den meisten Anwendungen kommen vier Beleuchtungsrichtungen zum Einsatz. MultiChannel ermöglicht die Aufnahme dieser vier Bilder, auf die dann in der nachfolgenden Bildverarbeitung (z.B in Halcon, Cognex, CVB, Matrox, …) der PhotometricStereo Algorithmus angewendet und damit Krümmung, Textur und X/Y-Neigung berechnet werden kann.

Da der Algorithmus sehr rechenintensiv ist, können bei schnellen Anwendungen und/oder der Inspektion von Endlosmaterialen oftmals die ankommenden Datenmengen nicht ausreichend schnell von der CPU verarbeitet werden. Für diesen Fall bietet MSTVision die Möglichkeit, mit der optionalen PhotometricStereo Erweiterung zu MultiChannel die Berechnung von Krümmung, Textur und X/Y-Neigung direkt im FPGA durchzuführen. So ist auch eine kontinuierliche Bahninspektion mit vielen Zeilenkameras bei hoher Bandbreite und geringer CPU-Belastung möglich.

Anwendungsbereiche: Stahl, Batterie, Verpackungen, strukturierte Dekorfolien

MultiDelay
Die völlig flexible Zeitverhalten eröffnen neue Anwendungsmöglichkeiten für Zeilenkamera-Anwendungen. Zum Beispiel kann eine Wärmefluss-Thermografie realisiert werden, bei der zunächst ein Impuls an eine IR-Quelle gesendet wird und im Folgenden mit mehreren Belichtungen das Objekt untersucht wird.

Anwendungsbereiche: Delaminationsfehler, Schichtdicken, Schweißverbindungen

MultiIntensity
Bei Materialien mit stark unterschiedlichen Beschaffenheiten oder Strukturen muss oftmals eine Inspektion in sowohl hellen als auch dunklen Bereichen erfolgen. Hierfür kann mit einer einzelnen Beleuchtung mit verschiedenen Belichtungszeiten gearbeitet werden und so eine HDR-Bild (high dynamic range) erzeugt werden.

Anwendungsbereiche: Halbleiter, Leiterplatteninspektion

System Architektur

Voraussetzung für den Einsatz von MultiChannel ist ein programmierbarer Framegrabber der Basler AG (ehemals SiliconSoftware). Die MultiChannel Technologie wird in Form eine Hardware Applets (*.hap) zur Verfügung gestellt und kann so auf den Framegrabber aufgespielt werden. Zur Verwendung ist eine Lizenz nötig, die an die Seriennummer des Framegrabbers gekoppelt ist.

Für die Bild-Akquise kann im einfachsten Fall das Tool microDisplay(X) verwendet werden, das Basler innerhalb der Framegrabber Runtime Installation zur Verfügung stellt. Zusätzlich können hier alle MultiChannel Parameter direkt angesprochen werden. Da die Konfiguration von MultiChannel allerdings sehr komplex ist, empfiehlt es sich zumindest für die initiale Parametrierung die von MSTVision bereitgestellte Software MultiChannel GUI zu verwenden. Für weitere Details zu microDisplay(X) sei auf die Basler Dokumentation verwiesen.

In der Applikation kann die Bild-Akquise sowohl über das Software Development Kit (SDK) von Basler in eigene Software (C, C++, C#, Python) eingebunden werden, als auch die Schnittstellen von Drittanbietern (Halcon, Cognex, CVB, Matrox, …) genutzt werden.

Konfiguration

Mit der MultiChannelGUI werden auch komplexe Szenarien schnell und einfach umgesetzt. Die übersichtliche und anschauliche Darstellung aller Parameter und Signale ermöglicht eine unkomplizierte Konfiguration um so die volle Flexibilität von MultiChannel ausnutzen zu können. So lassen sich z.B. mithilfe von einstellbaren Referenzpunkten für jedes Beleuchtungssignal Änderungen leicht durchführen, da sich die Signale automatisch relativ zu ihrem Referenzpunkt verschieben.

Die MultiChannelGUI kann auf einem beliebigen Windows PC ausgeführt werden. Nur die gespeicherte Konfigurationsdatei muss im Anschluss auf dem Zielrechner zur Verfügung stehen.

Für weitere Details sei auf die MultiChannel Dokumentation verwiesen.

Bewegungskompensation

Aufgrund der stetigen Relativbewegung zwischen Objekt und Zeilenkamera kommt es auch innerhalb eine Bildzeile zu einem Versatz in Transportrichtung zwischen den einzelnen Kanälen. Obwohl der Versatz zwischen erstem und letztem Kanal weniger als ein Pixel beträgt, kann sich dieser Umstand negativ auf die nachfolgende Bildverarbeitung auswirken. Insbesondere bei PhotometricStereo wird der Effekt direkt sichtbar.

Zur Minimierung dieses Effekts bietet MultiChannel die Funktion der Bewegungskompensation. Dabei wird das Zeitverhalten der einzelnen Bildkanäle kontinuierlich für jede Zeile analysiert und für jeden Bildkanal individuell der Versatz kompensiert.

Als Beispiel ist rechts ein Auszug des Krümmungsbilds einer Pharmaverpackung mit gedrucktem Text und Braille-Schrift gezeigt. Ohne Bewegungskompensation (oberes Bild) ist aufgrund des Versatzes zwischen den Eingabebildern neben der Braille-Schrift auch der Druck noch deutlich zu erkennen. Bei aktivierter Bewegungskompensation (unteres Bild) ist der Druck hingegen nahezu verschwunden und es sind nur noch die relevanten topografischen Effekte sichtbar.

Überwachung des Zeitverhaltens

In jedem Inspektionssystem kann es vorkommen, dass eine einzelne Zeile verloren geht. Da dieser Fall äußerst selten eintritt, fällt er bei Standard-Anwendungen in der Regel nicht auf und hat auch keinen Einfluss auf die weitere Bildaufnahme. Bei MultiChannel führt der Verlust einer einzelnen Zeile allerdings zu einer dauerhaft veränderten Reihenfolge der Bildkanäle. Durch die Überwachung des Zeitverhaltens werden verlorene Zeilen erkannt und so dieses unerwünschte Verhalten („Kanalsprung“) verhindert.