Die Highspeed-Bildverarbeitungstechnologie xposure:1M der AIT-Forschungsgruppe High-Performance Vision Systems nutzt die Mikrotron EoSens Creation 2.0 XGE von SVS-Vistek und erreicht dank maßgeschneiderter FPGA-Logik und schnellen CMOS-Flächensensoren eine Zeilenrate von einer Million pro Sekunde. Zusätzlich minimiert eine ultraschnelle Stroboskop-LED-Beleuchtung Bewegungsunschärfen. So lassen sich selbst sehr schnelle industrielle Fertigungs- und IoT-Prozesse lückenlos und genau prüfen, wobei Bilddetails bis in den Mikrometerbereich zuverlässig erhalten bleiben. Die Integration von FPGA, Sensorik und Beleuchtung erfolgt vollautomatisch.
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Fortschrittliche Echtzeit-Logik wandelt scheibchenweise Aufnahmen nahtlos in kontinuierlichen Stream
Die AIT-Forschergruppe in Wien hat eine innovative Lösung entwickelt, die aus handelsüblichen Mikrotron EoSens Creation 2.0 XGE-Kameras mit FPGA-Erweiterung und modernen CMOS-Flächensensoren besteht. Eine eigens programmierte Echtzeitlogik fasst sprunghafte Teilbildaufnahmen zu einem kontinuierlichen Videostream mit einer Zeilenrate von einer Million pro Sekunde zusammen. Durch die enge Synchronisation zwischen Sensor, FPGA und Beleuchtungsstroboskop entstehen extrem klar definierte Bilddaten für Hochgeschwindigkeitsinspektionen in Industrie und Forschung. Die Lösung minimiert Bewegungsunschärfe signifikant optimiert Qualität.
Moderne CMOS-Flächensensoren steigern Abtastraten und Präzision im AIT-System FPGA-gestützt
Anstelle herkömmlicher Zeilenkameras setzt das durchdachte AIT-System auf moderne CMOS-Flächensensoren mit massiv gesteigerter Datenerfassungsrate. Die FPGA-basiierte Logik der Standardkamera wurde um maßgeschneiderte Echtzeitfunktionen ergänzt, um Flächenscanning, Objektbewegung und LED-Blitz präzise zu synchronisieren. Gleichzeitig eliminieren integrierte Korrekturalgorithmen störende Schattierungen bereits direkt in der Kamera, wodurch eine konsistente Bildqualität erzeugt und nachfolgende Bildverarbeitungsstufen entlastet werden können. Diese Kombination erlaubt verlustfreie Darstellungen bei hohen Förderbandgeschwindigkeiten und reduziert den Bedarf an Beleuchtungsanpassungen in Fertigungslinien.
LUX19HS-Sensor in EoSens Creation 2.0 XGE beschleunigt kontinuierliche Bildvereinigung
Als Ausgangspunkt dient die Mikrotron EoSens Creation 2.0 XGE, bestückt mit dem hochperformanten LUX19HS-Sensor von Luxima, der auf Overhead-Wartezeiten verzichtet. Dank offener FPGA-Schnittstelle können Anwender eigene Algorithmen für Echtzeit-Bildverarbeitung integrieren. Das System schneidet mehrere schmale Bildstreifen und fügt sie im FPGA zu einem durchgängigen Bildstrom zusammen. Diese Architektur ist essenziell, um bei 1 Million Zeilen pro Sekunde hohe Präzision und gleichbleibende Bildqualität zu gewährleisten.
Flächenkamera emuliert 1-MHz-Zeilenrate mittels acht Zeilen und 1024 Pixel
Das xposure:1M-System nutzt eine gezielte Auflösungskompromissstrategie, indem es die Zeilenaufnahme auf acht Linien mit 1.024 Pixeln Breite beschränkt. Dadurch erzielt der Sensor eine Bildrate von 125.000 Frames pro Sekunde und simuliert effektiv eine Zeilenverarbeitungsrate von 1 MHz. Über die 10GigE-Vision-SFP+-Schnittstelle werden die massiven Bilddaten verzögerungsfrei via Glasfaser übertragen, selbst über größere Distanzen ohne Zusatzlatenzen. Diese Architektur optimiert die Datenintegration in verteilten Hochgeschwindigkeitssystemen und erhöht die Prozessstabilität, weitreichende hochpräzise industrielle Automatisierungsszenarien ermöglicht.
Gezielte stroboskopische LED-Pulsbeleuchtung minimiert Bewegungsunschärfe bei ultraschnellen, feinauflösenden Scanaufnahmen
Eine extrem kurze Belichtungsdauer von rund 1 µs in Kombination mit maximaler LED-Leistung minimiert Bewegungsunschärfe bei ultraschnellen Abtastszenarien. Die xposure:flash-Stroboskop-Technologie pulst nur spezifische Zeilen und erlaubt hohe Überspannungsströme im LED-Modul, was eine gleichmäßige Helligkeitsverteilung im begrenzten Bildbereich sicherstellt. Durch präzise Synchronisation von Sensor, Blitzlicht und Förderbandbewegung bleiben auch bei einer effektiven Zeilenrate von einer Million pro Sekunde feinste Strukturen gestochen scharf erkennbar. Selbst kleinste Defekte und Oberflächenunregelmäßigkeiten lassen sich zuverlässig detektieren.
Enge Zusammenarbeit und kontinuierlicher Support treibende Kraft für Projekterfolg
Im Rahmen des Projekts profitierte das AIT-Team von gezielten Trainingsangeboten durch SVS-Vistek zur HDL-Programmierung seiner Kamera. Parallel dazu wurden spezielle Anpassungen realisiert, um individuelle Funktionserweiterungen zu ermöglichen. Während der gesamten Entwicklungs- und Schulungsphase arbeiteten beide Partner eng zusammen, sodass Herausforderungen unmittelbar adressiert werden konnten. Der fortlaufende technische Support seitens SVS-Vistek stellte eine stabile Basis für kontinuierliche Verbesserungen dar und war laut AIT entscheidend für den reibungslosen erfolgreichen Abschluss des Vorhabens.
ROI von acht Zeilen ermöglicht 125.000 Bilder pro Sekunde
Für die Validierung der Leistung wurde eine Banknote auf einer Trommel mit 10 Metern pro Sekunde befestigt. Die Region of Interest umfasste lediglich acht Zeilen, während das xposure:1M-System mit 125.000 Bildern pro Sekunde arbeitete. Daraus resultierte eine Zeilenabtastrate von einer Million Zeilen in der Sekunde. Die Kombination aus hoher Bildrate und präziser Sensorik gewährleistete eine Auflösung von 10 µm pro Pixel und ermöglichte das Lesen 200-µm-großer Zeichen mit hoher Zuverlässigkeit.
Hohe Zeilenrate ermöglicht Verpackungsprüfung, Leiterplattenanalyse und Oberflächeninspektion präzise industriell
Die Kamera Mikrotron EoSens Creation 2.0 XGE von SVS-Vistek (Foto: Roland Maier. SVS-Vistek)
Mit xposure:1M lassen sich dünne Drähte, robuste Kabel und flexible Metallbänder mit hoher Geschwindigkeit untersuchen. Sicherheitsdrucke von Banknoten und Pässen werden lückenlos kontrolliert, während Verpackungsstrukturen und Braille-Schriftzeichen automatisch geprüft werden. Leiterplatten sowie dünne Batterie-Folien profitieren von präzisen Inspektionen, und Gleis- oder Straßenoberflächen werden auf Materialfehler analysiert. Dank der Zeitmultiplex-Technik für Inline Photometric Stereo entstehen zusätzlich umfangreiche Beleuchtungswinkelaufnahmen für differenzierte Oberflächencharakterisierungen in Echtzeit, mit hoher Auflösung, minimaler Bewegungsunschärfe und permanenter Überwachung.
Synchronisierte FPGA-Logik und LED-Stroboskopbeleuchtung ermöglichen extrem schnelle industrielle Inspektionen
Durch die Kombination der xposure:1M-Technologie mit der Mikrotron EoSens Creation 2.0 XGE erreicht das System eine Zeilenrate von einer Million pro Sekunde. Eine individualisierte FPGA-Logik steuert Sensorabtastung, Datenvorverarbeitung und LED-Blitze präzise synchronisiert, wodurch Bewegungsunschärfe minimiert wird. Die kompakte 10GigE-Vision-Schnittstelle überträgt Daten verlustfrei und latenzarm. Diese Lösung bietet zuverlässige Performance für anspruchsvolle Inline-Inspektionen und lässt sich modular an existierende IoT-basierte Produktionslinien anpassen. Flexible Software-APIs erleichtern nahtlose Echtzeitdiagnosen und schnelle automatisierte Parameteroptimierung.
