InnovativeBildverarbeitung

Holger Dietz, Industriefachwirt, Vertriebs- und Marketing-Leiter, dhs GmbH, Greifenstein-Beilstein

Verwenden Sie in Ihrer täglichen Arbeit Mikroskope und/oder Makro-Einrichtungen zur Visualisierung von Materialproben, Werkstücken und Baugruppen? Müssen Sie beispielsweise Schadensfälle innerhalb eines QS-Managementsystems analysieren und dokumentieren? Dann kennen Sie sicher den Effekt, dass man bei der Bilddarstellung – z.B. mit analogen CCD-Kameras oder auch modernen digitalen Bildquellen – an gewisse physikalische Grenzen stösst.

An einem Praxisbeispiel erläutert kann sich das so äussern, dass in einer QS-Abteilung einer Giesserei eine Reklamation ausgewertet werden soll. Hierbei ist es aufgrund eines Herstellungsfehlers zu einem Riss innerhalb eines Gussteils gekommen. Diese Rissbildung gilt es nun mikroskopisch zu untersuchen, um hierdurch Rückschlüsse auf Fehlerursachen ziehen zu können und in der Folge konkrete Abstellmassnahmen für den Fertigungsprozess zu definieren. Die vorliegende Aufgabe ist also, das Bauteil möglichst detailgetreu unter Zuhilfenahme eines Mikroskops aufzunehmen und mit diesen Bildern einen aussagekräftigen Bericht herzustellen. Da jedoch der Riss in seiner ganzen Ausdehnung (bei der benötigten Objektivvergrößerung) nicht in einem einzelnen Bild darstellbar ist, stellt sich die Frage, wie so etwas einfach und dennoch qualitativ ansprechend und reproduzierbar bewerkstelligt werden kann. Der Schlüssel dazu ist die digitale Bildverarbeitung.

Innovative Lösungen, wie zum Beispiel die dhs-Bilddatenbank bieten dafür einfach bedienbare Möglichkeiten zur Erzeugung sogenannter „Panoramabilder“. Wie man es aus Urlaubstagen her kennt, wenn man sich in den Alpen auf einem schönen Aussichtspunkt befindet und den Blick rundum schweifen lässt, so kann man dies auch auf Fälle wie in dem geschilderten Beispiel übertragen.

Einigen Lesern wird das unter Umständen bekannt sein, wie mit bisherigen Mitteln Ausdrucke aus Videoprintern (oder auch fotografische Papierabzüge) mit Schere und Klebstoff von Hand in mühevoller und langwieriger Arbeit zu „Tapeten“ zusammengeklebt wurden. Neue Methoden lösen diese nicht mehr zeitgemässe Arbeitsweise ab. Konkret bedeutet dies: Von dem Riss im Gussteil werden einfach mehrere überlappt aufgenommene Einzelbilder in der benötigten Vergrösserung erzeugt und in einer Bilddatenbank abgespeichert.

Mittels eines speziellen Software-Tools werden nun diese Einzelbilder auf einer Art Tableau – wie bei einem Dia-Leuchtpult – zusammenmontiert. Das Panorama-Modul zur dhs-Bilddatenbank sticht dabei durch einen in dieser Form einmaligen Leistungsumfang heraus. Denn hier kann man diese zuvor abgespeicherten Einzelbilder nicht nur nebeneinander sondern auch untereinander anordnen. So besteht die Chance, eine Probe mäanderförmig abzufotografieren und anschliessend zusammenzusetzen! Aber damit nicht genug: schon die eigentliche Bildmontage wird durch die ausgeklügelte Programmierung enorm einfach und damit bedienerfreundlich. Im Überlappungsbereich erscheinen die Bilder transluzent, was das absolut exakte Positionieren überhaupt erst ermöglicht.

Auch der Abbildungsmassstab lässt sich variieren, so kann man in einer verkleinerten Übersichtsdarstellung erst einmal grob per Maus vorjustieren, um dann jedes einzelne Bild später in einem frei wählbaren Vergrößerungsmassstab pixelgenau mit den Cursortasten zu positionieren. Und als weitere Option kann man sogar jedes Einzelbild in einem vom Bediener frei wählbaren Winkel drehen, falls beispielsweise die Probe nicht exakt rechtwinklig positioniert war.

Unterschiedliche Kombinationsmodi (anteilig überlappend, „von oben nach unten“ oder „von unten nach oben“ überdeckend) sowie ein abschließendes Beschneiden des fertigen Ergebnisbildes runden diese clevere Lösung ab. Aber erst in der Praxis zeigen sich die zwei bisher unerwähnten Hauptvorteile: Die ganz enorme Zeit- und Kostenersparnis und die perfekte Kommunizierbarkeit ohne jegliche Qualitätsverluste. Durch die Integration eines solchen Panorama-Moduls in eine Bilddatenbank stehen nämlich alle anderen Funktionen, wie z.B. eine automatisierte Berichtserzeugung und eMail-Kommunikation, im Rahmen der allseits bekannten Windows-Office-Familie (Word, Excel, PowerPoint, Outlook usw.) zur Verfügung.

Doch nun zu der eingangs erwähnten dritten Dimension, der Z-Achse. Wir verlassen nun das Panorama-Modul und wenden uns dem Problem der mangelnden Tiefenschärfe zu. Eine Schwierigkeit, die eigentlich jeder kennt: Eine Probe mit relativ grosser Ausdehnung in der Z-Achse und/oder mangelnde optische Tiefenschärfe durch hohe Vergrößerungen bzw. Blendeneinstellungen. Dies führt jeweils zum gleichen negativen Effekt: Es wird – egal wie man nun fokussiert – immer nur ein begrenzter Bildanteil scharf dargestellt. Um diesem physikalischen Phänomen zu begegnen bedient man sich ebenfalls moderner Computertechnik. Umfangreiche Algorithmen erlauben es heute, Bilder von bisher ungekannter Tiefenschärfe zu erzeugen. Auch hierzu werden – wie im ersten Beispiel „Panorama“ – mehrere Einzelbilder aufgenommen und abgespeichert. Aber diesmal eben nicht seitlich versetzt, sondern vertikal durchfokussiert (man erzeugt also einen Z-Achsen-Bilderstapel). Man benötigt für eine erfolgreiche Operation so viele Aufnahmen, bis jeder Bildbereich einmal scharf eingestellt war, mindestens also zwei. Aus diesen Bildern wird nun softwareseitig der jeweils scharfe Bildanteil extrahiert und in einen Pufferspeicher geschrieben. Nachdem das nun für alle Einzelaufnahmen erfolgt ist, werden sie zu einem gesamtscharfen Ergebnisbild zusammenaddiert. Und das Resultat verblüfft und überzeugt immer wieder selbst „alte Hasen“: Ein Bild, welches komplett scharf dargestellt wird und in dieser Form durch die physikalischen Grenzen in der Realität nie sichtbar gewesen wäre! Die Entwickler einer solchen Software müssen sich allerdings auf enorm vielfältige Grundvoraussetzungen einstellen. So ist das Ausgangs-Bildmaterial naturgemäss je nach Einsatzzweck teils stark differierend: Im BioMed-Bereich sind in aller Regel Durchlichtpräparate an der Tagesordnung, wo hingegen in werkstoffkundlichen und qualitätssichernden Labors der Industrie vorwiegend Auflichtmikroskope dominieren. Und dann gibt es im Forschungsbereich auch noch Spezialfälle, wo z.B. mit Rasterelektronenmikroskopen (REM) gearbeitet wird. Für alle diese Eventualitäten ist das Modul „Schärferekonstruktion“ bestens gerüstet, denn als einziges auf dem Markt verfügt es über gezielt entwickelte – vom Benutzer adaptierbare – Modi, die damit erst zu einem optimalen Ergebnis führen.

Wie schon das „Panorama-Modul“ ist auch die „Schärferekonstruktion“ Teil einer schlüssigen Bilddatenbank-Lösung, die durch ihre modulare Bauweise sehr nutzerorientiert und budgetschonend zusammengestellt werden kann. Hierin wird der gesamte Workflow, von der Bildaufnahme, über die Bildverarbeitung, -auswertung und -analyse bis hin zur Dokumentation und Kommunikation in einem System abgebildet.

Von einer modernen Software muss man darüber hinaus verlangen, dass sie sehr flexibel anpassbar ist und sich in vorhandene EDV-Landschaften einfügen sollte. Wenn sie wie bei dhs auch noch vollkommen frei programmierbar ist und dadurch updatefähige Individualprogrammierungen zulässt, um so besser. Hier sind Sonderwünsche sogar willkommen. Natürlich kann man das ganze sowohl im Stand-Alone-Betrieb genauso einsetzen, wie in komplexen Firmennetzwerken. Basis hierfür sind die bekannten Windows-Betriebssysteme Win 98/Me sowie Win NT/2000. Auch die Anbindung an das Ende Oktober 2001 kommende Windows XP sind bei dhs garantiert, somit eine zukunftssichere Investition.

Mit der heute verfügbaren EDV-technischen Ausrüstung erhalten Anwender aus Forschung und Industrie bisher ungekannte Möglichkeiten in der Bildverarbeitung. Es werden Auswertungen realisierbar, die bisher in dieser Form nicht darzustellen waren. Darüber hinaus bieten Datenbanksysteme mit ihren angegliederten Auswertetools heute Komplettlösungen für den gesamten Workflow (von der Bildaufnahme bis zur fertigen Dokumentation) in vielerlei Anwendungsgebieten, und das unter wirtschaftlich sehr interessanten Rahmenbedingungen. Denn die modulare Bauweise ist budgetschonend und dadurch sind die Amortisationszeiten bei der Anschaffung solcher Software sehr gering!

Weitere Informationen A QE 418