Quality Guide 2018

:: Bildverarbeitung
kann den menschlichen Anwender überfordern. Wissenschaftler
wie etwa vom Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb
und -automatisierung (IFF) arbeiten daher
daran, mithilfe von selbstlernenden Systemen die Messergebnisse
aus Hyperspektral-Anwendungen zu analysieren.
Basierend auf systematisch erhobenen Beispieldaten
werden Modelle generiert, welche die Bearbeitung
der Spektraldaten in Echtzeit im Produktionsprozess
ermöglichen.
Das System, das vom Institut entwickelt wurde, lässt
sich auf verschiedene Zielwerte trainieren und ist in der
Lage, Materialidentität ebenso zu erkennen wie chemi-
Kosten zur Folge. Zum anderen entstehe bei einer zeitgleichen
Aufnahme eines Objekts mit zwei Kameras
aufgrund der unterschiedlichen Aufnahmewinkel ein
Parallaxenfehler, der nachträglich korrigiert werden
muss.
Mit dem System des Fraunhofer IPMS lassen sich dagegen
Bilder in unterschiedlichen Spektralbereichen simultan
mit nur einem Objektiv parallaxenfrei aufnehmen.
Der Ansatz basiert auf einem speziellen Spiegelobjektiv.
Im Gegensatz zu Linsen können Spiegel über
mehrere spektrale Bereiche hinweg eingesetzt werden.
Darüber hinaus entstehen in derartigen Systemen keine
für die Bildqualität nachteiligen Farbfehler.
Das Kamerasystem besteht neben dem Spiegelobjektiv
aus zwei Bildsensoren mit entsprechender Elektronik.
Die Strahlung wird im Objektiv mit einem Strahlteiler
in die gewünschten Spektralbereiche aufgeteilt und
anschließend auf den jeweiligen Bildsensor gelenkt.
Die Anordnung von Spiegel und Strahlteiler ist dabei
so gewählt, dass eine Parallaxe zwischen den Teilstrahlengängen
vermieden den und eine simultane Bildaufnahme
ohne nachträgliche Parallaxenkorrektur ermöglicht
wird.
Smartphone wird zum Hyperspektralsystem
Mittlerweile gibt es auch
Komplettlösungen, die
Software und verschiedene
Hardware-Komponenten
wie etwa Kameras
und Beleuchtung
umfassen
Bild: Stemmer Imaging
sche Zusammensetzungen. Eine Beispielanwendung ist
die Qualitätssicherung bei der Röstung von hochwertigem
Kaffee. Die Technologie kann dabei zum kontinuierlichen
Prüfen der Qualität des zu verarbeitenden Rohkaffees
sowie zum kontinuierlichen Monitoring des gerösteten
Kaffees zum Einsatz kommen.
Die Hyperspektralkamera macht zum Beispiel Aufnahmen
von Rohkaffee auf einem Förderband. Dank der
Kombination von Hyperspektraltechnik und künstlicher
Intelligenz ist das System in der Lage zwischen den beiden
Sorten Arabic und Robusta zu unterscheiden – obwohl
die farblichen Unterschiede zwischen diesen nur
minimal sind.
Andere Fraunhofer Wissenschaftler beschäftigen
sich mit der Optimierung von multispektralen Technologien.
Das Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme
IPMS hat dafür ein spezielles Kamerasystem entwickelt.
Laut den Forschern müssen in der Regel mindestens
zwei unterschiedlichen Kamerasysteme eingesetzt werden,
wenn die Spektralbereiche in einer Anwendung
weit auseinander liegen. Das habe zum einen erhöhte
Aufgrund des verstärkten Interesses an Hyperspektralsystemen
und der großen Möglichkeiten, die sie bieten,
arbeiten viele Anbieter daran, die Technologie weiterzuentwickeln.
„Wir beobachten einen Trend zur Verkleinerung
der Systeme, wobei hier Sorge getragen werden
muss, dass dies nicht zu Lasten der Leistungsfähigkeit
gehen darf. Welche Grenzen hier gesetzt sind, wird die
Zukunft weisen“, wird Hilmar Krüger, Vertriebsleiter von
Inno-spec, in einer Pressemitteilung zur Messe Vision zitiert.
Markus Burgstaller, CEO von Perception Park, sieht
außerdem bei der Hyperspektraltechnik einen Trend zu
Embedded-Systemen – so wie dies in der gesamten
Bildverarbeitung der Fall ist. „Die Kameras werden zunehmend
kleiner und kostengünstiger und erlauben in
Kombination mit neuen Bildaufnahmetechnologien in
absehbarer Zeit den Einsatz in Handheld-Geräten wie
zukünftigen Smartphones.“
Auch daran arbeiten Wissenschaftler des Fraunhofer
IFF. Sie haben eine App entwickelt, mit der sich das
Smartphone wie eine Hyperspektralkamera nutzen
lässt. „Der Anwender braucht für die Messung nichts
weiter als die Kamera, die ohnehin in seinem Smartphone
integriert ist“, sagt Professor Udo Seiffert, Kompetenzfeldleiter
am Fraunhofer IFF.
„Wir haben mit der Kamera einen breitbandigen dreikanaligen
Sensor – also einen, der alle Wellenlängen
misst – und beleuchten den Gegenstand mit Licht unterschiedlicher
Farbe“, erklärt Seiffert. Das heißt: Nicht
die Kamera misst die Lichtintensität in den verschiedenen
Farben, sondern das Display beleuchtet das Objekt
nacheinander in Sekundenbruchteilen in einer Reihe
von unterschiedlichen Farben.
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Quality Guide