Schnelle 3D Farbbilderfassung / High Speed 3D Color Imaging

Transkript

1 Schnelle 3D Farbbilderfassung / High Speed 3D Color Imaging

2 Über Chromasens / About Chromasens Spezielle Anforderungen an Genauigkeit, Geschwindigkeit und Auflösung erfordern individuelle Systemlösungen. Chromasens konzipiert, entwickelt und produziert Bilderfassungssysteme nach kundenspezifischen Erfordernissen. Unsere Ingenieure und Wissenschaftler arbeiten eng mit dem Kunden zusammen, um das für seine Bedürfnisse bestmögliche Kamerasystem zu entwickeln. Unsere Expertise ist hoch-qualitative Bilderfassung und integriert alle wichtigen Bereiche von Optik, Opto-Elektronik, Bildsensoren, Mechanik und Software. Durch Kooperation mit Universitäten und Forschungseinrichtungen erweitern wir ständig unser Know-how und können unseren Kunden neueste Technologien und Komponenten für die bestmögliche Bilderfassungslösung anbieten. Farbe und 3D: Mit dem neu von Chromasens entwickelten 3D- Bilderfassungssystem wird gleichzeitig Farbe und Höheninformation in hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit erfasst. Speed, precision, resolution and ambient conditions almost always require individual solutions. Together with the customer, the specialists at Chromasens develop image capturing systems that are both optimized in regard to the requirements and cost-effective. Our expertise is high-quality image capturing and covers all required areas of optics, opto-electronics, image sensors, mechanics and software. By cooperating with universities and research centers we continuously keeping our expertise at a high level enabling us to use new technologies and up to date components for the best image capturing solutions. Color goes 3D: The new developed Chromasens 3D imaging system captures color and height information simultaneously with high precision and high speed. System design Selection of illumination type and design of illumination modul Design of specific stereo optics and sensors according to customer requirements Mechanical design of the total system (camera, illumination, etc.) Software for ultra fast 3D computing using C++ and CUDA Aufnahmen eines Schmuckanhänger / Images of a pendant

3 Technologie / Technology Die optische 3D-Messtechnik ersetzt zunehmend die klassische taktile Messtechnik und erschließt stetig neue Anwendungsfelder. Bisher ist nur ein kleiner Teil der möglichen Anwendungen realisiert. Chromasens bietet ein neuartiges 3D-Stereosystem an, das Zeilenkamera-Technologie und Echtzeitberechnung der Höhenwerte kombiniert. Die schnellen tri-linearen CCD Farbzeilenkameras nehmen hochaufgelöste Stereobilder mit Zeilenfrequenzen von bis zu 100 khz auf. Dadurch werden sehr hohe Objektgeschwindigkeiten von beispielsweise 10 m/s erreicht. Mit den Stereo-Farbzeilenkameras wird gleichzeitig Farbe und Höheninformation erfasst. Wie bei allen Zeilenkamerasystemen sind Auflösungen, Erfassungsbreiten und Scangeschwindigkeiten voneinander abhängig und in weiten Bereichen variierbar. Optical 3D measurement technology is increasingly replacing the classical tactile measurement technology and is continuously opening up new application fields. Only a small part of the possible applications have been achieved so far. Chromasens offers a unique high speed 3D imaging technology by combining fast color line scan cameras with real time image processing. With the tri-linear CCD line scan cameras from Chromasens high resolution stereo images are captured with line frequencies up to 100 khz. Depending on the resolution, high transport speeds of more than 10 m/s are possible. This new technology provides height data and color images simultaneously from fast moving objects. Providing different resolutions and object sizes the stereo system can be adapted to a wide range of applications. left sensor right sensor illumination stereo scan system 3D + color center of projection triangulation measured shape point on the object curface linear scan movement

4 Verfahren / Approach Chromasens hat eine neue 3D-Bilderfassungstechnologie auf Basis von schnellen Farbzeilenkameras entwickelt. Aus den damit aufgenommenen Stereobildern werden mit Hilfe von Grafikprozessoren Höhendaten in Echtzeit berechnet. Mit Grafikprozessoren der neuesten Generation können derzeit 200 Millionen Datenpunkte pro Sekunden berechnet werden. Die Zeilenkameras mit bis zu 7300 Pixeln erreichen eine sehr hohe laterale Auflösung. Die Höhenauflösung ist abhängig von der Oberflächentextur und liegt im Bereich von 1/5 bis 1/10 der lateralen Auflösung. Die Chromasens Stereo-Systeme können aufgrund eines modularen Konzepts für einen weiten Bereich von Auflösungen adaptiert werden. Chromasens developed a new 3D imaging technology based on stereo images using high speed color line scan cameras for image acquisition. Fast stereo algorithms running on GPUs calculate the 3D data from the two stereo images in real time. Optimized for GPUs the algorithm computes up to 200 million 3D data per second. The color line scan cameras with up to 7300 pixels allow a very high lateral resolution. Depending on the surface texture of the scanned object a height resolution of 1/10 of the lateral resolution is possible. The Chromasens 3D stereo imaging system is based on a modular system concept providing solutions for a wide range of applications. Aufnahme einer Tapete / Picture of a wallpaper Height resolution: 5 µm Width of object: 40 mm Speed of object: 500 mm/s

5 3D Systeme / 3D Systems Basierend auf einem modularen Systemkonzept hat Chromasens 3D Stereosysteme mit lateralen Auflösungen von 10 bis 100 Mikrometer entwickelt. Für kundenspezifische Lösungen sind nahezu beliebige andere Auflösungen und Erfassungsbreiten realisierbar. Die Berechnung der Höhenwerte erfolgt auf Basis der Textur der Oberfläche. Daher ist eine geeignete Beleuchtung für das Verfahren sehr wichtig. Chromasens entwickelt eigene Beleuchtungen, die für die jeweiligen Oberflächen optimiert werden. Based on a modular system concept Chromasens developed 3D stereo imaging systems with lateral resolutions from 10 to 100 micron. For a customized solution other resolutions, scan widths and speeds are possible. Calculating the height information from stereo images requires textured surfaces. Hence, for this approach the illumination is a key component. Chromasens develops customized illumination solutions optimized for the object surface to be inspected. Applikationsbeispiele / Examples for Applications Holzbrett mit Reliefstruktur / Wooden Board with relief structure Aufnahme eines Kekses / Image of a cookie Lötung auf einer Platine / Soldering on a electronic board

6 Prinzipeller Aufbau / Sample Setup 3D System G1 G2 GPU GPU CPU Color images & 3D Data Host - PC G1 / G2: Frame Grabber GPU: Graphics processing unit CPU: Processor

7 Spezifikationen / Specification Standard performance 3D Stereo Systems Scanbreite Auflösung (optisch) Typische Höhenauflösung Höhenbereich Geschwindigkeit 40 mm 25 µm 5 µm 1 mm 0,5 m/s 100 mm 50 µm 10 µm 5 mm 1 m/s 250 mm 100 µm 20 µm 10 mm 2 m/s Scan Width Resolution (optical) Typical Height Resolution Height Range Speed 40 mm 25 µm 5 µm 1 mm 0,5 m/s 100 mm 50 µm 10 µm 5 mm 1 m/s 250 mm 100 µm 20 µm 10 mm 2 m/s High performance 3D Stereo Systems Scanbreite Auflösung (optisch) Typische Höhenauflösung Höhenbereich Geschwindigkeit 25 mm 10 µm 2 µm 0,5 mm 0,5 m/s 250 mm 50 µm 10 µm 5 mm 1,5 m/s 500 mm 100 µm 20 µm 20 mm 3 m/s 100 mm 100 µm 20 µm 20 mm 10 m/s Scan Width Resolution (optical) Typical Height Resolution Height Range Speed 25 mm 10 µm 2 µm 0,5 mm 0,5 m/s 250 mm 50 µm 10 µm 5 mm 1,5 m/s 500 mm 100 µm 20 µm 20 mm 3 m/s 100 mm 100 µm 20 µm 20 mm 10 m/s

8 Chromasens GmbH Max-Stromeyer-Straße Konstanz Germany Phone: Fax: Technische Daten können jederzeit ohne Vorankündigung geändert werden Specification are subject to change without prior notice. Version 02/2013