9th NEMO-SpectroNet Collaboration Forum

Transkript

1 9th NEMO-SpectroNet Collaboration Forum Jena, Color and Multi Spectral Imaging An Overview Dr. Ing. Thomas Fahlbusch, PhotonicNet GmbH, Hannover

2 Farbaufnahme 1-Chipkamera Bayer Farbmosaik Chips zur direkten Farberfassung Die Teilung der Farbkanäle erfolgt durch ein Filtermosaik auf den Photodioden. Vorteile Schnelles kompaktes System Günstige Kamera Standardsystem Nachteile Geringere echte Auflösung; 4 Pixel ergeben 1 Farbpixel Interpolationsverluste Artefakte

3 Unterschiede bei Farbkameras Bayer Farbmosaik 3-Chip Kamera / Foveon X3

4 Alternative Farbaufnahme 1-Chipkamera Chips zur Grauwerterfassung Die Teilung der Farbkanäle erfolgt durch ein Filterrad. Farbaufnahme 3-Chipkamera Ein Grauwertchip je Farbkanal Die Teilung der Farbkanäle erfolgt durch Filter und Prismen. Foveon X3 Blau, Grün und Rot werden in unterschiedlichen Tiefen absorbiert

5 Beispiele: BV bei farbcodierte Streifenprojektion 2D Histogramm der Farbkanäle Zwei Farbkanäle werden aufgetragen. Clusterbildung kann für die Zuordnung genutzt werden Vorteile Korrelation der Farbkanäle bleibt erhalten Unabhängig von der Intensität (geeigneter Farbraum z.b. L*a*b) Nachteil Ein Farbkanal bzw. die Intensität bleibt unberücksichtigt.

6 Beispiel: BV bei farbcodierte Streifenprojektion 3D Histogramm der Farbkanäle Die Häufigkeit jedes Farbtons wird dargestellt. Vorteile Die Korrelation der Farbkanäle bleibt erhalten. Unterschiedliche Farbregionen lassen sich segmentieren. Optimierung von Kontrast und Sättigung möglich Nachteile Die Cluster müssen im 3D Raum erfasst werden. Keine Datenreduktion => rechenintensiv 3D Histogramme erzeugt mit 3D Color Inspector Kai Uwe Barthel - fhtw berlin

7 Beispiel: BV bei farbcodierte Streifenprojektion Vektorbasierte Kantendetektion in Farbbildern Der Farbwert (RGB) wird als Vektor mit einer Länge und einem Winkel betrachtet. Innerhalb einer 3 x 3 Matrix wird die Differenz der Länge und des Winkels mit den 8 Nachbarpunkten bestimmt. Der maximale Wert wird als Kante gespeichert. Gewichtung der Winkel und Längendifferenz Schwellwertoperator

8 Anwendungen der Farbbildverarbeitung Inspektion von Holzoberflächen Qualitätskontrolle von bedruckter, textiler Bahnware Inspektion von Erzeugnissen der Druckindustrie Qualitätskontrolle von Lebensmitteln Inspektion von Stein und Keramikprodukten Inspektion von lackierten Blechen und Kunststoffteilen Inspektion von gedruckten Leiterplatten und Lötverbindungen Bilder: Stoffbahn Matlab; Taschentuch und Glelchstrommotor: Matsushita

9 Spektrale Bildgebung Multispektrale Bildgebung Verwendung von Filtern zur Erzeugung von Bildern mit bis zu 12 Kanälen Hyperspektrale Bildgebung Erzeugung von Bildern mit mehreren hundert Kanälen 2D Darstellung des Ortes 3. Dimension stellt die spektrale Information dar X,Y und λ 3D Bild

10 Linienabtastende spektrale Bildgebung Durch einen Spalt wird eine Zeile des Objekts auf das dispergierende Element abgebildet. Spektrale Zerlegung Abbildung auf einen Flächendetektor Scannen in Y- Richtung Alternativ: Punkt-, bzw. Wellenlängenabtastende spektrale Bildgebung

11 Kalibrierung Welche Wellenlänge wird auf welcher Pixelzeile abgebildet? Verwenden einer bekannten spektralen Lichtquelle Entsprechend werden die Wellenlängen zugeordnet Interpolation der Werte zwischen den Linien Kontrolle mit einem Monochromator bzw. einer anderen Lichtquelle Bilder: Mauri Aiko; Hyperspectral prism-grating-prism imaging spectrograph; VTT Electronics

12 Anwendungen der spektrale Bildgebung Qualitätskontrolle Lebensmittel Agraranwendungen Materialinspektion Schüttgutinspektion Inspektion von Stein und Keramikprodukten Produktion in der Pharmaindustrie Medizintechnik Bilder:

13 Zusammenfassung Farbbildverarbeitung ermöglicht neue Lösungsansätze z.b. Oberflächeninspektion, Lebensmittelproduktion usw. Verwendung angepasster Auswertealgorithmen Grauwert Bildverarbeitung bietet bei Standardaufgaben weiterhin Vorteile hinsichtlich Kosten, Ortsauflösung und Geschwindigkeit Durch multi- und hyperspektrale Bilder sind Auswertungen aus der Spektrometrie auf Bildverarbeitungsaufgaben übertragbar Technologie aus der Satellitenfernerkundung ist für Medizin und Industrieanwendungen verfügbar => Entwicklung neuer Inspektionssysteme