Konzept der kleinsten erkennbaren Objektgröße｜Grundlagen industrieller Bildverarbeitungssysteme｜Vision Basics

Konzept der kleinsten erkennbaren Objektgröße

Konzept der kleinsten erkennbaren Objektgröße bei der Mängelprüfung

In vielen Fällen möchten die Benutzer von Bildverarbeitungssystemen die kleinste erkennbare Größe von Defekten oder Mängeln wissen.

Die folgende Berechnung liefert für das Bildverarbeitungssystem die kleinste erkennbare Größe von Mängeln.

A＝CCD-Pixel in der Y-Richtung der Kamera
B＝Bildfeld Y (Y-Richtung, mm)
C＝Abmessungen der kleinsten erkennbaren Bildelemente auf dem CCD (Pixel)

Kleinste erkennbare Größe= B x C / A

Stain on a plastic workpiece — Fleck auf einem Werkstück aus Kunststoff

BERECHNUNGSVERFAHREN

In diesem Bereich kann das Bildfeld (B) zum Erfassen eines Messobjekts zwischen 10 mm und 100 mm schwanken, je nach der Größe des für die betreffende Anwendung ausgewählten Objektivs. Die Pixelanzahl des CCD-Elements hängt von der verwendeten Kamera ab. Die Pixelanzahl in Y-Richtung (A) beträgt bei einem Standard-CCD mit 240.000 Pixeln 480 Pixel, während dieser Wert sich bei einem Megapixel-CCD mit 2 Millionen Pixel auf 1.200 Pixel beläuft. Die kleinste erkennbare Größe (C) beträgt auf einem CCD 1 Pixel. Für Defekterkennungsanwendungen ist es jedoch möglicherweise besser, 2-4 Pixel vorzugeben.

Als Beispiel werden wir nun die kleinste erkennbare Größe von Defekten bei Verwendung einer Megapixel-Kamera mit einem Bildfeld von 60 mm (B) abschätzen. Nehmen wir an, die kleinste erkennbare Pixelgröße (C) hat den Idealwert von 2 Pixeln. Wenn wir in die oben angegebene Formel A = 1.200 Pixel, B = 60 mm und C = 2 Pixel einsetzen, dann ergibt sich:
Kleinste erkennbare Größe = 60 X 2÷1.200 = 0,1 mm

Einstellungen für die Prüfung von kontinuierlich zugeführten Objekten

Verschlusszeit

Wenn sich die Messobjekte ohne zu stoppen durch das Bildfeld der Kamera bewegen, muss die Verschlusszeit der Kamera berücksichtigt werden.

Wenn beispielsweise beim Prüfen einer fortlaufenden Folie die Verschlusszeit (Belichtungszeit) zu lang eingestellt ist, dann verschwimmt das erfasste Bild.
Um diese Bewegungsunschärfe zu verhindern, muss die Verschlusszeit so eingestellt werden, dass sich das Messobjekt um maximal 1/5 seiner Längsabmessung weiterbewegt, während es von der Kamera erfasst wird.

Verschlusszeit = Erforderliche kleinste erkennbare Größe von Defekten ÷ 5 ÷ Bandgeschwindigkeit

Beispiel: Erforderliche kleinste erkennbare Größe von Defekten = 1 mm
Bandgeschwindigkeit = 1 m/s.
Verschlusszeit = 1 mm ÷ 5 ÷ 1.000 mm/s = 1/5.000
Die ideale Verschlusszeit ist 1/5.000.

Maximale Bandgeschwindigkeit

Um zu ermitteln, mit welcher Geschwindigkeit sich die Objekte/das Material maximal bewegen darf, um eine bestimmte Prüfung durchfführen zu können, müssen Sie zunächst zwei andere Faktoren berechnen:

Das maximale Bildfeld der Kamera (aufgrund der Berechnungen auf der vorhergehenden Seite).
Die Verarbeitungszeit des Bildverarbeitungssystems, ermittelt durch Testen der Prüfbedingungen mit den Messobjekten der Anwendung.

Sobald diese Elemente ermittelt sind, können Sie mit folgender Formel die maximale Produktionsgeschwindigkeit berechnen:

Maximale Produktionsgeschwindigkeit = Bildfeld ÷ Bildverarbeitungszeit

Wenn beispielsweise die erforderliche kleinste erkennbare Größe von Defekten 0,2 mm beträgt, kann gemäß der oben stehenden Tabelle das Bildfeld bei einer Kamera mit 2 Millionen Pixeln bis zu 100 mm betragen.

Wenn die Bildverarbeitungszeit 50 ms beträgt, dann gilt:

Maximale Produktionsgeschwindigkeit = 100 mm ÷ 0,05 s = 2.000 mm / s

Kleinste erkennbare Objektgröße

Auch wenn die Mindestgröße für CCD ein Pixel beträgt, sind Zugeständnisse erforderlich und man sollte die Mindestanzahl an Pixeln, die zum Erkennen eines Messobjekts verwendet werden, selbst bei Bildern mit hohem Kontrast auf mindestens 2 Pixel-Quadrat festlegen. Je nach Prüfbedingung können sogar 4 Pixel-Quadrat erforderlich sein.

Umgekehrt betrachtet kann man aus der kleinsten erkennbaren Objektgröße auch das Sichtfeld berechnen. Bei einer gewünschten kleinsten erkennbaren Objektgröße von 0,1 mm und einer vertikalen Pixelanzahl von 1.200 lautet die Berechnungsformel: Sichtfeld = 0,1 (mm)/2 Pixel x 1.200 Pixel. Daraus ergibt sich ein Sichtfeld in Y-Richtung von 60 mm.

Unterstützte Bandgeschwindigkeit

[Vereinzelte Beschickung]: ・Maximale Anzahl an Prüfungen pro Minute = 60 Sekunden/Verarbeitungszeit durch das Bildverarbeitungssystem in Sekunden; ・Vom Bildverarbeitungssystem geforderte Verarbeitungsgeschwindigkeit (ms) = 1/gewünschte Anzahl der Prüfungen pro Sekunde x 1.000
[Kontinuierliche Beschickung]: ・Belichtungszeit = Gewünschte kleinste erkennbare Fremdkörpergröße/ 5/ Bandgeschwindigkeit; ・Maximale Bandgeschwindigkeit = Sichtfeld/Bildverarbeitungszeit