Industrielle Bildverarbeitung

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1 I Christian Demant Bernd Streicher-Abel Peter Waszkewitz 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Industrielle Bildverarbeitung Wie optische Qualitätskontrolle wirklich funktioniert Mit 233 Abbildungen und 24 Tabellen Springer

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Warum noch ein Buch über Bildverarbeitung? Möglichkeiten und Grenzen Typen von Sichtprüfaufgaben Einteilung nach dem Prüfziel Aufbau von Bildverarbeitungssystemen Hardwareaufbau Signalfluß in der Prozeßumgebung Signalfluß innerhalb des Bildverarbeitungssystems Vorgehensmodell Einführungsbeispiel Schrifterkennung Gewindetiefe Anwesenheitskontrolle Weiteres Vorgehen Querschnitt: Bildvorverarbeitung Grauwerttransformation Look-Up-Tabellen Lineare Grau wert Skalierung Kontrastnormierung Histogrammebnung Lokale Kontrastnormierung Bildarithmetik Bildaddition und Bildmittelung Bildsubtraktion Minimum und Maximum zweier Bilder Shading-Korrektur Lineare Filter Lokale Operationen und Bildumgebungen Prinzip linearer Filter Glättungsfilter Kantenfilter Medianfilter 68

3 8 Inhaltsverzeichnis 2.5 Morphologische Filter Andere nichtlineare Filter Globale Operationen Zusammenfassung Lageerkennung Position eines Einzelobjekts Positionierung anhand des Gesamtobjektes Positionierung anhand einer Kante Ausrichtung eines einzelnen Objektes Orientierungsberechnung anhand der Hauptachse Polarabstandsprojektion Roboterpositionierung Aufgabenstellung Bildverarbeitungskomponenten Positionsermittlung an einem Objekt Orientierung einer Objektkonfiguration Bemerkungen zur Positionskorrektur Zusammenfassung Querschnitt: Segmentierung Arbeitsbereiche Arbeitsbereiche und Objekte Binärsegmentierung Schwellwerte Schwellwertbestimmung aus Histogrammanalysen Grauwerthistogramme Verallgemeinerung der Binarisierung Konturverfolgung Punktnachbarschaft Erzeugung von Objektkonturen Konturdarstellung Kantenorientierte Methoden Kantenantastung in industriellen Bildszenen Subpixelgenaue Kantenlokalisierung Template Matching Funktionsprinzip Optimierungsmöglichkeiten Bemerkungen zum Template-Matching Zusammenfassung 129

4 Inhaltsverzeichnis 9 5. Kennzeichnungsidentifikation Barcode-Identifikation Prinzip der Barcodeerkennung auf Grauwertbasis Barcodetypen Beispiele für industrielle Barcodeidentifikation Weiterführende Informationen Klarschrifterkennung Lasergravierte Schrift auf einem IC Basiskonfiguration der IC-Schrifterkennung Prinzipieller Aufbau einer Klassifikationsanwendung Positionskorrektur am IC Verbesserung der Zeichenqualität Optimierung im Betrieb Erkennung genagelter Schrift auf Metall Beleuchtung Vorverarbeitung Segmentierung und Klassifikation Blockcodierungen auf Filmrollen Druckqualitätskontrolle Vorgehensweise Druckqualitätskontrolle in Einzelbereichen Druckqualitätskontrolle mit automatischer Teilung Zusammenfassung Querschnitt: Klassifikation Was ist Klassifikation Klassifikation als Funktionsapproximation Grundbegriffe Statistische Grundlagen Konstruktion von Klassifikatoren Multireferenzenklassifikatoren Nächster-Nachbar-Klassifikator RCE-Netze Radial-Basis-Funktionen Vektorquantisierung Template-Matching Bemerkungen zu Multireferenzenklassifikatoren Funktionalklassifikatoren Polynomklassifikator Neuronale Netze vom Multilayer-Perzeptron-Typ Darstellung anderer Klassifikatoren als neuronale Netze Bemerkungen zum Einsatz neuronaler Netze Zusammensetzung der Lernstichprobe Merkmalsskalierung Rückweisung 195

5 10 Inhaltsverzeichnis Zufälligkeit Zusammenfassung Maßprüfung Vermessungsaufgaben Einfache Vermessung Schwerpunktsabstände Konturabstände Winkelmessungen Formkontrolle an Elektronikstanzteilen Prüfaufgabe Berechnung von Ausgleichsgeraden Messung des Konturwinkels Winkelmessung an einem Zahnriemen Beleuchtungsaufbau Kantenerzeugung Formkontrolle an Spritzgußteil Bestimmung von Radien Bemerkungen zur Ausgleichskreisberechnung Hochgenaue Vermessung eines Gewindeflansches Beleuchtung und Bildaufnahme Subpixelgenaue Vermessung der Gewindetiefe Kalibrierung Kalibriermodus Prüfungsbezogene Kalibrierungen Zusammenfassung Querschnitt: Bildaufnahme und Beleuchtung Halbleitersensoren Funktionsweise eines CCD-Sensors Eigenschaften von CCD-Sensoren Abbildungsfehler von CCD-Sensoren Standard-Videokameras Prinzipieller Aufbau Die Videonorm Abtastung des Zeilensignals Erweiterungen der Videonorm Bildqualität Andere Kameratypen Progressive-Scan-Kameras Asynchronkameras Digitalkameras Zeilenkameras Weitere Kameraeigenschaften Übertragung zum Rechner 258

6 Inhaltsverzeichnis Grundfunktion eines Framegrabbers Framegrabber für Standard-Videokameras Framegrabber für andere Kameratypen Direkte digitale Übertragung Optische Grundlagen Blendenzahl Abbildungsgesetze Schärfentiefe Typische Aufnahmesituationen Abbildungsfehler Objektivbestimmung Besondere Objektivtypen Beleuchtungstechnik Leuchtmittel Auflichtbeleuchtung Durchlicht Zusammenfassung Anwesenheitskontrolle Einfache Anwesenheitskontrolle Prüfteilgeometrie Beleuchtung Positionskorrektur Segmentierung Bewertung Segmentierung mit Template-Matching Einfache Vermessung zur Montagekontrolle Beleuchtung Prüfkriterien Objekterzeugung und Maßberechnung Positionskorrektur Anwesenheitskontrolle mit Hilfe von Klassifikatoren Beleuchtung Kontrolle der Verstemmung Typkontrolle des Flansches Kontrastlose Anwesenheitskontrolle Zusammenfassung Querschnitt: Objektmerkmale Einfache geometrische Merkmale Umschreibendes Rechteck Fläche und Umfang Schwerpunktskoordinaten Achsen und Radien Formbeschreibende Merkmale 336

7 12 Inhaltsverzeichnis Konturkrümmung Fasermerkmale Euler-Zahl Momente und Fourierdeskriptoren Grauwertmerkmale Statistik erster Ordnung Texturmerkmale Zusammenfassung Ausblick: Bildverarbeitungsprojekte 347 A. Mathematische Ergänzungen 351 A.l Backpropagation-Training 351 A.l.l Neuronale Netze - Begriff und Geschichte 351 A.l.2 Grundlagen 352 A.l.3 Backpropagation 353 A.2 Herleitung der Schärfentiefe 356 A.2.1 Grenzabstände 356 A.2.2 Schärfentiefe im Unendlichen 359 A.2.3 Abhängigkeit der Schärfentiefe von der Brennweite B. Die Buch-CD 363 Literaturverzeichnis 365 ** Index 368

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