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12.03.2014

Bildverarbeitung mit Contact-Image-Sensoren

Verzerrungsfreie Aufnahmen

Bildverarbeitung mit Contact-Image-Sensoren (Bild: Tichawa)

Um eine optimale Abbildungsqualität von Produkten zu gewährleisten, setzt Tichawa Vision, Friedberg, in seinen Contact-Image-Sensoren (CIS) Selfoc-Linsen ein. Die Selfoc- oder Gradientenindexlinsen können durch kontrollierte Dichteänderungen einen geforderten Brechungsindex aufweisen. Dadurch fallen die bei konventionellen Linsen üblichen Verzerrungen weg.

Die Selfoc-Linsen sind Gradientenindex(GRIN)-Linsen. Es handelt sich dabei um Bündelungslinsen, die divergierende Lichtstrahlen einer Glasfaser für einen Detektor bündeln. Bei einer konventionellen Linse erfährt das Licht am Übergang zwischen der Luft und dem Glas eine Brechung und verändert nur dort seine Richtung. Anders bei der Selfoc-Linse: Sie erreicht die notwendige Lichtbrechung durch Veränderung des Brechungindex innerhalb der Linse. Die Ausbreitung des Lichts erfolgt nicht über verlustbehaftete Totalreflexion, sondern über sinusähnlich gekrümmte Ausbreitung in der Faser.

Entsprechend der Größe einer GRIN- oder Selfoc-Linse mit einem Durchmesser von einem Millimeter oder weniger kann die Linse nur einen kleinen Bereich abbilden. Für die gewünschte Abbildung einer Bildzeile werden viele einzelne GRIN-Linsen nebeneinander zu einer Reihe zusammengefügt. Die einzelnen Abbildungen überlappen sich dabei. Um die Abbildungseigenschaften weiter zu verbessern, werden zwei Reihen nebeneinandergeklebt undmit zwei Deckplatten eingefasst.So erhält man ein GRIN-Linsen- oder Selfoc-Array. Die vielfache Überlappung führt zu einer hohen Homogenität der Bildhelligkeit.

Bei Verwendung in einem Array erzeugt jede einzelne Linse ein aufrechtes und reelles 1:1-Bild, dessen Bildkreis größer ist als der Linsendurchmesser. Aufgrund des Abbildungsverhältnisses von 1:1 sind CIS-Systeme genauso groß wie ihre Vorlage. Sie können eine Objektbreite von bis zu 4,1 Metern abdecken.

Die Funktionsweise der Selfoc-Arrays bringt den entscheidenden Vorteil der Platzersparnis mit sich. Sie eignen sich daher besonders für den Einsatz in Applikationen mit knappem Einbauraum. CIS-Lösungen werden in einem Abstand von maximal 14 Millimetern zum Prüfobjekt angebracht und nehmen selbst nur eine geringe Höhe in Anspruch. Diesen Arbeitsabstand muss das Aufnahmesystem exakt einhalten, um eine scharfe Abbildung zu gewährleisten. Hierzu wird zum Beispiel die Vorlage an einer Glasplatte entlanggeführt, wobei der Abstand auf die Vorderfläche der Glasplatte eingestellt wird. Im Gegensatz zur Zeilenkamera entfällt jegliche Justierung der CIS-Systeme. Optionale ROIs (Regions of Interest) unterstützen die Inspektion von Produkten wechselnder Breite ohne Neujustierung.

Die Selfoc-Linsen sorgen gleichzeitig für eine optimierte Abbildungsqualität: "In den wesentlichen Merkmalen wie Dunkelrauschen, Peak Response Nonuniformity und dem Dynamikbereich entsprechen die CIS den Standard-Zeilenkameras, müssen aber nicht die üblichen Abstriche bei Ortsauflösung und Lichtausbeute hinnehmen", erklärt Dr. Nikolaus Tichawa, Geschäftsführer der Tichawa Vision GmbH.

Die Beleuchtung bei den CIS erfolgt mit einem optimierten Mix verschiedenfarbiger LEDs, die seitlich angebracht sind. Dadurch wird eine spektrale Lücke vermieden, die häufig bei Zeilenkameras als unerwünschter Effekt auftritt. Messungen mit der Munsell-Farbkarte – in Fachkreisen das bevorzugte Testwerkzeug zur Beurteilung der Farbtreue von Bildverarbeitungssystemen – belegen, dass CIS nach eigenen Angaben in Sachen Farbdarstellung deutlich geringere Abweichungen von den Soll-Werten erzielen als Zeilenkameras.

Unternehmensinformation

Tichawa Vision GmbH

Burgwallstr. 14
DE 86316 Friedberg
Tel.: 0821 455553-27
Fax: 0821 455553-0

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