Objektiv- und Beleuchtungs-Steuerung in der industriellen Bildverarbeitung

Die industrielle Bildverarbeitung hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt. Kameras liefern höhere Auflösungen, Sensoren arbeiten schneller und Objektive sowie Beleuchtungen werden immer leistungsfähiger.

Gleichzeitig steigen die Anforderungen an moderne Vision Systeme: Anwendungen in Logistik, Robotik oder Fabrikautomation müssen flexibel auf wechselnde Bedingungen reagieren und dennoch zuverlässig Ergebnisse liefern.

Die Herausforderung liegt dabei häufig nicht in den einzelnen Komponenten selbst. Vielmehr besteht sie darin, Kamera, Objektiv und Beleuchtung effizient miteinander zu verbinden, zu steuern und zu synchronisieren.

Integration und Synchronisation sind der Engpass

In typischen Vision Systemen werden Kamera, Objektiv und Beleuchtung als separate Komponenten behandelt. Jede hat ihre eigene Hardware-Schnittstelle, ihre eigene Steuerlogik, oft sogar ihre eigene Software. Das führt zu einer Verkettung von Problemen: Mehrere externe Controller, komplexe Verkabelung, mehrere SDKs.

Für die Anwender bedeutet das, dass ein erheblicher Teil ihrer Entwicklungszeit nicht in die eigentliche Bildverarbeitungsaufgabe fließt, sondern in die Integration und Synchronisation der Komponenten.

Besonders deutlich wird dies in Anwendungen mit wechselnden Anforderungen. Hier müssen Fokussierung, Belichtung und Bildaufnahme präzise aufeinander abgestimmt werden, um reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen.

Logistik: Wenn sich jedes Paket unterscheidet

Ein typisches Beispiel findet sich in der Logistik. Förderanlagen und Sortiersysteme verarbeiten in schneller Folge eine Vielzahl unterschiedlich großer Pakete. Höhe, Abstand und Position der Objekte ändern sich kontinuierlich.

Während die Kamera Bilder aufnimmt, muss das Objektiv den Fokus an die jeweilige Situation anpassen. Gleichzeitig sorgt eine präzise Beleuchtung dafür, dass Barcodes, Klarschrift oder Etiketten zuverlässig erkannt werden.

Traditionell werden solche Aufgaben durch mehrere Einzelkomponenten gelöst. Fokuseinstellung, Beleuchtung und Bildaufnahme werden über unterschiedliche Systeme gesteuert und synchronisiert.

Genau hier setzt ein neuer Ansatz an: Kamera, Objektiv und Beleuchtung werden nicht länger als einzelne Bausteine betrachtet, sondern als ein gemeinsames Vision System.

Fabrikautomation: Hohe Qualität bei hoher Geschwindigkeit

Auch in der Fabrikautomation steigen die Anforderungen. Produktionslinien arbeiten mit immer höheren Taktzeiten, während gleichzeitig die Qualitätsanforderungen steigen.

Bei der Inspektion von Oberflächen, Elektronikbaugruppen oder Bauteilen entscheidet häufig die Ausleuchtung über den Erfolg der Anwendung. Reflektierende Materialien, wechselnde Oberflächenstrukturen oder unterschiedliche Produktvarianten erfordern eine präzise und reproduzierbare Beleuchtungs-Steuerung.

Eine synchronisierte Blitzbeleuchtung kann Bewegungen einfrieren und Fehler sichtbar machen. Gleichzeitig muss das Gesamtsystem einfach integrierbar und wartbar bleiben.

Die Herausforderung besteht deshalb nicht nur darin, Bilder aufzunehmen, sondern eine stabile Systemarchitektur bereitzustellen.

Die Kamera als System-Orchestrator

Basler verfolgt hierfür einen neuen Ansatz. Die Kamera übernimmt neben der Bilderfassung die Steuerung von Objektiv und Beleuchtung. Statt mehrerer Hardware- und Softwarewelten entsteht ein gemeinsames Steuerungskonzept.

Herzstück der Lösung ist das Basler Sync Cable, das Kamera, Objektiv und Beleuchtung verbindet. Es ermöglicht die Kommunikation aller Komponenten innerhalb eines gemeinsamen Systems über eine einzige Kamera-I/O-Leitung.

Der neue Ansatz kann mit Baslers ace 2 und boost R Flächenkameras umgesetzt werden. Fokus-steuerbare Objektive der führenden Anbieter Computar und Optotune werden ebenso eingebunden wie Baslers Beleuchtungs-Portfolio.

Damit kann über die Kamera beispielsweise ein motorisiertes Computar-Objektiv oder ein Optotune-Flüssiglinsenobjektiv angesteuert und gleichzeitig eine Basler Beleuchtung synchron betrieben werden – alles über dieselbe Architektur und innerhalb eines GenICam-konformen SDKs.

Intelligente Beleuchtung als Teil des steuerbaren Vision Systems

Parallel zum neuen Steuerungsansatz wurde das Basler Beleuchtungs-Portfolio um intelligente Funktionen erweitert. Die Beleuchtung wird damit zu einem aktiven Bestandteil des Vision Systems.

Funktionen wie Strobing, Helligkeitsregelung oder automatische Parametrierung lassen sich direkt über die Kamera steuern. Externe Lichtcontroller werden nicht mehr benötigt.

Für Anwender bedeutet das weniger Hardware, weniger Verkabelungsaufwand und eine deutlich einfachere Inbetriebnahme.

Flexibilität statt fest definierter Systeme

Nicht jede Anwendung benötigt gleichzeitig Objektiv- und Beleuchtungs-Steuerung. Deshalb unterstützt das System unterschiedliche Betriebsarten. Je nach Anforderung können Anwender ausschließlich das Objektiv, ausschließlich die Beleuchtung oder beide Komponenten gemeinsam steuern. Dabei bleibt die zugrunde liegende Architektur unverändert.

Diese Flexibilität ist insbesondere für OEMs und Maschinenbauer interessant, die dieselbe Plattform über mehrere Maschinen- und Anwendungsgenerationen hinweg einsetzen möchten.

Die eigentliche Herausforderung in der industriellen Bildverarbeitung besteht schon lange nicht mehr nur darin, leistungsfähige Komponenten zu entwickeln. Sie besteht darin, sie effizient miteinander arbeiten zu lassen.

Mit der Integration von Kamera, Objektiv und Beleuchtung in einer gemeinsamen Architektur verfolgt Basler genau diesen Ansatz. Anwender profitieren von geringerer System-Komplexität: Weniger Hardware und Software führen zu einem deutlich geringeren Integrations- und Synchronisationsaufwand.

Die Zukunft der Bildverarbeitung entscheidet sich deshalb nicht nur an der Leistungsfähigkeit einzelner Komponenten. Sie entscheidet sich daran, wie intelligent diese Komponenten als System zusammenarbeiten.

Autoren: Torben Deike & Christian Schafmeister, beide Global Product Category Manager bei der Basler AG

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