Fraunhofer IIS mit leistungsstarker Plattform für die industrielle Bildverarbeitung und Polarisationskamera für die Spannungsmessung in Glasartikeln auf der VISION

/ 21.10.2014

Erlangen, 21. Oktober 2014 – VISION Stand 1G42: Auf der Weltleitmesse für Bildverarbeitung, der VISION in Stuttgart (4.–6. November 2014) ist das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS mit zwei zukunftsweisenden Exponaten vertreten: der Embedded-Plattform Vempire® und der Polarisationskamera POLKA. Robust, leistungsfähig und vielseitig einsetzbar sind beide Technologien und können damit für Industrieunternehmen den entscheidenden Wettbewerbsvorteil bringen.

Vempire® – mobiler Allrounder für die industrielle Bildverarbeitung

Vempire® ist konzipiert für die PC-unabhängige, schnelle Verarbeitung großer Datenmengen aus unterschiedlichen Bildsensoren. Neben der außergewöhnlichen Rechenleistung zeichnet sich die Plattform unter anderem durch ein flexibles Systemkonzept aus und kann so in unterschiedlichen Anwendungsgebieten eingesetzt werden. Aufgrund des kompakten Designs ist Vempire® überall dort einsetzbar, wo ein PC aufgrund von Platz- und Energiebeschränkungen nicht verwendet werden kann oder ein hohes Maß an Mobilität erforderlich ist. Vempire® kann z. B. in der Mess- und Prüftechnik genutzt werden, in der Medizintechnik und in der Medienproduktion.

Auf der Vision 2014 zeigt das Fraunhofer IIS die Vempire®-Plattform in zwei möglichen Anwendungsszenarien:
• Als Time-of-Flight-Kamera (TOF), die in Echtzeit die Rohdaten eines TOFSensors in eine Tiefenkarte und eine Punktwolke umrechnet, eine Reihe von Bildanalysefunktionen darauf berechnet und das Ergebnis in mehreren
Ansichten als Livebild darstellt.
• Als Polarisations-Kamera, die in Verbindung mit einem Polarisationssensor die Polarisationseigenschaften (Winkel und Polarisationsgrad) des einfallenden Lichtes ebenfalls in Echtzeit berechnet und als Farbkarte anzeigt.

 

FPGA und Multicore-Signalprozessor sorgen für ausreichend Rechenleistung

In beiden Anwendungen wird nur ein geringer Teil der Rechenleistung des Systems benötigt, sodass noch weitere Bildanalysefunktionen implementiert werden können, z. B. auch aus dem Bereich der Sensordatenfusion. Weitere Anwendungsgebiete für die Plattform sind in der digitalen Signalverarbeitung und -auswertung zu finden.

Die Kernkomponenten von Vempire® sind ein leistungsfähiges FPGA und ein schneller Multicore-Signalprozessor. Damit steht genügend Rechenleistung zur Verfügung, um anspruchsvolle Bildverarbeitungsalgorithmen in Echtzeit zu berechnen. Darüber hinaus gibt es eine große Vielfalt an Schnittstellen, z. B. Gigabit Ethernet, GigE Vision und HDMI sowie ein modulares Sensorfrontend mit hoher Bandbreite, an das mit geringem Aufwand nahezu jeder beliebige Bildsensor adaptiert werden kann.

Das Fraunhofer IIS bietet Vempire® als Systemkonzept an, das anwendungsspezifisch an individuelle Anforderungen angepasst und weiterentwickelt werden kann. In der ausgestellten Version ist das System ein Trade-off zwischen Leistungsfähigkeit und Kompaktheit. Das Fraunhofer IIS hat unterschiedliche Varianten konzipiert, z. B. für Low-Power-Anwendungen oder auch für Embedded High-Performance Computing mit mehreren Multicore-Signalprozessoren. Alle Konzepte basieren auf dem gezeigten Vempire®-System und können daher in vergleichsweise kurzer Zeit implementiert werden, da wichtige Teile der Hardwarestruktur und der Firmware bereits vorhanden sind.

Weitere Informationen zu Vempire® finden Sie hier: http://s.fhg.de/Vempire

 

POLKA prüft in Echtzeit unterschiedliche Flaschenarten

Ein wichtiges Anwendungsgebiet für bildgebende Polarimeter wie die POLKA ist die Qualitätskontrolle in der Produktion von Glasartikeln. Dank der pixel-aufgelösten Polarisationsmessung kann mit nur einer einzigen Aufnahme die gesamte Polarisationsinformation gewonnen werden. Mit ihrer Hilfe lassen sich Restspannungen in Glasbehältern, Flaschen und anderen Glasprodukten messen. Dadurch können zielgerichtet die Stücke ausgesondert werden, die möglicherweise beim Abfüller oder auf dem Weg zum Endverbraucher aufgrund zu hoher Spannungen brechen würden. Zudem können Variationen im Herstellungsprozess frühzeitig erkannt und Eingriffe in relevante Prozessparameter vorgenommen werden – das steigert die Effizienz der Produktion. Die Kombination aus Hard- und Software der POLKA ermöglicht dabei eine quantitative Auswertung der Messergebnisse sowie eine anschauliche Visualisierung, die problematische Bereiche im Glas schnell erkennen lässt. Die Spannungen im Glas werden als Apparent Temper Number dargestellt. Softwareschnittstellen ermöglichen eine einfache Steuerung der Kamera und die Übertragung der aufbereiteten Messgrößen. Damit lässt sich die POLKA einfach in optische Prüfanlagen integrieren, und die Ergebnisse
können problemlos archiviert werden.

Weitere Anwendungsgebiete liegen in der Produktion von Bauteilen aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK). Mit POLKA ist es auf einfache Art und Weise möglich, die Ausrichtung der Kohlefasern zu messen.

Die Polarisationskamera POLKA basiert auf einem neuartigen, vom Fraunhofer IIS entwickelten Bildsensor. Das spezielle Design dieses CMOS-Sensors ermöglicht es, die Polarisationseigenschaften des Lichts (Winkel und Grad der Polarisation) mit einer einzigen Aufnahme zu erfassen. Damit wird die hohe Bildwiederholrate von bis zu 50 Messungen pro Sekunde erreicht. Sie erlaubt den Einsatz in Inline-Inspektionsanwendungen, bei denen es auf einen hohen Durchsatz ankommt.

Weitere Informationen zur POLKA finden Sie hier: http://s.fhg.de/POLKA