Abbildungsfehler in Echtzeit korrigieren

Bei der Detektion von Prüflingen mit einer Monochrom­ Kamera besteht immer der Wunsch, dass diese möglichst maßstabsgetreu, scharf, kontrastreich und gleichmäßig hellabgebildet werden. Jedes Objektiv, insbesondere aber entozentrische Objektive, haben gewisse Abbildungsfehler, die in Kombination mit einer Beleuchtung unter anderem zu Verzerrungen, Verzeichnungen oder anderen perspektivischen Fehler führen können (Bild 2). Solche Effekte treten vor allem dann auf, wenn sich Prüflinge nicht exakt in der Mit­te des Erfassungsbereichs eines Kameraobjektivs befinden. Kamerasensoren der jüngsten Generation bieten deswegen die Möglichkeit mithilfe der Parametriersoftware und eines Kalibriertargets, das Gerät quasi per Knopfdruck zu kalibrieren und in Echtzeit ein aufgenommenes Bild zu entzer­ren (Bild 3). Ein weiteres nützliches Software­-Feature ist zudem eine integrierte Schattenkorrektur zum Ausgleich einer inhomogenen Helligkeitsverteilung auf einem Objekt, die beispielsweise durch die Kameraposition oder aber durch das Kameraobjektiv sowie die Beleuchtung verursacht wird.

Oft wird die Beleuchtung unterschätzt

Die Beleuchtung ist wohl einer der am meisten unterschätz­ten Einflussfaktoren beim Einsatz von Kamerasensoren, ob­ wohl unter anderem deren Helligkeit und Richtung maß­ geblich die Bilddarstellung respektive das Prüfergebnis beeinflussen. Da Bildverarbeitungs-­Algorithmen von Mono­chrom­-Kameras gewissermaßen von Grauwertübergängen „leben“, kann zu viel Licht die Bildinformation zerstören. Damit kein Informationsverlust durch Überbelichtung oder zu starker Sättigung entsteht, sollten die hellsten Grauwerte bei der Abbildung eines Prüflings immer ca. 10 % kleiner sein, als der bei Weiß erreichte Maximalwert von 255.

Im Zusammenhang mit dem Einfluss von Beleuchtungen auf Prüfergebnisse beim Einsatz von Kamerasensoren muss auch auf farbige Lichtquellen eingegangen werden. So lassen sich bei monochromer Bildgebung durch verschiedenfarbige Beleuchtungen, wie zum Beispiel blau, grün oder rot, spezi­fische Farben hervorheben oder unterdrücken. Dass der hierdurch erzeugte Kontrast zur Unterscheidung bestimmter Objektmerkmale hilfreich sein kann, zeigt das folgende Beispiel.

Um in einer Applikation das Vorhandensein eines blauen Stifts in einem Malkasten zu kontrollieren, wird blaues Licht verwendet. Dieses wird von den Blauanteilen der Material­ oberfläche, hier dem blauen Stift, reflektiert, wenn es auf mehrfarbige Objekte, also alle Buntstifte, trifft. Je mehr Blauanteile das zu erfassende Objekt hat, desto mehr Licht wird reflektiert, sodass dessen Oberflächenbereich heller abgebildet wird. In der monochromen Kameraaufnahme ist der blaue Stift im Malkasten im Vergleich zu den andersfar­bigen Stiften kontrastreich dargestellt und somit eindeutig zu identifizieren. Rote Flächen erscheinen aus diesem Grun­de unter Einsatz von blauem Licht extrem dunkel (Bild 4).