Zeilenmodus als kostengünstige Alternative zur Zeilenkamera
Das Beste aus beiden Welten
Für viele Anwendungen der Industriellen Bildverarbeitung, zum Beispiel bei der Analyse von gekrümmten Oberflächen oder bei der Endlosbahninspektion, ist ein Zeilenmodus unabdinglich. Wo Objekte aufgrund ihrer Größe oder Form nicht komplett auf einmal abgelichtet werden können, muss „gescannt“ werden. Zeile für Zeile wird nacheinander belichtet und ein Bild des Objekts im Speicher aufgebaut, das keinerlei perspektivische Verzerrungen oder inhomogene Beleuchtung aufweist. Voraussetzung für den Einsatz des Zeilenmodus ist Bewegung: entweder bewegt sich das zu prüfende Material bspw. auf einem Fließband oder die Kamera selbst, wodurch ein Taktgeber erforderlich wird.
„Neben der Endlosbahninspektion sind generell Prüf-, Mess- und Sortieraufgaben mit sich schnell bewegenden Objekten typische Einsatzbereiche klassischer Zeilenkameras. Ebenso wie die Inspektion von runden Objekten wie Holz oder Weinkorken“, erklärt Patrick Schick, Produktmanager bei IDS Imaging Development Systems GmbH. Zeilenkameras sind Kamerasysteme, die auf Bildsensoren mit einer einzigen lichtempfindlichen Zeile basieren, um Objekte auf diese Art zu scannen. Sensoren von Flächenkameras hingegen, auch Matrix- oder Area-Scan-Kameras genannt, bestehen aus einer flächigen Matrix aus vielen parallel angeordneten Zeilen, um ein Objekt durch eine einzige Belichtung komplett zu erfassen. Je nach Art der Anwendung wird eine der beiden Kameravarianten eingesetzt.
Die spezielle Zeilenkamera ist keineswegs nur die abgespeckte Variante einer Flächenkamera, denn ihre einzige lichtempfindliche Zeile arbeitet in der Regel mit einer viel höheren Auflösung. Die Qualität der Analysedaten ist damit pro Zeile bedeutend höher. Ungeachtet dieser gesteigerten Datenmenge pro Zeile können sehr hohe Zeilengeschwindigkeiten erreicht werden, dazu wird die Zeile an mehreren Stellen gleichzeitig über parallele Datenkanäle ausgelesen. Ein derartiges Datenaufkommen ist in der Regel nur über ein Camera-Link-Interface zum Host-PC übertragbar. Zeilenanwendungen mit extremen Anforderungen an Datenmenge und Geschwindigkeit, wie bei der Endlosbahninspektion von Textilien, Papier, Felgen oder Siliziumwafern, erfordern deshalb nahezu ausschließlich den Einsatz dieser optimierten Zeilenkameras.
Allerdings ist ein Einsatz – je nach Anwendungen – oft nicht notwendig. IDS verwandelt mit seinem softwareseitigen Zeilenmodus eine Flächenkamera in eine Zeilenkamera und bietet somit eine einfache und kostengünstige Lösung für viele klassische Zeilenkamera-Anwendungen. „Kunden, die mit Flächenkameras arbeiten, sind sich oft nicht bewusst, welche Vorteile ein Zeilenmodus bietet“, so Schick. „Wir zeigen ihnen die Vorteile aus beiden Welten. Zusätzlich unterstützen wir unsere Kunden, indem wir ihnen wie gewohnt fertige Flächenbilder ausliefern, welche im Zeilenmodus aufgenommen wurden. Der Kunde legt seine Einstellungen fest, und wir liefern über unsere Software verzerrungsfreie Bilder.“ Damit bleibt der Umgang mit Bilddaten so einfach wie mit einer Flächenkamera.
Mit der IDS Software Suite können Anwender für bestimmte GigE und USB 3.0 Kameramodelle mit ams/CMOSIS-, e2v- oder Sony-Sensoren den Zeilenmodus über die Softwarefunktion „Vertical AOI Merge Mode“ aktivieren. So können sie die Flächenkamera wie eine Zeilenkamera verwenden. Um das Verhalten möglichst exakt nachzubilden, gibt es neben dem klassischen Trigger für den Bildeinzug auch die Möglichkeit, jede einzelne Zeile zu triggern. So lassen sich beispielsweise Schwankungen in der Bandgeschwindigkeit ausgleichen.
Zur Software gehört natürlich auch die passende Hardware: Zur optimalen Verwendung des Zeilenmodus empfiehlt IDS das Industriekameramodell UI-3370CP mit dem hochempfindlichen, schnellen 4,2 Megapixel CMOS-Sensor CMV4000 von ams/CMOSIS.
Damit lassen sich kostenintensive Zeilenkameras in vielen Anwendungsbereichen ganz einfach durch eine günstigere und extrem leistungsstarke Flächenkamera ersetzen. In Kombination mit der USB-3.0-Schnittstelle erreicht der Sensor 80 fps in voller Auflösung. Bei Verwendung des Zeilenmodus erfasst die Industriekamera UI-3370CP Bilder mit 9,4 kHz.
Zudem kann die Flächenkamera gerade beim Einrichten der Anwendung ihre Vorteile ausspielen. Ist die präzise Einstellung einer Zeilenkamera aufgrund des fehlenden Flächenbildes nicht gerade einfach, so lässt sich damit das Sichtfeld der Flächenkamera wunderbar leicht fokussieren. Mittels der IDS-eigenen Nutzeroberfläche geschieht die Einrichtung des Zeilenmodus mit nur wenigen Klicks. Über das Histogramm wird die Zeile mit der gleichmäßigsten Helligkeitsverteilung festgelegt und auf den Zeilenmodus umgeschaltet. Alle Parameter können dann in einer Kamera-Konfigurationsdatei gespeichert werden. Das vermeidet unnötigen Programmieraufwand und liefert reproduzierbare Ergebnisse in jeder Anwendung. Je nach Applikation können Anwender also selbst entscheiden: Teure Zeilenkamera oder einfache, günstige Lösung mit IDS.
