Vision-Systementwicklung

Auf die Betrachtung des Gesamtsystems kommt es an

19. September 2022, 8:30 Uhr | Andreas Knoll

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Praxistipps für die Komponentenauswahl

Außerdem sind im »Sensor Module Ecosystem« von Framos alle wichtigen Vision-Solution-Bausteine bereits verfügbar. Kunden können schnell und problemlos erste Demos aufbauen, mit denen sie ihre Applikation und deren Anforderungen besser erlernen und erproben können. Sind die Anforderungen bekannt, lassen sich die betreffenden Bausteine auf einfache und effektive Art und Weise gemäß dem tatsächlichen Anwendungsfall optimieren, um eine schlanke und kostengünstige Lösung für die Serie zu entwickeln.

Framos
Zuerst muss die Aufgabenstellung genau beschrieben werden; erst dann lassen sich die Anforderungen an das Vision-System ableiten.
© Framos

Welche Praxistipps für die Auswahl von Komponenten können Sie geben?

Die Systemauslegung spielt bei der Planung eine wichtige Rolle, und auch hier nimmt die Optik wieder einen besonderen Stellenwert ein. Kleinere Pixel ermöglichen heutzutage einen kleineren Bildsensor (bei fester Auflösung), der zwar meist preisgünstiger ist, aber normalerweise eine geringere Empfindlichkeit und Sättigungsleistung hat als größere Bildsensoren. Anwender können dann auch ein kleineres Objektiv wählen, was einen weiteren Preisvorteil bringt, aber sie müssen sicherstellen, dass das Objektiv ein hohes Auflösungsvermögen erreicht, das wiederum zur kleinen Pixelgröße des Sensors passt.

Außerdem muss das Objektiv eine kurze Brennweite haben, um denselben Bildwinkel zu erzielen, den eine längere Brennweite in Verbindung mit einem größeren Bildsensor hätte. Dies wirkt sich auf die Blendenöffnung und damit auf die Schärfentiefe und das verfügbare Licht aus.

Wenn eine geringe optische Verzeichnung von Bedeutung ist – was bei einer Betrachtung mit dem Auge fast immer der Fall ist – muss ein Objektiv mit geringer Eigenverzerrung gewählt werden. Es erfordert normalerweise mehr optische Elemente und ist somit größer und teurer. Ist dies wegen engem Bauraum oder aus Kostengründen keine Option, lässt sich die optische Verzeichnung unter Umständen durch entsprechende Nachbearbeitung in der Imaging Pipeline minimieren. Dies ist meist jedoch nur dann möglich, wenn schon während der Systemauslegung ein Grundverständnis der Anforderungen herrscht und dadurch ein passender Bildsignalprozessor ausgewählt werden kann.

Wie lassen sich Vision-Systeme so entwickeln, dass sie ein möglichst hohes Datenaufkommen beherrschen?

Höhere Pixelzahlen bedeuten ein höheres Datenaufkommen in der Imaging Pipeline. Das System muss diese Datenmenge übertragen und verarbeiten können. Die Bandbreite eines Vision-Systems ist aber begrenzt, sodass ein Kompromiss zwischen der Anzahl der Sensoren, der Auflösung pro Sensor, der Pixel-Bittiefe und der Bildrate gefunden werden muss.

Darüber hinaus liegen die Daten der Sensoren üblicherweise im RAW-Format vor, sodass eine Reihe mathematischer Transformationen durchgeführt werden muss, um ein Bild zu bekommen, das dem entspricht, was unsere Augen gewohnt sind. In verschiedenen Systemen sind aber unterschiedliche Algorithmen implementiert, und je nach RAW-Datenqualität – die von den Sensor- und Objektiveigenschaften beeinflusst wird – erzielen hier einige Systeme eine bessere und andere eine schlechtere Bildqualität. Auch hier sind entsprechende Tests empfehlenswert, um empirisch herauszufinden, wie sich jeweils die besten Ergebnisse für die eigene Applikation erzielen lassen.

Nochmal kurz zusammengefasst: Was ist insgesamt bei der Entwicklung von Vision-Systemen zu beachten?

Sobald die Anforderungen, Merkmale und technischen Spezifikationen festgelegt sind, geht es im Anfangsstadium vor allem auch darum, die Abhängigkeiten zwischen Sensor, Objektiv (plus Filter) und Daten-Processing zu verstehen und zu beschreiben. Schon beim Entwurf eines Vision-Produkts ist zu ermitteln, ob es in Serie produziert werden kann und ob der Funktionsumfang des Serienprodukts zuverlässig sichergestellt ist.

Sobald die Architektur definiert und der Entwurf abgeschlossen ist, müssen die Produktionsprozesse so eingerichtet werden, dass eine konstante Qualität erzielt wird und die Applikation in der Praxis unter den festgelegten Bedingungen erfolgreich läuft. Nachfolgende Korrekturen gilt es bestmöglich zu vermeiden – sie führen zu einem Zeitverlust, also zu einer längeren Time to Market, und zu schwer kalkulierbaren Nachfolgekosten.


  1. Auf die Betrachtung des Gesamtsystems kommt es an
  2. Praxistipps für die Komponentenauswahl

Verwandte Artikel

FRAMOS GMBH