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Neue Generation

Analoge CCD-Kameras für die industrielle BV
Neue Generation

Die elektrische und die optische Seite der LV–Kameraserie
Eine neue Generation von analogen industriellen CCD-Kameras bietet Funktionen, die weit über den genormten Videostandard hinausgehen. Mit hochauflösenden Sensoren und Partial-Scan Funktionen lassen sich Anwendungen in der industriellen Bildverarbeitung realisieren, die bisher nur mit speziellen Framegrabber-/Kamerakombinationen im Highend-Bereich lösbar waren.

Dipl.-Informatiker Meinhard Simnacher, Leutron Vision GmbH, Konstanz

Hinzu kommen große Fortschritte in der Miniaturisierung und verbesserte Leistungsdaten. In Kombination mit kostengünstigen Multinorm-Framegrabbern ist mit den Kameras in vielen Bereichen der Bildverarbeitung ein bisher nicht erreichtes Preis-/Leistungsverhältnis möglich. Die Funktionen und Vorteile dieser Systeme sollen beispielhaft anhand der LV-Kameraserie und der PicPort-Framegrabber der Firma Leutron Vision aufgezeigt werden.
Neue CCD-Sensoren
Die neuen analogen Kameras basieren auf CCD-Chips mit hoher Dynamik, sehr gutem Signal-/Rauschverhalten und sehr hoher Lichtempfindlichkeit, zum Teil auch im nahen IR-Bereich. Die neuesten Modelle der LV-Kameras verfügen über einen zusätzlichen Smearless-Mode, der die bekannten Smear-Effekte bei kleinen Shutterzeiten erheblich reduziert. Farben lassen sich mit einer Empfindlichkeit von 0,09 Lux auch in einem sehr dunklen Umfeld noch gut erkennen und detektieren. Zudem haben die meisten neuen CCDs quadratische Bildpunkte.
Megapixelauflösung und höhere Bildraten
Mit den analogen Standard-Framegrabbern PicPort-Mono/Stereo können alle Bildformate und Timingvarianten bis zu einer Datenrate von ca. 30 MHz digitalisiert werden. Die neuen analogen Kameras für den Megapixelbereich oder für höhere Bildraten übertragen mit dieser Datenrate ihre Bilddaten. Die Kombination beider Komponenten ermöglicht eine kostengünstige Lösung trotz erweiterter Anforderungen wie hohe Auflösung und hohe Bildfrequenz. Exemplarisch sei für den Megapixelbereich hier die neue ½0-progressive-scan Kamera LV-1100 genannt. Die Kamera liefert sechzehn Bilder/Sekunde mit einer Auflösung von 1400 x 1040 Bildpunkten bei einer Bildpunktrate von 28,5 MHz über die analoge Schnittstelle. Im Partial-Scan Modus sind Teilbildaufnahmen von maximal 75 Bildern/Sekunde möglich. Auch viele der neuen Kameras mit Standardauflösung verfügen über diesen Modus und ermöglichen Bildraten von bis zu 360 Teilbildern pro Sekunde. Hierbei wird nur eine bestimmte Anzahl von Zeilen ausgelesen. Die horizontale Auflösung und das Abbildungsverhältnis bleiben erhalten.
Trigger- und Shuttermodi im Progressive-Scan Bereich
Die neuen Progressive-Scan CCDs verfügen über Trigger- und Shuttermodi, mit denen sich der Zeitpunkt der Bildaufnahme und die Belichtungszeit über den externen V-Puls oder eine einzelne Triggerleitung steuern lassen. Für die unterschiedlichen Anforderungen stehen mehrere Modi wie die Kontrolle über die Pulsweite oder der Start der Bildaufnahme mit der fallenden Flanke zur Verfügung. Shutterzeiten bis zu 1/200000 Sekunde sind hiermit ebenso einstellbar wie eine beliebig große Langzeitintegration. Die LV-1100 verfügt über einen speziellen Auslesemode, der es ermöglicht, Bilder von mehreren Kameras simultan aufzunehmen und anschließend sequentiell mit dem Framegrabber zu digitalisieren.
Die Konfiguration von industriellen Kameras mit Dip-Schaltern gehört der Vergangenheit an. Bei der LV-Kameraserie sind alle Modelle mit einer seriellen Schnittstelle ausgestattet. Hierüber lassen sich die Kameraparameter wie Gain, Gamma, Integrations- und Shuttermodus usw. einstellen, zurücklesen und speichern. Die Kameras können so einfach vorkonfiguriert oder nachträglich an unterschiedliche Prozess- und Umgebungsbedingungen angepasst werden, auch wenn diese an schwer zugänglichen Stellen angebracht sind.
Flexibilität und Kompatibilität
Die analogen Kamera/Framegrabber-Kombinationen bieten für nahezu jede Umgebungs- und Aufnahmebedingung eine Lösung. Unterschiedliche Sensorgrößen, kompakte kleine Industriegehäuse, Modelle mit abgesetztem Kopf oder Platinenversionen stehen für die Systemintegration zur Verfügung. Neben den Framegrabber-Modellen für den Standard PCI-Bus gibt es entsprechende Varianten für den Compact PCI-Bus, PMC-Module und ein miniaturisiertes Embedded Vision System. Alle Modelle sind unabhängig vom gewählten Bus softwarekompatibel. Hierdurch lässt sich die Entscheidung des Einsatzes einer Industrie- oder Embedded-Variante für das Zielsystem hinauszögern und die Entwicklung zunächst auf dem Standard-PC ohne Zeitverlust durchführen. Genau so flexibel kann der Anwender auf unterschiedliche Kameraanforderungen und Aufnahmebedingungen reagieren. Die LV-Serie bietet viele unterschiedliche Kameratypen (Standard, Progessive-Scan, Megapixel-Auflösung,…) im selben Gehäuse, so dass die Kamera ohne mechanische Änderungen gewechselt werden kann. Bezüglich der Steuer- und Synchronisationsleitungen hat sich mit den Hirosekabeln ein Standard entwickelt, mit dem bei einigen wenigen Belegungsvarianten die meisten Kameras kompatibel angeschlossen werden können. Die Kabel sind einfach und können auch bei größeren Abständen zwischen Kamera und Framegrabber verwendet werden. Unter Berücksichtigung der Systemkosten, der Anforderungen an die Kabel und der Verfügbarkeit geeigneter Kameras und Framegrabber stellt das analoge Interface immer noch eine der besten Lösungen dar.
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