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Multi-Integration-Modus: Mehrfache Belichtung innerhalb eines Bildes

Die UI-325x Modelle der USB 3 uEye Familien eröffnen mit dem Multi-Integration-Modus des 2 MP CMOS-Sensor von e2v neue und interessante Anwendungsmöglichkeiten in der industriellen Bildverarbeitung.

Hintergrund

Beispiel eines bewegten Objekts, das mit dem Multi-Integration-Modus aufgenommen wurde
Beispiel eines bewegten Objekts, das mit dem
Multi-Integration-Modus aufgenommen wurde
Beim Multi-Integration-Modus wird der Sensor innerhalb eines Bildes mehrfach belichtet. Dadurch sind innerhalb der eingestellten Belichtungszeit extrem kurze Teilbelichtungszeiten möglich, mit denen auch schnell bewegte Objekte erfasst werden können.
 
Um ein solches Bild, z. B. für die Analyse der Geschwindigkeit, zu erhalten, sind bisher zwei Verfahren möglich: entweder wird ein Hochgeschwindigkeitsblitz verwendet oder eine Hochgeschwindigkeitskamera. Ein Hochgeschwindigkeitsblitz erfordert eine komplexe Installation und ist stark von den Lichtverhältnissen abhängig. Eine Hochgeschwindigkeitskamera ist sehr teuer in der Anschaffung und nimmt mehrere Bilder auf, die in die Analyse einfließen müssen.
Geschwindigkeitsanalyse mit Hilfe des Multi-Integration-Modus
Geschwindigkeitsanalyse mit Hilfe des
Multi-Integration-Modus
Der Multi-Integration-Modus bietet gegenüber diesen beiden Verfahren den Vorteil, dass er einfach zu realisieren ist, keine Hochgeschwindigkeitskamera erfordert und auch bei kritischen Lichtverhältnissen eingesetzt werden kann. Zudem wird nur ein einzelnes Bild für die Geschwindigkeitsanalyse benötigt.
 
In die Geschwindigkeitsanalyse fließt die Dauer der Teilbelichtungszeiten und die Strecke, die das bewegte Objekt zurückgelegt hat. Daraus kann über eine Bildverarbeitungssoftware, wie z. B. HALCON, die Geschwindigkeit berechnet werden und ob das Objekt beschleunigt oder abbremst.

Verwendung des Multi-Integration-Modus

Multi-Integration-Modus im uEye Cockpit aktivieren
Multi-Integration-Modus im uEye Cockpit aktivieren
Um den Multi-Integration-Modus zu verwenden, müssen Sie im uEye Cockpit unter Eigenschaften zunächst den Shuttermodus „Global-Shutter (Mehrfachbelichtung)“ aktivieren.
 
Klicken Sie auf die Schaltfläche „Mehrfachbelichtungseinstellungen“, um in einem weiteren Dialog die Voreinstellungen für den Multi-Integration-Modus setzen.

Im Bereich „Impulsquellen“ steuern Sie die Zeiten der Teilbelichtung wahlweise per Software oder Hardware. Bei der Steuerung per Hardware über einen der beiden General Purpose I/Os wird die Belichtungszeit über die Dauer des Pegels des Triggersignals gesteuert. Dadurch können Sie die Bildhelligkeit ohne weitere Software-Kommandos direkt über ein externes, elektrisches Signal ändern.

Dialog zum Einstellen der Teilbelichtungszeiten des Multi-Integration-Modus
Dialog zum Einstellen der Teilbelichtungszeiten
des Multi-Integration-Modus
Wenn Sie die Teilbelichtungszeiten per Software steuern, setzen Sie direkt im Dialog, wie viele Teilbelichtungen  durchgeführt werden (Anzahl der Zyklen) sowie die Länge der Teilbelichtungen. Die Länge der Teilbelichtungszeit ist abhängig von der (Gesamt-)Belichtungszeit und der Anzahl der Zyklen. Die kürzest mögliche Teilbelichtungszeit ist 100 ns. Zwischen den einzelnen Teilbelichtungszeiten werden automatisch Pausenzeiten berechnet und so die eingestellte  Gesamtbelichtungszeit erreicht.

In der Tabelle darunter können Sie einzelne Teilbelichtungszeiten oder Pausenzeiten gezielt bearbeiten.
 
Unter „Voreinstellung“ können Sie neben der linearen auch eine „coded exposure“ Voreinstellung wählen. Mehr Informationen zum Timing der „coded exposure“ finden Sie in der Studie „Resolving Objects at Higher Resolution from a Single Motion-blurred Image” von Amit Agrawal und Ramesh Raskar, Mitsubishi Electrical Research Labs (MERL) im Internet unter: http://www.merl.com/publications/docs/TR2007-036.pdf
Beschränkungen für die Teilbelichtungszeiten und Pausenzeiten
Beschränkungen für die Teilbelichtungszeiten und
Pausenzeiten

Über die Schaltfläche „Zeige Beschränkungen“ öffnen Sie ein weiteres Fenster, in dem Ihnen abhängig von der gewählten Gesamtbelichtungszeit die Werte für die minimale und maximale Teilbelichtungszeiten, Pausenzeiten, etc. angezeigt werden.

Anwendungsgebiete

Der Multi-Integration-Modus ermöglicht die Mehrfachbelichtung in nur einem Bild. Daher eignet sich der Modus ideal, um Bewegungsunschärfe zu reduzieren und Geschwindigkeit zu visualisieren.

Außerdem können über den Multi-Integration-Modus bei sehr kurzen Belichtungszeiten und dadurch bedingten dunklen Bildern mehrere Belichtungen eines Ortszustandes in einer Aufnahme übereinandergelegt werden. Dies erlaubt das Aufsummieren von dunklen Bildern bei zyklischen Vorgängen.

Ein Einsatz des Multi-Integration-Modus bietet sich vor allem in den Bereichen ITS, zur automatischen Nummernschilderkennung sowie im Sport- und medizinischen Bereich oder Partikelanalyse/Strömungsverfolgung an.

Fazit

Mit dem 2 MP CMOS-Sensor von e2v steht in der UI-325xCP ein Sensor zur Ver-fügung, der ein breites Einsatzspektrum abdeckt. Mit dem Multi-Integration-Modus können zudem Anwendungen realisiert werden, die mit einer einfachen Belichtung nicht möglich sind.

Einfache Einrichtung und geringe Systemkosten machen sie zu einer kostengüns-tigen Alternative zu teuren Hochgeschwindigkeitssystemen.

Weitere Informationen zur Einstellung und Programmierung des Multi-Integration-Modus der UI-325xCP finden Sie im uEye Handbuch unter http://de.ids-imaging.com/manuals-ueye.html.

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