Multi-Modale Bildgebung. Nicht nur Schwarz-Weiss...

Transkript

1 Multi-Modale Bildgebung Nicht nur Schwarz-Weiss...

2 Trends in der Industrie (1) Mehr Daten: Höhere Geschwindigkeit & Auflösung Ein Bild viele Bilder Sichtbares Licht weitere Spektralbereiche Spezifischere Daten: Geometrie Materialeigenschaften Erkennung Klassifizierung

3 Trends in der Industrie (2) Informationsgewinn aus zusätzlichen Daten: Korrelation zwischen EM-Spektrum und qualitativen Eigenschaften Erfordert Kollaboration mit neuen Partnern ausserhalb Machine Vision (z.b. Universitäten, etc.) Information aus Daten: Verknüpfung gemessener Daten Smarte Datenreduktion Sensor-zu-Speicher-Lösungen

4 Mehr Daten: Technologie als Lösung 1. Höhere Geschwindigkeit & Auflösung, Mehr-Zeilen-Kameras Höherer Dynamikumfang Short-Wave Infra-Red (SWIR) Höhere Datenraten (5-10 Gbps - NBaseT, Fiberoptik) Mehr Information Ausweitung auf NIR-Spectrum ( nm) Multispektral (gleichzeitige, unabhängige Spektralbänder) Hyperspektral (sehr viele, schmalbandige Spektralbänder)

5 GigE: 100 MB/s CameraLink: 800 MB/s USB3: 1,200 MB/s CX4: 3,000 MB/s CLHS: 8,400 MB/s P6 16k, 12b, 300+kHz > 6,000 MB/s PCI-e (x16, Gen3): Heute: 6,400 MB/s Grenze für traditionelle Bildtransfer -Lösungen

6 Next-Gen Sensoren 500ns Zeilenzeit, 12b, 4k Hyperspectral Imaging Zukunft: 256 bands, 4k, 12b, 25kHz High-Bandwidth Architektur 12,000 MB/s 38,000 MB/s 120,000 MB/s Pixel-Level ADC / chip-stacking (12M, 100us ADC) Smart Hardware Data Reduction Data-Of-Interest-Ausgabe Informationsgewinnung => Ausgabe

7 Technologie als Lösung 2. Zusätzliche Information aus vorhandenen Daten: Einfache Smart -Kameras Typische Anwendungen: Barcode, OCR Mehr-Kamera Systeme oder Contact-Image-Sensoren Integration von Optik, Beleuchtung, Ausrichtung und Fokus Embedded Technology Deep Learning

8 Einfach und günstig: Features als Lösung: Cycling Mode Hoher Dynamikumfang MetaDaten Vielseitig: Mehr-Zeilen-Sensoren/Kameras: RGB / NIR oder Mono, TDI Polarisation

9 Separates Nah-Infrarot Gleichzeitige Mehr-Band Bildaufnahme Weiße & NIR LED-Lichtquellen Dunkel- + Hellfeld Reflektion + Transmission

10 Polarisationsbildgebung Empfindliche, nicht-destruktive optische Methode für erhöhten Informationsgewinn Erhöhter Kontrast durch Erkennung von Drehung des Polarisationswinkels für schwer erkennbare Objekte Mißt normalerweise unsichtbare physikalische Eigenschaften, wie Lichtbrechung, Spannung (im Material), Chemie und Schichtdicke Zeilenkamera: mehrfache natürliche Polarisationswinkel für jedes einzelne Pixel

11 Concentration Calculation (g/ml) Polarisation - Beispiel Messung einer Zucker-Wasser-Konzentration anhand des Polarisationswinkels (Zucker = optisch aktiv) Concentration Estimate g/ml (low) Calculated concentration g/ml Concentration Estimate g/ml (high) 0,3 D-Sucrose - Polarisation im Uhrzeigersinn 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 D-Fructose Polarisation entgegen dem Uhrzeigersinn 0 0 0,025 0,05 0,075 0,1 0,125 0,15 0,175 0,2 0,225 0,25 0,275 Average concentration estimate (g/ml)

12 Funktionen als Lösung III. Mehr-Zeilen Digital-TDI Mehr-Feld (via Multispektral) Breitbandfilter trennen LEDs auf separate Bildzeilen => Mehrere Lichtquellen werden gleichzeitig aufgenommen

13 HyperSpectral Hin zu in-line -Verarbeitung Kosten, Auflösung, FoV, 36,000MB/s Rohdaten Hohe Anforderung an Beleucht. Smart solutions Schneller: Mehr WL-Bänder/Zeit Wählbare Bänder & Aufl. Geschwindigkeit/Daten Embedded Processing Weniger Daten übertragen Nut or Seed? Decision Cashew Seed Hyperspectral Data Image Processing Image Analysis Almond

14 Technologie als Lösung I. Schnelle Bildaufnahmen Fiberoptik-Interface (Robust, günstig) Next-Generation CMOS-Technologie Schnellere Sensor-Architektur Niedrigeres Rauschen Niedrigerer Stromverbrauch Unabhängige Belichtungszeit Start/Stop Gleichzeitige Mehr-Quellen Beleuchtung

15 Technologie als Lösung II. Wohin geht es? CCD-artiger Ladungstransport in Standard-CMOS-Prozess -> TDI CMOS Datenrate >5 Gpix/s mit einem aktiven optischen Kabel Höhere Empfindlichkeit (z.b. bis zu 256 Stages/Zeilen) Mehr Auflösung, schneller (Zeilenraten bis 300Khz) Gesteigerte Leistung im Vergleich mit anderen TDI o Höhere Empfindlichkeit o Höherer Dynamischer Bereich o Niedrigeres Dunkelrauschen o Niedrigerer Stromverbrauch

16 High Speed Fiber Interfaces CLHS SFP+ 10Gb X-Protokoll (1.2GB/s) Günstige (~ 0.8/m) Fiberkabel CLHS CX4 3-10Gb M/X-protocol 7 lane AOC Kabel (bis zu 70Gb/s)

17 Achtung Baustelle! Höhere Empfindlichkeit CMOS TDI Kamera Backside Beleuchtung (BSI) für höhere Quantenausbeute Erweiterte Wellenlängenbereiche SWIR (InGaAs) / VIS Kamera UV (Kundenspezifisch <200nm) Hyperspektrale Bildverarbeitung

18 Achtung Baustelle! Lebensmittel Sortierung Farbe main stream Spektralcharakteristiken werden verwendet, um Defekte zu lokalisieren SWIR InGaAs Sensoren identifizieren spezifische Merkmale in SWIR-Spektren Source: Satake Source: Buhler Sortex Fluoreszenz Fluoreszenz ist entscheidend bei Prozessen, deren Produkte/Defekte Chlorophyll enthalten Source: Key Technology

19 Achtung Baustelle! Hyperspectral/ Chemical Imaging eine Lösung Hyperspektrale Bildverarbeitung ermöglicht sehr breitbandige chemische Analyse Geschwindigkeit, Empfindlichkeit, Auflösung, Kosten Source: EVK

20 Teledyne DALSA Bildgebungs Technologie