Bildverarbeitung außerhalb des sichtbaren Spektrums

Das menschliche Auge kann Licht mit Wellenlängen von etwa 400 bis 750 Nanometern erkennen. Industrielle Bildverarbeitungssysteme konzentrierten sich viele Jahre lang fast ausschließlich auf diesen sichtbaren Bereich. Durch die zunehmende Leistungsfähigkeit von Sensoren in den Bereichen Short Wave Infrared (SWIR) und Ultraviolett (UV) ist nun auch der ökonomische Einsatz von Spezialkameras außerhalb des sichtbaren Spektrums in dafür prädestinierten Anwendungen möglich.

Die Inspektion mit SWIR-Kameras ist bereits in den unterschiedlichsten Industriebranchen eine bewährte Technologie. Die neuen SWIR-Kameras von SVS-Vistek sind in der Lage, zusätzlich zum SWIR-Bereich mit einem einzigen Sensor auch den für das menschliche Auge sichtbaren Bereich abzudecken. Die kombinierte Nutzung des sichtbaren und des SWIR-Bereichs erleichtert es beispielsweise, Kontaminationen sowie Fäulnis oder Druckstellen an Obst oder Gemüse auf dem Selektionsband zu erkennen, Silizium in der Solar- und Elektronikindustrie zu inspizieren oder mit anderen Technologien unsichtbare Verunreinigungen, Wasser oder Wasserdampf auszumachen. Für den kompletten Wellenlängenbereich von 400 nm – 1700 nm nur einen einzigen Sensor zu benötigen, führt zu deutlich geringeren Kosten und weniger komplexen Inspektionssystemen.

SVS-Vistek hat derzeit mit den SWIR-Kameras exo990, fxo990 und exo991 drei leistungsstarke Modelle im Programm. Durch ihre Auflösung von 0,3 MP bzw. 1,3 MP, Frameraten von 90 bis 259 Bildern/s, einem sehr kompakten Sensorformat mit einer Diagonalen von nur 8,2 mm bzw. 4,1 mm, einem hervorragenden Temperaturmanagement und modernen Schnittstellen wie GigE Vision und CoaXPress-12 ist eine Vielzahl von Anwendungen realisierbar. Dabei liefert die Kamera eine hervorragende Bildhomogenität über das gesamte Spektrum von 400 bis 1700 nm. Technische Grundlage sind die SenSWIR-Sensoren von Sony, die derzeit auf dem Markt in dieser Qualität konkurrenzlos sind. Eine wesentliche Verbesserung im Vergleich zu bisherigen SWIR-Sensoren besteht dabei im so genannten Cu-Cu-Bonding, das kleinere Pixelstrukturen und damit eine verbesserte Auflösung ermöglicht. Modernste InGaAs-Technologie, eine hohe Auflösung und ihre Empfindlichkeit über einen großen Spektralbereich sind damit die Basis für die industriellen SWIR-Kameras von SVS-Vistek.

Neues am kurzen Ende des Spektrums

Die Verwendung ultravioletter Wellenlängen, die im Spektrum von ca. 200 bis 400 nm liegen, war in der industriellen Inspektion aufgrund der niedrigen Auflösung bislang verfügbarer UV-Kameras weniger beliebt als der Einsatz SWIR-basierter Kameras. Mit den neuen UV-Kameras fxo487MCX und fxo487MXGE verändert SVS-Vistek diese Situation grundlegend. Der 8,1-MP-Sensor von Sony, der in diese Kameras integriert ist, erlaubt die Erkennung von unsichtbaren Produktdefekten durch ultrascharfe, hochauflösende UV-Bilder. Wichtigste Einsatzbereiche dieser mit CoaXPress-12- bzw. 10GigE-Interface ausgestatteten Kameras sind komplexe Inspektionsaufgaben, z.B. in der Batterie-, Halbleiter-, Glas-, Recycling-, Edelstein- und Automobilbranche.

Kameras, die polarisieren

Ein weiteres interessantes Feld für die industrielle Inspektion sind Polarisationskameras. Auch hier stellt eine Sensorentwicklung von Sony die Grundlage für diese innovative Technologie dar. Die polarized Sensoren IMX264MZR, IMX250MZR und IMX253MZR arbeiten mit einer Matrix von Polfiltern unterschiedlicher Orientierung (0°, 90°, 45° und 135°), die in jedem 2×2 Pixel-Array direkt auf dem Sensor appliziert ist. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass mit einer einzigen Aufnahme – ohne Änderung der Beleuchtung – gleichzeitig der Grad der Polarisation des Lichtes, seine Polarisationsrichtung und die Intensität des polarisierten Lichtes gemessen und ausgewertet werden können. Die gleichzeitige Erfassung verschiedener Polarisationsrichtungen und -Grade ermöglicht eine sichere Bildauswertung auf optischer Basis. Änderungen der mechanischen bzw. optischen Einstellungen am Objektiv oder an der Beleuchtung sind nicht notwendig, was viele Aufgaben in der Bildverarbeitung vereinfacht.

SVS-Vistek bietet auf Basis dieser innovativen Sensoren derzeit sechs Polarized-Modelle der EXO-Serie mit 5 oder 12 Megapixel Auflösung und Bildraten von 10 bis 75 Bildern/s. Bei den Schnittstellen haben Anwender die Wahl zwischen Gigabit Ethernet und USB3. Mit diesen Polarized-Kameras erschließt SVS-Vistek im Vergleich zu herkömmlichen Industriekameras interessante neuartige Möglichkeiten. Die Polarisationsmessung erlaubt beispielsweise die Überprüfung nichtmetallischer transparenter oder reflektierender Materialien wie Wasser, Plastik oder Glas sowie die Kontrolle schwieriger Oberflächen oder das Lesen von schwarzer Schrift auf schwarzem Untergrund, was unter anderem in der Reifenproduktion eine bislang kaum lösbare Aufgabe darstellte. In der Pharmaindustrie eignen sich Polarisationskameras besonders für die Blisterkontrolle, um fehlerhafte Tablettenverpackungen oder -bestückungen zuverlässig zu erkennen und auszusortieren.

Mit einem breiten Angebot an SWIR-, UV- und Polarized-Kameras und darauf optimal abgestimmten Beleuchtungs- und Optikkomponenten stellt SVS-Vistek erneut seine technische Expertise in der Bildverarbeitung auch außerhalb des sichtbaren Lichtspektrums unter Beweis und berät Anwender bei der Auswahl der optimalen Kombination für die jeweilige Aufgabenstellung gerne.

Messehinweis: SVS-Vistek stellt auf der Automatica 2022 (München, 21.-24. Juni 2022) in Halle B5 am Stand 101 aus.