Parametrisierung von Hochgeschwindigkeits-Kamerasystemen zur Echtzeit-Bildbearbeitung

Transkript

1 Parametrisierung von Hochgeschwindigkeits-Kamerasystemen zur Echtzeit-Bildbearbeitung

2 Inhalt Einführung Aufbau eines Hochgeschwindigkeits-Kamerasystems Hochgeschwindigkeitskamera Objektive Beleuchtung Anwendungsbeispiel Zusammenfassung p. 2

3 Einführung Hochgeschwindigkeitskameras ermöglichen die Analyse von Ereignissen, welche für das menschliche Auge zu schnell ablaufen. Haupteinsatzgebiete von Hochgeschwindigkeitskameras: Ballistische Analysen Werkstofftechnische Analysen (Crashtests) Prozessüberwachung p. 3

4 Aufnahmesystem Schnittstelle Auswerteeinheit Beleuchtung Hochgeschwindigkeitskamera Schnittstellenkarte Analyse-PC p. 4

5 Hochgeschwindigkeitskamera - Auflösung Maß für die Qualität einer Aufnahme abhängig von dem zu beobachtenden Objekt Minimale horizontale Auflösung: Breite der Bildfläche A min, h mm aobj Pixel Breite des kleinsten Objektes Pixel mm Minimale vertikale Auflösung: Höhe der Bildfläche A min, v mm aobj Pixel Höhe des kleinsten Objektes Pixel mm p. 5

6 Hochgeschwindigkeitskamera - Auflösung Auflösung 640 x x x 2736 p. 6

7 Hochgeschwindigkeitskamera - Auflösung 640 x x x 2736 p. 7

8 Hochgeschwindigkeitskamera Aufnahmegeschwindigkeit Auswahl einer für die Messaufgaben geeigneten Bildrate ist wichtig: zu geringe Bildrate führt zu Informationsverlust zu hohe Bildrate führt zu hohem Datenvolumen ohne nennenswerte neue Informationen vobj 1 cm s BR fps 3 vobj cm s p. 8

9 Hochgeschwindigkeitskamera - Belichtungszeit zu hohe Belichtungszeit führt zu Bildverzerrungen begrenzt durch Bildrate T µs max 2 Objektgeschwindigkeit m s Bildausschnitt m 10 6 minimale Aktive Sensorauflösung p. 9

10 Hochgeschwindigkeitskamera - Belichtungszeit Belichtungszeit 40 ms 2.5 ms Berechnete Belichtungszeit: ms p. 10

11 Hochgeschwindigkeitskamera PC-Schnittstelle Schnittstelle Max. Übertragungsrate [Gbit/s] CoaxPress 25 Camera Link 5.44 SDI 2.97 Ethernet 1 USB Firewire 0.4 DR Byte s BR F horizontale Auflösung vertikale Auflösung fps Byte p. 11

12 Objektive C-Mount F-Mount - für mehrere Sensorgrößen - nur eine Sensorgröße - Lichtstark - große Bauform - kompakte Bauweise - hohes Gewicht - max. Sensorgröße 1-Zoll - Adapter für C-Mount p. 12

13 Beleuchtung 1 ms 40 ms p. 13

14 Anwendungsbeispiel Parametrisierung eines Hochgeschwindigkeits-Kamerasystems unter folgenden Bedingungen Fläche des Spielfeldes 1112 mm x 680 mm (B x H) Abstand Kamera-Spielfeld Durchmesser des Spielballes Max. Geschwindigkeit des Spielballes 1.5 m 35 mm 35 km h p. 14

15 Kameraparameter: Auflösung: 128 x 78 Pixel Bildrate: 1000 fps Belichtungszeit: 1 ms Anwendungsbeispiel p. 15

16 Anwendungsbeispiel CL4000CXP MotionScope M3 Max. Auflösung 2304 x x 1024 Bildrate bei max. Auflösung Minimale Verschlusszeit 2 µs 1 µs Pixelgröße 7 µm 12 µm Schnittstelle 4 x CXP-6 BNC 2 x Full-Camera Link p. 16

17 Anwendungsbeispiel Aufgrund technischer Bedingungen bei den Objektiven mussten folgende Änderungen vorgenommen werden: Auflösung: 320 x 200 (vorher 128 x 78 Pixel) Belichtungszeit: 700 µs (vorher 1 ms) Abstand Kamera-Spielfeld 2 m (vorher 1.5 m) Durch die Änderungen ergibt sich eine Übertragungsrate von: 192 Mbyte/s = Gbit/s p. 17

18 Anwendungsbeispiel CL4000CXP MotionScope M3 Kamera Objektiv Frame-Grabber-Board SDK Gesamtpreis Verwendung von LED-Clustern zur Beleuchtung: 2 x 18-LED-Cluster p. 18

19 Zusammenfassung Es wurden Gleichungen aufgestellt mit deren Hilfe sich für jedes Szenario die Anforderungen an ein Kamerasystem bestimmen lassen Für die Aufnahme eines Kickerballes wurden die Parameter bestimmt und in Frage kommende Hochgeschwindigkeitskameras miteinander verglichen p. 19