Polarisierte Bildgebung
Kamera liefert Polarisierungsdaten in einem einzigen Bild
Neben Helligkeit (Intensität) und Farbe (Wellenlänge) kann Polarisation auch als Eigenschaft des Lichtes zur Bildgebung verwendet werden. Polarisation von Licht entsteht z.B. wenn Licht an einer Oberfläche reflektiert wird. So lassen sich Oberflächenfehler finden, die sonst nur schwer zu erkennen sind. Auch mechanische Spannungen in Materialien können sichtbar gemacht werden.
Bild: Lucid Vision Labs Inc
Bild: Lucid Vision Labs IncHerkömmliche Polarisationskamerasysteme kombinieren mehrere Kameras mit unterschiedlich ausgerichteten Polarisationsfiltern oder eine einzige Kamera mit zusätzlicher Mechanik, um die Ausrichtung der Filter zu variieren.
Bild: Lucid Vision Labs Inc
Bild: Lucid Vision Labs Inc
Bild: Lucid Vision Labs Inc
Bild: Lucid Vision Labs Inc
Bild: Lucid Vision Labs IncAufbau der Kamera
Die Kamera basiert auf dem Sony 5MP Global Shutter Sensor IMX250MZR Pregius CMOS, der um eine Polarisationsschicht auf dem Chip erweitert wurde. Dazu werden, ähnlich wie beim Bayer-Pattern, Viererblöcke mit 2x2 Pixeln gebildet. Auf diese werden nun statt Farbfilter verschiedene Polarisationsfilter (0°, 90°, 45° und 135°) aufgetragen. Durch die Verhältnisse der in verschiedenen Richtungen polarisierten Messwerte, lässt sich sowohl der Anteil an polarisiertem Licht, als auch die Hauptrichtung der Polarisation berechnen. Sonys Polarisationsschicht ist zusätzlich mit einer Antireflexschicht überzogen, um Streulicht und Geisterbilder zu dämpfen. Das Polarisationsgitter befindet sich auf dem Chip und nicht auf dem Glas. Dadurch ist es näher an den Fotodioden, was eine bessere Unterdrückung unerwünschter Polarisationsrichtungen erzeugt und Crosstalk auf benachbarte Pixel weitestgehend verhindert. Mit Hilfe der Rohdaten des Sensors können mehrere Polarisationseigenschaften berechnet werden, wie der Anteil der linearen Polarisation (DoLP) und der Winkel der linearen Polarisation (AoLP). Zur Visualisierung können Falschfarbenbilder erzeugt werden. Polarisierungsbilder können verwendet werden, um die Flächennormalen zu schätzen oder um die Krümmung bzw. Planheit eines Objektes zu bestimmen. Die Kamera misst lediglich 24x24mm und ist damit aktuell die kleinste GigE-PoE-Industriekamera. Das stapelbare Board-Layout kann z.B. bei beengten Platzverhältnissen, in unterschiedlichster Art und Weise gefaltet und verschraubt werden.
Bild: Lucid Vision Labs IncNeue Anwendungen
Die Phoenix Polarisationskamera senkt den Einstiegspreis in die polarisierte Bildgebung und eröffnet neue Anwendungsgebiete. In industriellen Anwendungen, in denen die visuelle Inspektion aufgrund von kontrastarmen oder stark reflektierenden Bildbedingungen schwierig ist, können polarisierte Sensoren dazu beitragen, versteckte Materialeigenschaften aufzudecken. So können z.B. Polarisationskameras verwendet werden, um transparente Materialien wie Glas oder Kunststoff zu untersuchen. Die Verwendung eines falschen Farbbildes zur Visualisierung des polarisierten Winkels des Bildes kann dazu beitragen, Kratzer auf Oberflächen klarer Kunststoffe zu erkennen. Die gleiche Methode kann verwendet werden, um auf birefringentes Material zu schauen, um dort innere Spannung zu bewerten. Polarisierte Bilddaten können auch Bilder mit hohem Kontrast erzeugen, die zur Objektidentifizierung/-segmentierung verwendet werden. Polarisation ist auch für Branchen wie die chemische Industrie, Pharmazie, Lebensmittel- und Getränkeindustrie interessant. Viele chemische Verbindungen wie Zucker oder arzneilich wirksame Bestandteile sind optisch aktiv, bewirken also eine Änderung des Polarisationswinkels abhängig von der Konzentration des Stoffes. Mit einer Polarisationskamera lässt sich dieser Winkel und somit indirekt auch die Konzentration eines Stoffes messen.
Bild: Lucid Vision Labs IncBild: Lucid Vision Labs IncBild: Lucid Vision Labs IncAufbau der Kamera
Die Kamera basiert auf dem Sony 5MP Global Shutter Sensor IMX250MZR Pregius CMOS, der um eine Polarisationsschicht auf dem Chip erweitert wurde. Dazu werden, ähnlich wie beim Bayer-Pattern, Viererblöcke mit 2x2 Pixeln gebildet. Auf diese werden nun statt Farbfilter verschiedene Polarisationsfilter (0°, 90°, 45° und 135°) aufgetragen. Durch die Verhältnisse der in verschiedenen Richtungen polarisierten Messwerte, lässt sich sowohl der Anteil an polarisiertem Licht, als auch die Hauptrichtung der Polarisation berechnen. Sonys Polarisationsschicht ist zusätzlich mit einer Antireflexschicht überzogen, um Streulicht und Geisterbilder zu dämpfen. Das Polarisationsgitter befindet sich auf dem Chip und nicht auf dem Glas. Dadurch ist es näher an den Fotodioden, was eine bessere Unterdrückung unerwünschter Polarisationsrichtungen erzeugt und Crosstalk auf benachbarte Pixel weitestgehend verhindert. Mit Hilfe der Rohdaten des Sensors können mehrere Polarisationseigenschaften berechnet werden, wie der Anteil der linearen Polarisation (DoLP) und der Winkel der linearen Polarisation (AoLP). Zur Visualisierung können Falschfarbenbilder erzeugt werden. Polarisierungsbilder können verwendet werden, um die Flächennormalen zu schätzen oder um die Krümmung bzw. Planheit eines Objektes zu bestimmen. Die Kamera misst lediglich 24x24mm und ist damit aktuell die kleinste GigE-PoE-Industriekamera. Das stapelbare Board-Layout kann z.B. bei beengten Platzverhältnissen, in unterschiedlichster Art und Weise gefaltet und verschraubt werden.
Lucid Vision Labs Inc
Dieser Artikel erschien in inVISION 3 2018 - 05.06.18.Für weitere Artikel besuchen Sie www.invision-news.de
