Alternative zu One-Shot-Verfahren Mit Computational Imaging die Bildverarbeitung optimieren

Verschiedene Bilder einer Euromünze, aufgenommen mit »CVS Trevista Surface«: Neigungsbild in x-Richtung, Neigungsbild in y-Richtung, Texturbild, Krümmungsbild.
Verschiedene Bilder einer Euromünze, aufgenommen mit »CVS Trevista Surface«: Neigungsbild in x-Richtung, Neigungsbild in y-Richtung, Texturbild, Krümmungsbild.

Computational Imaging erzeugt aus einer Reihe von Bildern, die unter verschiedenen optischen und Lichtbedingungen entstanden sind, ein Ausgabebild mit den für eine bestimmte Anwendung wichtigsten Bildeigenschaften. Diese Methode bietet erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen One-Shot-Verfahren.

Mit Computational Imaging (CI) lässt sich nicht nur die Leistungsfähigkeit einer Kamera verbessern, es lassen sich vielmehr Bilddetails sichtbar machen, die vorher nicht zu erkennen waren. »Im Gegensatz zur herkömmlichen Bilderfassung, die oft eine umfangreiche Bildverarbeitung nach der Aufnahme erfordert, gibt CI mit seiner gezielten Merkmalsextraktion direkt das benötigte Bild aus, was robustere Bildverarbeitungslösungen ermöglicht«, sagt Mark Williamson, Director of Corporate Marketing bei Stemmer Imaging.

Eine zentrale Voraussetzung von CI ist die Optimierung der Beleuchtungskonfiguration und eine Sequenz aus mehreren Einzelbildern mit unterschiedlicher Beleuchtung für jedes Bild. »Das kann für die einzelnen Bilder eine Änderung der Lichtstärke, des Winkels oder der Wellenlänge bedeuten«, erläutert Mark Williamson. »Durch segmentierte, multispektrale oder mehrere einzelne Lichtquellen sind verschiedene CI-Techniken möglich, etwa Verbesserung der Bildqualität und Bildschärfe sowie Wiederherstellung von Geometrie und Material.«
Typische CI-Techniken sind:

- High-Dynamic-Range Imaging (HDR): Erzeugen von Bildern mit höheren Kontrastverhältnissen
- Ultra-Resolution Colour (URC): Erstellen von Farbaufnahmen in höherer Auflösung ohne Interpolationsartefakte
- Extended Depth of Field (EDOF): Optimierte Messungen ohne Lichtverlust oder reduzierte Vergrößerung
- Bright Field / Dark Field: Kombinieren der Vorteile zweier bekannter Beleuchtungstechniken
- Multispectral Imaging: Optimierte Aufnahmen mit maximalem Kontrast aus mehreren Spektralbändern
- 360° Object Capture: Erstellen von Panorama-Aufnahmen aus Einzelbildern mehrerer Szenen
- Photometric Stereo (PMS): Erzeugen von Kanten- und Texturaufnahmen mit Hilfe von Shape from Shading.

CCS, Hersteller von LED-Beleuchtungen für die industrielle Bildverarbeitung, bietet ein „Computational Illumination Kit“ an, das für alle Standard-Kameras und die meisten Smart Cameras geeignet ist. Hierzu gehören Ring- und Balkenbeleuchtungen mit vier Quadranten, multispektrale und segmentierte Full-Colour-Beleuchtungen, Software und Kabel sowie die vierkanalige, programmierbare LED-Beleuchtungssteuerung „Light Sequence Switch“ (LSS). Mit einem externen System-Trigger startet das LSS-System eine vorprogrammierte Beleuchtungssequenz auf den vier Kanälen und erzeugt einen korrelierten Kamera-Trigger, der eine externe Bildaufnahme automatisch auf die programmierte Beleuchtungssequenz einstellt. Dabei lassen sich Trigger- und Belichtungszeit für eine Sequenz ebenso einstellen wie die Pulslänge für jeden einzelnen Kanal. Das System ist kompatibel mit gängiger Machine-Vision-Software, in der Photometric Stereo bereits implementiert ist, etwa mit „Sherlock“ von Teledyne Dalsa.