Industrielle Bildverarbeitung: wie optische Qualitätskontrolle wirklich funktioniert
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Heidelberg [u.a.]
Springer
2011
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INHALTSVERZEICHNIS
1. EINLEITUNG 1
1.1 WARUM NOCH EIN BUCH UEBER BILDVERARBEITUNG? 1
1.2 MOEGLICHKEITEN UND GRENZEN 3
1.3 TYPEN VON SICHTPRUEFAUFGABEN 5
1.3.1 EINTEILUNG NACH DEM PRUEFZIEL 5
1.4 AUFBAU VON BILDVERARBEITUNGSSYSTEMEN 6
1.4.1 HARDWAREAUFBAU 7
1.4.2 SIGNALFLUSS IN DER PROZESSUMGEBUNG 10
1.4.3 SIGNALFLUSS INNERHALB DES BILDVERARBEITUNGSSYSTEMS 13 1.5
VORGEHENSMODELL 15
1.6 EINFUEHRUNGSBEISPIEL 17
1.6.1 SCHRIFTERKENNUNG 18
1.6.2 GEWINDETIEFE 21
1.6.3 ANWESENHEITSKONTROLLE 23
1.7 WEITERES VORGEHEN 25
2. QUERSCHNITT: BILDVORVERARBEITUNG 29
2.1 GRAUWERTTRANSFORMATION 30
2.1.1 LOOK-UP-TABELLEN 30
2.1.2 LINEARE GRAUWERTSKALIERUNG 33
2.1.3 KONTRASTNORMIERUNG 33
2.1.4 HISTOGRAMM-EBNUNG 34
2.1.5 LOKALE KONTRASTNORMIERUNG 36
2.2 BILDARITHMETIK 38
2.2.1 BILDADDITION UND BILDMITTELUNG 39
2.2.2 BILDSUBTRAKTION 39
2.2.3 MINIMUM UND MAXIMUM ZWEIER BILDER 42
2.2.4 SHADING-KORREKTUR 42
2.3 LINEARE FILTER 44
2.3.1 LOKALE OPERATIONEN UND BILDUMGEBUNGEN 45
2.3.2 PRINZIP LINEARER FILTER 45
2.3.3 GLAETTUNGSFILTER 48
2.3.4 KANTENFILTER 54
2.4 MEDIANFILTER 60
2.5 MORPHOLOGISCHE FILTER 62
2.6 ANDERE NICHTLINEARE FILTER 64
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1001790499
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
XII
2.7 KOORDINATENTRANSFORMATIONEN 66
2.8 INTEGRALTRANSFORMATIONEN 69
2.9 ZUSAMMENFASSUNG 69
3. LAGEERKENNUNG 73
3.1 POSITION EINES EINZELOBJEKTS 73
3.1.1 POSITIONIERUNG ANHAND DES GESAMTOBJEKTS 74
3.1.2 POSITIONIERUNG ANHAND EINER KANTE 76
3.2 AUSRICHTUNG EINES EINZELNEN OBJEKTS 80
3.2.1 ORIENTIERUNGSBERECHNUNG ANHAND DER HAUPTACHSE 80 3.2.2
POLARABSTANDSPROJEKTION 83
3.3 ROBOTERPOSITIONIERUNG 85
3.3.1 AUFGABENSTELLUNG 86
3.3.2 BILDVERARBEITUNGSKOMPONENTEN 87
3.3.3 POSITIONSERMITTLUNG AN EINEM OBJEKT 88
3.3.4 ORIENTIERUNG EINER OBJEKTGRUPPE 89
3.3.5 BEMERKUNGEN ZUR POSITIONSKORREKTUR 90
3.4 ZUSAMMENFASSUNG 92
4. QUERSCHNITT: SEGMENTIERUNG 95
4.1 ARBEITSBEREICHE 95
4.1.1 ARBEITSBEREICHE UND OBJEKTE 95
4.2 BINAERSEGMENTIERUNG 96
4.2.1 SCHWELLWERTE 97
4.2.2 SCHWELLWERTBESTIMMUNG AUS HISTOGRAMMANALYSEN 98 4.2.3
GRAUWERTHISTOGRAMME 99
4.2.4 VERALLGEMEINERUNG DER BINARISIERUNG 102
4.3 KONTURVERFOLGUNG 104
4.3.1 PUNKTNACHBARSCHAFT 105
4.3.2 ERZEUGUNG VON OBJEKTKONTUREN 107
4.3.3 KONTURDARSTELLUNG 108
4.4 TEMPLATE MATCHING 108
4.4.1 FUNKTIONSPRINZIP 109
4.4.2 OPTIMIERUNGSMOEGLICHKEITEN 113
4.4.3 BEMERKUNGEN ZUM TEMPLATE MATCHING 117
4.4.4 KANTENBASIERTE OBJEKTLOKALISIERUNG 118
4.5 KANTENDETEKTION 121
4.5.1 KANTENANTASTUNG IN INDUSTRIELLEN BILDSZENEN 121
4.5.2 SUBPIXELGENAUE KANTENLOKALISIERUNG 122
4.6 ZUSAMMENFASSUNG 124
5. KENNZEICHNUNGSIDENTIFIKATION 127
5.1 BARCODE-IDENTIFIKATION 127
5.1.1 PRINZIP DER BARCODEERKENNUNG AUF GRAUWERTBASIS 128
IMAGE 3
XNI
5.1.2 BARCODETYPEN 129
5.1.3 BEISPIELE FUER INDUSTRIELLE BARCODE-IDENTIFIKATION 131 5.1.4
ZWEIDIMENSIONALE CODES 133
5.2 KLARSCHRIFTERKENNUNG 136
5.2.1 LASERGRAVIERTE SCHRIFT AUF EINEM IC 136
5.2.2 BASISKONFIGURATION DER IC-SCHRIFTERKENNUNG 138 5.2.3 PRINZIPIELLER
AUFBAU EINER KLASSIFIKATIONSANWENDUNG 141 5.2.4 POSITIONSKORREKTUR AM IC
147
5.2.5 VERBESSERUNG DER ZEICHENQUALITAET 152
5.2.6 OPTIMIERUNG IM BETRIEB 153
5.3 ERKENNUNG GENAGELTER SCHRIFT AUF METALL 155
5.3.1 BELEUCHTUNG 155
5.3.2 VORVERARBEITUNG 156
5.3.3 SEGMENTIERUNG UND KLASSIFIKATION 157
5.4 BLOCKCODIERUNGEN AUF FILMROLLEN 159
5.5 DRUCKQUALITAETSKONTROLLE 162
5.5.1 VORGEHENSWEISE 163
5.5.2 DRUCKQUALITAETSKONTROLLE IN EINZELBEREICHEN 165 5.5.3
DRUCKQUALITAETSKONTROLLE MIT AUTOMATISCHER TEILUNG 166 5.6
ZUSAMMENFASSUNG 167
6. QUERSCHNITT: KLASSIFIKATION 171
6.1 WAS IST KLASSIFIKATION 171
6.2 KLASSIFIKATION ALS FUNKTIONSAPPROXIMATION 173
6.2.1 GRUNDBEGRIFFE 174
6.2.2 STATISTISCHE GRUNDLAGEN 176
6.2.3 KONSTRUKTION VON KLASSIFIKATOREN 177
6.3 MULTIREFERENZENKLASSIFIKATOREN 179
6.3.1 NAECHSTER-NACHBAR-KLASSIFIKATOR 179
6.3.2 RCE-NETZE 181
6.3.3 VEKTORQUANTISIERUNG 182
6.3.4 TEMPLATE MATCHING 183
6.3.5 BEMERKUNGEN ZU MULTIREFERENZENKLASSIFIKATOREN 183 6.4
FUNKTIONALKLASSIFIKATOREN 184
6.4.1 POLYNOMKLASSIFIKATOR 184
6.4.2 NEURONALE NETZE VOM TYP MULTILAYER-PERZEPTRON 185 6.5 BEMERKUNGEN
ZUM EINSATZ NEURONALER NETZE 189
6.5.1 ZUSAMMENSETZUNG DER LERNSTICHPROBE 189
6.5.2 MERKMALSSKALIERUNG 189
6.5.3 RUECKWEISUNG 190
6.5.4 ABGRENZUNG ZU ANDEREN KLASSIFIKATOREN 191
6.6 ZUSAMMENFASSUNG 192
IMAGE 4
XIV
7. VERMESSUNG 195
7.1 VERMESSUNGSAUFGABEN 196
7.2 EINFACHE VERMESSUNG 196
7.2.1 SCHWERPUNKTSABSTAENDE 198
7.2.2 KONTURABSTAENDE 201
7.2.3 WINKELMESSUNGEN 205
7.3 FORMKONTROLLE AN ELEKTRONIKSTANZTEILEN 207
7.3.1 PRUEFAUFGABE 207
7.3.2 BERECHNUNG VON AUSGLEICHSGERADEN 208
7.3.3 MESSUNG DES KONTURWINKELS 210
7.4 WINKELMESSUNG AN EINEM ZAHNRIEMEN 212
7.4.1 BELEUCHTUNGSAUFBAU 212
7.4.2 KANTENERZEUGUNG 214
7.5 FORMKONTROLLE AN SPRITZGUSSTEIL 215
7.5.1 BESTIMMUNG VON RADIEN 216
7.5.2 BEMERKUNGEN ZUR AUSGLEICHSKREISBERECHNUNG 219 7.6 HOCHGENAUE
VERMESSUNG EINES GEWINDEFLANSCHES 219 7.6.1 BELEUCHTUNG UND BILDAUFNAHME
220
7.6.2 SUBPIXELGENAUE VERMESSUNG DER GEWINDETIEFE 221 7.7 KALIBRIERUNG
223
7.7.1 KALIBRIERMODUS 223
7.7.2 PRUEFUNGSBEZOGENE KALIBRIERUNGEN 224
7.8 ZUSAMMENFASSUNG 225
8. QUERSCHNITT: BILDAUFNAHME UND BELEUCHTUNG 227
8.1 HALBLEITERSENSOREN FUER DIE BILDVERARBEITUNG 227
8.1.1 EINFUEHRUNG 228
8.1.2 CCD-SENSOREN 230
8.1.3 CMOS-SENSOREN 233
8.1.4 SONDERBAUFORMEN 235
8.1.5 FARBSENSOREN 236
8.1.6 EIGENSCHAFTEN VON SENSOREN 238
8.2 DIGITALKAMERAS 242
8.2.1 STEUERUNG DER BILDAUFNAHME 243
8.2.2 AUFNAHME VON FARBBILDERN 245
8.2.3 KENNWERTE VON DIGITALKAMERAS 247
8.2.4 EINSATZBEDINGUNGEN IN INDUSTRIEUMGEBUNGEN 249 8.3
BILDDATENUEBERTRAGUNG 250
8.3.1 CAMERALINK 251
8.3.2 FIREWIRE 253
8.3.3 USB 255
8.3.4 GIGABIT-ETHERNET 256
8.4 ZEILENKAMERAS 259
8.4.1 TYPEN VON ZEILENKAMERA-ANWENDUNGEN 259
IMAGE 5
XV
8.4.2 ORTSAUFLOESUNG BEI ZEILENKAMERAS 261
8.4.3 BELICHTUNG BEI ZEILENKAMERAS 262
8.4.4 STEUERUNG VON ZEILENKAMERAS 263
8.5 OPTISCHE GRUNDLAGEN 264
8.5.1 BLENDENZAHL 265
8.5.2 ABBILDUNGSGESETZE 266
8.5.3 SCHAERFENTIEFE 272
8.5.4 TYPISCHE AUFNAHMESITUATIONEN 276
8.5.5 ABBILDUNGSFEHLER 278
8.5.6 OBJEKTIVBESTIMMUNG 279
8.5.7 BESONDERE OBJEKTIVTYPEN 282
8.6 BELEUCHTUNGSTECHNIK 283
8.6.1 LEUCHTMITTEL 283
8.6.2 AUFLICHT 286
8.6.3 DURCHLICHT 289
8.7 ZUSAMMENFASSUNG 292
9. ANWESENHEITSKONTROLLE 297
9.1 ANWESENHEITSKONTROLLE MIT SCHWENK-NEIGEKOPF-ZOOMKAMERAS 298 9.1.1
PRUEFTEILGEOMETRIE 298
9.1.2 BELEUCHTUNG 300
9.1.3 POSITIONIERUNG 300
9.1.4 OBJEKTDETEKTION 301
9.1.5 VERIFIKATION DES ERGEBNISSES 302
9.2 EINFACHE VERMESSUNG ZUR MONTAGEKONTROLLE 304
9.2.1 BELEUCHTUNG 304
9.2.2 PRUEFKRITERIEN 306
9.2.3 OBJEKTERZEUGUNG UND MASSBERECHNUNG 308
9.2.4 POSITIONSKORREKTUR 309
9.3 ANWESENHEITSKONTROLLE MITHILFE VON KLASSIFIKATOREN 311 9.3.1
BELEUCHTUNG 312
9.3.2 KONTROLLE DER VERSTEMMUNG 314
9.3.3 TYPKONTROLLE DES FLANSCHES 320
9.4 KONTRASTLOSE ANWESENHEITSKONTROLLE 324
9.5 ANWESENHEITSKONTROLLE MIT ZEILENKAMERAS 326
9.5.1 PRUEFUNG ZYLINDRISCHER TEILE MIT FLAECHENKAMERAS 327 9.5.2 PRUEFUNG
EINES VENTILKOERPERS 330
9.5.3 BEMERKUNGEN 336
9.6 ZUSAMMENFASSUNG 338
10. QUERSCHNITT: OBJEKTMERKMALE 339
10.1 EINFACHE GEOMETRISCHE MERKMALE 339
10.1.1 UMSCHREIBENDES RECHTECK 339
10.1.2 FLAECHE UND UMFANG 340
IMAGE 6
XVI
10.1.3 SCHWERPUNKTSKOORDINATEN 344
10.1.4 ACHSEN UND RADIEN 345
10.2 FORMBESCHREIBENDE MERKMALE 347
10.2.1 KONTURKRUEMMUNG 347
10.2.2 FASERMERKMALE 350
10.2.3 EULER-ZAHL 351
10.2.4 MOMENTE UND FOURIERDESKRIPTOREN 351
10.3 GRAUWERTMERKMALE 352
10.3.1 STATISTIK ERSTER ORDNUNG 352
10.3.2 TEXTURMERKMALE 353
10.4 ZUSAMMENFASSUNG 354
11. FARBBILDVERARBEITUNG 357
11.1 FARBIDENTIFIKATION 358
11.1.1 AUSWERTESTRATEGIE 359
11.1.2 BELEUCHTUNG UND BILDAUFNAHME 360
11.1.3 FARBKLASSIFIZIERUNG 362
11.1.4 AUSWAHL DES KAMERABILDES FUER DIE BESCHRIFTUNGSERKENNUNG ....366
11.1.5 ERKENNUNG DER BESCHRIFTUNG 370
11.2 FARBSEGMENTIERUNG 372
11.2.1 BELEUCHTUNG 373
11.2.2 FARBKLASSIFIKATION 373
11.2.3 SEGMENTIERUNG 377
11.2.4 ANWESENHEITSPRUEFUNG 377
11.3 ZUSAMMENFASSUNG 378
12. REALISIERUNG VON BILDVERARBEITUNGSAPPLIKATIONEN 381 12.1
BILDVERARBEITUNGSPROJEKTE 381
12.2 PROZESSINTEGRATION 383
12.3 AUSBLICK 387
A. MATHEMATISCHE ERGAENZUNGEN 389
A. 1 BACKPROPAGATION-TRAINING 389
A. 1.1 NEURONALE NETZE - BEGRIFF UND GESCHICHTE 389
A. 1.2 GRUNDLAGEN 390
A.1.3 BACKPROPAGATION 391
A.2 HERLEITUNG DER SCHAERFENTIEFE 395
A.2.1 GRENZABSTAENDE 395
A.2.2 SCHAERFENTIEFE IM UNENDLICHEN 398
A.2.3 ABHAENGIGKEIT DER SCHAERFENTIEFE VON DER BRENNWEITE 400
B.SOFTWARE-DOWNLOAD 401
C. WEBLINKS ZUR INDUSTRIELLEN BILDVERARBEITUNG 403
IMAGE 7
XVII
LITERATURVERZEICHNIS 405
INDEX 407
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| author | Demant, Christian Streicher-Abel, Bernd Springhoff, Axel |
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