Vorwort | 4 |
Geleitwort | 7 |
Inhaltsverzeichnis | 9 |
1. Einleitung | 16 |
1.1 Warum noch ein Buch über Bildverarbeitung? | 16 |
1.2 Möglichkeiten und Grenzen | 18 |
1.3 Typen von Sichtprüfaufgaben | 20 |
1.3.1 Einteilung nach dem Prüfziel | 20 |
1.4 Aufbau von Bildverarbeitungssystemen | 21 |
1.4.1 Hardwareaufbau | 22 |
1.4.2 Signalfluss in der Prozessumgebung | 25 |
1.4.3 Signalfluss innerhalb des Bildverarbeitungssystems | 28 |
1.5 Vorgehensmodell | 30 |
1.6 Einführungsbeispiel | 32 |
1.6.1 Schrifterkennung | 33 |
1.6.2 Gewindetiefe | 36 |
1.6.3 Anwesenheitskontrolle | 38 |
1.7 Weiteres Vorgehen | 40 |
2. Querschnitt: Bildvorverarbeitung | 43 |
2.1 Grauwerttransformation | 44 |
2.1.1 Look-Up-Tabellen | 44 |
2.1.2 Lineare Grauwertskalierung | 47 |
2.1.3 Kontrastnormierung | 47 |
2.1.4 Histogramm-Ebnung | 48 |
2.1.5 Lokale Kontrastnormierung | 50 |
2.2 Bildarithmetik | 52 |
2.2.1 Bildaddition und Bildmittelung | 53 |
2.2.2 Bildsubtraktion | 53 |
2.2.3 Minimum und Maximum zweier Bilder | 56 |
2.2.4 Shading-Korrektur | 56 |
2.3 Lineare Filter | 58 |
2.3.1 Lokale Operationen und Bildumgebungen | 59 |
2.3.2 Prinzip linearer Filter | 59 |
2.3.3 Glättungsfilter | 62 |
2.3.4 Kantenfilter | 68 |
2.4 Medianfilter | 74 |
2.5 Morphologische Filter | 76 |
2.6 Andere nichtlineare Filter | 78 |
2.7 Koordinatentransformationen | 80 |
2.8 Integraltransformationen | 83 |
2.9 Zusammenfassung | 83 |
3. Lageerkennung | 86 |
3.1 Position eines Einzelobjekts | 86 |
3.1.1 Positionierung anhand des Gesamtobjekts | 87 |
3.1.2 Positionierung anhand einer Kante | 89 |
3.2 Ausrichtung eines einzelnen Objekts | 93 |
3.2.1 Orientierungsberechnung anhand der Hauptachse | 93 |
3.2.2 Polarabstandsprojektion | 96 |
3.3 Roboterpositionierung | 98 |
3.3.1 Aufgabenstellung | 99 |
3.3.2 Bildverarbeitungskomponenten | 100 |
3.3.3 Positionsermittlung an einem Objekt | 101 |
3.3.4 Orientierung einer Objektgruppe | 102 |
3.3.5 Bemerkungen zur Positionskorrektur | 103 |
3.4 Zusammenfassung | 105 |
4. Querschnitt: Segmentierung | 107 |
4.1 Arbeitsbereiche | 107 |
4.1.1 Arbeitsbereiche und Objekte Anwendungen ohne Segmentierung: | 107 |
4.2 Binärsegmentierung | 108 |
4.2.1 Schwellwerte | 109 |
4.2.2 Schwellwertbestimmung aus Histogrammanalysen | 110 |
4.2.3 Grauwerthistogramme | 111 |
4.2.4 Verallgemeinerung der Binarisierung Bereichsbinarisierung: | 114 |
4.3 Konturverfolgung | 116 |
4.3.1 Punktnachbarschaft | 117 |
4.3.2 Erzeugung von Objektkonturen | 119 |
4.3.3 Konturdarstellung | 120 |
4.4 Template Matching | 120 |
4.4.1 Funktionsprinzip | 121 |
4.4.2 Optimierungsmöglichkeiten | 125 |
4.4.3 Bemerkungen zum Template Matching | 129 |
4.4.4 Kantenbasierte Objektlokalisierung | 130 |
4.5 Kantendetektion | 133 |
4.5.1 Kantenantastung in industriellen Bildszenen | 133 |
4.5.2 Subpixelgenaue Kantenlokalisierung | 134 |
4.6 Zusammenfassung | 136 |
5. Kennzeichnungsidentifikation | 139 |
5.1 Barcode-Identifikation | 139 |
5.1.1 Prinzip der Barcodeerkennung auf Grauwertbasis | 140 |
5.1.2 Barcodetypen | 141 |
5.1.3 Beispiele für industrielle Barcode-Identifikation Barcode auf Metall: | 143 |
5.1.4 Zweidimensionale Codes | 145 |
5.2 Klarschrifterkennung | 148 |
5.2.1 Lasergravierte Schrift auf einem IC | 148 |
5.2.2 Basiskonfiguration der IC-Schrifterkennung | 150 |
5.2.3 Prinzipieller Aufbau einer Klassifikationsanwendung | 153 |
5.2.4 Positionskorrektur am IC | 159 |
5.2.5 Verbesserung der Zeichenqualität | 164 |
5.2.6 Optimierung im Betrieb | 165 |
5.3 Erkennung genagelter Schrift auf Metall | 167 |
5.3.1 Beleuchtung | 167 |
5.3.2 Vorverarbeitung | 168 |
5.3.3 Segmentierung und Klassifikation | 169 |
5.4 Blockcodierungen auf Filmrollen | 171 |
5.5 Druckqualitätskontrolle | 174 |
5.5.1 Vorgehensweise | 175 |
5.5.2 Druckqualitätskontrolle in Einzelbereichen | 177 |
5.5.3 Druckqualitätskontrolle mit automatischer Teilung | 178 |
5.6 Zusammenfassung | 179 |
6. Querschnitt: Klassifikation | 182 |
6.1 Was ist Klassifikation | 182 |
6.2 Klassifikation als Funktionsapproximation | 184 |
6.2.1 Grundbegriffe | 185 |
6.2.2 Statistische Grundlagen | 187 |
6.2.3 Konstruktion von Klassifikatoren | 188 |
6.3 Multireferenzenklassifikatoren | 190 |
6.3.1 Nächster-Nachbar-Klassifikator | 190 |
6.3.2 RCE-Netze | 192 |
6.3.3 Vektorquantisierung | 193 |
6.3.4 Template Matching | 194 |
6.3.5 Bemerkungen zu Multireferenzenklassifikatoren | 194 |
6.4 Funktionalklassifikatoren | 195 |
6.4.1 Polynomklassifikator | 195 |
6.4.2 Neuronale Netze vom Typ Multilayer-Perzeptron | 196 |
6.5 Bemerkungen zum Einsatz neuronaler Netze | 200 |
6.5.1 Zusammensetzung der Lernstichprobe | 200 |
6.5.2 Merkmalsskalierung | 200 |
6.5.3 Rückweisung | 201 |
6.5.4 Abgrenzung zu anderen Klassifikatoren | 202 |
6.6 Zusammenfassung | 203 |
7. Vermessung | 206 |
7.1 Vermessungsaufgaben | 207 |
7.2 Einfache Vermessung | 207 |
7.2.1 Schwerpunktsabstände | 209 |
7.2.2 Konturabstände | 212 |
7.2.3 Winkelmessungen | 216 |
7.3 Formkontrolle an Elektronikstanzteilen | 218 |
7.3.1 Prüfaufgabe | 218 |
7.3.2 Berechnung von Ausgleichsgeraden | 219 |
7.3.3 Messung des Konturwinkels | 221 |
7.4 Winkelmessung an einem Zahnriemen | 223 |
7.4.1 Beleuchtungsaufbau | 223 |
7.4.2 Kantenerzeugung | 225 |
7.5 Formkontrolle an Spritzgussteil | 226 |
7.5.1 Bestimmung von Radien | 227 |
7.5.2 Bemerkungen zur Ausgleichskreisberechnung | 230 |
7.6 Hochgenaue Vermessung eines Gewindeflansches | 230 |
7.6.1 Beleuchtung und Bildaufnahme | 231 |
7.6.2 Subpixelgenaue Vermessung der Gewindetiefe | 232 |
7.7 Kalibrierung | 234 |
7.7.1 Kalibriermodus | 234 |
7.7.2 Prüfungsbezogene Kalibrierungen | 235 |
7.8 Zusammenfassung | 236 |
8. Querschnitt: Bildaufnahme und Beleuchtung | 238 |
8.1 Halbleitersensoren für die Bildverarbeitung | 238 |
8.1.1 Einführung | 239 |
8.1.2 CCD-Sensoren | 241 |
8.1.3 CMOS-Sensoren | 244 |
8.1.4 Sonderbauformen | 246 |
8.1.5 Farbsensoren | 247 |
8.1.6 Eigenschaften von Sensoren Pixelgröße: | 249 |
8.2 Digitalkameras | 253 |
8.2.1 Steuerung der Bildaufnahme | 254 |
8.2.2 Aufnahme von Farbbildern | 256 |
8.2.3 Kennwerte von Digitalkameras | 258 |
8.2.4 Einsatzbedingungen in Industrieumgebungen Temperatur: | 260 |
8.3 Bilddatenübertragung | 261 |
8.3.1 CameraLink | 262 |
8.3.2 FireWire | 264 |
8.3.3 USB | 266 |
8.3.4 Gigabit-Ethernet | 267 |
8.4 Zeilenkameras | 270 |
8.4.1 Typen von Zeilenkamera-Anwendungen | 270 |
8.4.2 Ortsauflösung bei Zeilenkameras | 272 |
8.4.3 Belichtung bei Zeilenkameras | 273 |
8.4.4 Steuerung von Zeilenkameras | 274 |
8.5 Optische Grundlagen | 275 |
8.5.1 Blendenzahl | 276 |
8.5.2 Abbildungsgesetze | 277 |
8.5.3 Schärfentiefe | 283 |
8.5.4 Typische Aufnahmesituationen | 287 |
8.5.5 Abbildungsfehler | 289 |
8.5.6 Objektivbestimmung | 290 |
8.5.7 Besondere Objektivtypen | 293 |
8.6 Beleuchtungstechnik | 294 |
8.6.1 Leuchtmittel | 294 |
8.6.2 Auflicht | 297 |
8.6.3 Durchlicht | 300 |
8.7 Zusammenfassung | 303 |
9. Anwesenheitskontrolle | 308 |
9.1 Anwesenheitskontrolle mit Schwenk-NeigekopfZoomkameras | 309 |
9.1.1 Prüfteilgeometrie | 309 |
9.1.2 Beleuchtung | 311 |
9.1.3 Positionierung | 311 |
9.1.4 Objektdetektion | 312 |
9.1.5 Verifikation des Ergebnisses | 313 |
9.2 Einfache Vermessung zur Montagekontrolle | 315 |
9.2.1 Beleuchtung | 315 |
9.2.2 Prüfkriterien | 317 |
9.2.3 Objekterzeugung und Maßberechnung | 319 |
9.2.4 Positionskorrektur | 320 |
9.3 Anwesenheitskontrolle mithilfe von Klassifikatoren | 322 |
9.3.1 Beleuchtung | 323 |
9.3.2 Kontrolle der Verstemmung Vorverarbeitung. | 325 |
9.3.3 Typkontrolle des Flansches | 331 |
9.4 Kontrastlose Anwesenheitskontrolle | 335 |
9.5 Anwesenheitskontrolle mit Zeilenkameras | 337 |
9.5.1 Prüfung zylindrischer Teile mit Flächenkameras | 338 |
9.5.2 Prüfung eines Ventilkörpers | 341 |
9.5.3 Bemerkungen | 347 |
9.6 Zusammenfassung | 349 |
10. Querschnitt: Objektmerkmale | 350 |
10.1 Einfache geometrische Merkmale | 350 |
10.1.1 Umschreibendes Rechteck | 350 |
10.1.2 Fläche und Umfang | 351 |
10.1.3 Schwerpunktskoordinaten | 355 |
10.1.4 Achsen und Radien Hauptträgheitsachse: | 356 |
10.2 Formbeschreibende Merkmale | 358 |
10.2.1 Konturkrümmung | 358 |
10.2.2 Fasermerkmale | 361 |
10.2.3 Euler-Zahl | 362 |
10.2.4 Momente und Fourierdeskriptoren Momente: | 362 |
Fourierdeskriptoren: | 363 |
10.3 Grauwertmerkmale | 363 |
10.3.1 Statistik erster Ordnung | 363 |
10.3.2 Texturmerkmale | 364 |
10.4 Zusammenfassung | 365 |
11. Farbbildverarbeitung | 368 |
11.1 Farbidentifikation | 369 |
11.1.1 Auswertestrategie | 370 |
11.1.2 Beleuchtung und Bildaufnahme | 371 |
11.1.3 Farbklassifizierung | 373 |
11.1.4 Auswahl des Kamerabildes für die Beschriftungserkennung | 377 |
11.1.5 Erkennung der Beschriftung | 381 |
11.2 Farbsegmentierung | 383 |
11.2.1 Beleuchtung | 384 |
11.2.2 Farbklassifikation | 384 |
11.2.3 Segmentierung | 388 |
11.2.4 Anwesenheitsprüfung | 388 |
11.3 Zusammenfassung | 389 |
12. Realisierung von Bildverarbeitungsapplikationen | 391 |
12.1 Bildverarbeitungsprojekte | 391 |
12.2 Prozessintegration | 393 |
12.3 Ausblick | 397 |
A. Mathematische Ergänzungen | 398 |
A.1 Backpropagation-Training | 398 |
A.1.1 Neuronale Netze – Begriff und Geschichte | 398 |
A.1.2 Grundlagen | 399 |
A.1.3 Backpropagation | 400 |
A.2 Herleitung der Schärfentiefe | 404 |
A.2.1 Grenzabstände | 404 |
A.2.2 Schärfentiefe im Unendlichen | 407 |
A.2.3 Abhängigkeit der Schärfentiefe von der Brennweite | 409 |
B. Software-Download | 410 |
C. Weblinks zur industriellen Bildverarbeitung | 411 |
Literaturverzeichnis | 412 |
Index | 414 |