Maschinelles Sehen

Bildaufnahme, -abtastung, -verarbeitung und –analyse für industrielle Anwendungen

Auf einen Blick

Zertifikatslehrgang
videocam Live-Online 15.09.2022 - 27.09.2022
9:00 Uhr
Online
EUR 1.420,00(MwSt.-frei)
weniger bezahlen – so geht´s
Veranstaltung Nr. 60168.00.001


Referent:
Dr. Gert Ferrano
Matrix Vision GmbH, Oppenweiler

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in Zusammenarbeit mit

Gesellschaft für Informatik (GI)

Beschreibung

Maschinelles Sehen und darin enthalten, Bildaufnahme, -abtastung, -verarbeitung und -analyse sind zentrale Themen unserer Industrie und auch des täglichen Lebens.

Beispiele dafür sind optische Analysen in der Pharmaindustrie, Steuerungssysteme beim Verkehr und automatische Qualitätskontrolle in der Fertigung.

Für alles braucht man Optik, Kameras und Auswerterechner.

Ziel der Weiterbildung

In diesem modularen Zertifikatslehrgang sollen in drei Schwerpunkten die wichtigsten Kriterien dem Teilnehmer nähergebracht werden. Es werden Grundlagen erlernt und vor allem darauf hingewiesen, was weiter vertieft werden muss.

Die 3 Module sind auch einzeln buchbar
> Modul 1: Bilderfassung, oder wie komme ich zu einem optimalen Bild?
> Modul 2: Bildabtastung, oder was macht eine Kamera aus der aufgenommenen Lichtverteilung?
> Modul 3: Bildverarbeitung, oder wie wird die Bildinformation im Rechner dargestellt, wie kann man sie modifizieren und auswerten?
> Abschlussprüfung zum Erwerb des Zertifikates „Maschinelles Sehen (TAE)“ ist optional und wird im Anschluss an den letzten Veranstaltungstag abgelegt

Methodik
Vermittlung theoretische Grundlagen in Form eines Vortrages.
Anhand von Rechenaufgaben wird eine einfache Berechnung der wichtigsten Beziehungen gezeigt.
Parallel dazu können in Diskussionen Fragen geklärt werden.

Jedes der drei Module kann auch einzeln gebucht werden. Empfohlen wird die Folge Bilderfassung (Modul 1), Bildabtastung (Modul 2) und Bildverarbeitung (Modul 3).

Sie erhalten Qualität
Das Qualitätsmanagementsystem der Technischen Akademie Esslingen ist nach DIN EN ISO 9001 und AZAV zertifiziert.

Teilnehmer:innenkreis

Teilnehmerkreis
Der Teilnehmerkreis ist weitläufig:
> Planer oder Einkäufer*innen, die Projekte mit optischer Messtechnik planen und mit den Anbietern mitreden wollen
> Bildverarbeiter*innen, welche die Grundlagen lernen wollen
> Programmierer*innen, welche das Entstehen eines optimalen Bildes verstehen möchten
> Hobby- und Profifotografen*innen, die über den Tellerrand schauen, um Industrietechnik kennen zu lernen und sogar für sich einzusetzen

Inhalte

1. Modul – online
Verlustfreie optische Bilderfassung und Bildauflösung
15. und 16. September 2022
jeweils von 8:30 bis 12:30 Uhr

Ziel des Seminars
Unsere Aufgabe ist es die Objektwelt in eine Bilddomäne zu übertragen. In den meisten Fällen, mit Ausnahme der Mikroskopie, wird eine größere reale dreidimensionale Welt in eine kleinere Bildwelt und sogar nur auf eine Bildebene abgebildet.

Es wird ausführlich behandelt wie die Randbedingungen sind
> Objektiv auswählen, um den Bereich abzubilden, den man bearbeiten muss
> den Zusammenhang herstellen, zwischen Auflösung einer Kamera und den unterscheidbaren Details im Ort
> Einfluss ermitteln vom 3 D Raum ins 2 D Bild
> Qualität eines Bildes verstehen und den Bezug zu den Einstellmöglichkeiten, wie Blende und Brennweite
> Auswahl treffen für das optimale Objektiv, als Kompromiss zwischen Preis und Leistung
Es wird auch immer ein Bezug zur privaten Fotografie und den dafür eingesetzten Geräten hergestellt

Berechnung vom Zusammenhang zwischen Brennweite, Objektabstand, Bildabstand sowie Objektgröße und Bildgröße mit einfachen projektiven Gesetzen.
> Lochkamera
> Erklärung der Linsenformel
> Übertragung auf reelle Objektive

Bestimmen der Schärfentiefe
> Übergang vom 3 D Raum ins 2 D Bild
> Nah- und Ferngrenze berechnen
> Herleiten von Bildauflösung, Ortsauflösung und Messgenauigkeit
> Abtasttheorem
> physikalische Grenze nach Abbe‘
> Überauflösung durch Statistikmethoden

Objektivgrundlagen
> Blende
> Pupille
> Luke
> Verstehen von optischen Effekten, wie Randabfall, Verzeichnung oder Projektionsart und Einfluss auf die Bildqualität
> Abbildungseigenschaften, wie Verzeichnung und Randabfall
> Abbildungsfehler, wie Choma und Astigmatismus
> Vermeidung unerwünschter Effekte

Einfluss der Projektionsart
> Entozentrie / Telezentrie
> Fischauge und Scheimpflug Prinzip
> Aussuchen von Objektiven nach Datenblättern.
> Einfluss von Abbildungsfehlern und der Weg zum teuren Objektiv

Möglichkeiten der Kompensation von Randabfall und Verzeichnis, als Vorgriff zum Modul 3, der Bildverarbeitung

Rechenübungen

Anwendungsübungen
> Aufbau einer Kamera am Reprostativ
> Wechseln von Objektiven nach Vorausberechnung
> Betrachten der Schärfentiefe im Vergleich zur Rechnung
> Bestimmung der Objektivdetails, wie Hauptebenen

Beim Wunsch kleiner Ausflug in die 3 D Bildaufnahme


2. Modul – online
Workshop: Aufbau und spezifische Eigenschaften einer Industriekamera zur optischen Bildabtastung
22. September 2022
8:30 bis 16:30 Uhr

Ziel des Seminars
Die vom Objektiv übertragene Bildinformation wird von einem Sensor in Zeilen- oder Flächenform aufgenommen. Die kleinste Struktur stellt das Picture Element oder Pixel.

Hier soll gelernt werden, wie die Inhalte dieser Pixel mit unterschiedlichen Sensortypen aufgenommen und wie sie dann als digitale Information auf die Reise zum Rechner geschickt werden.

Hier wird uns immer wieder die Fernsehtechnik begegnen, die vor ca. 100 Jahren entwickelt wurde.

Der Bildauslesevorgang ist nämlich entscheidend für die gesamte Verarbeitung in einem automatisierten System für maschinelles Erkennen oder auch Auswerten.

Neben monochromen Bildaufnahmen wird auch die Farbe ins Spiel kommen.

Bildaufnahme Technik des Fernsehens
> serielle Abtastung der Bildfläche
> Übertragung des 1 D Datenfeldes

Übertragung der Technik auf moderne Sensoren
> CCD
> CMOS

Physikalisches Verhalten dieser Sensoren

Belichtung des Sensors mit verschiedenen Verschlusstechniken
> Rolling Shutter / Zentralverschluss
> Global Shutter / Schlitzverschluss
> Sonderlösung digitale Spiegelreflex oder Systemkamera

Belichtungssteuerung bei
> Einzelbildaufnahme
> Serienbildern
> Synchronisation mit Prüfvorgängen (Trigger)

Vergleich zwischen Industrietechnik und Fotografie

Vorführung am Aufbau mit zwei verschiedenen Steuerprogrammen
> Erklärung von GeniCam, dem Standard für austauschbare Kamerasteuerung
> Einstell- und Bedienprogramm
> Integration in Bildverarbeitungssoftware

Entstehung von Farbbildern
> 3 Chip und Bayer Verfahren
> Sinn von Schwarz-Weiß-Bildern in der Industrietechnik
> Falschfarben
> Vergleich der spektralen Empfindlichkeit von Auge und Sensor

Bildauslese- und Übertragungstechniken
> MIPI
> Ethernet
> USB
> PCI-e

Erweiterte Möglichkeiten von GeniCam Kameras
> 8, 10, 12 oder 16 bit Bilder, was macht Sinn
> Bildkorrekturen, wie Helligkeitsausgleich (FFC)
> Übertragungskennlinien mit LUT
> Farbmischung und Farboptimierung

Werkzeuge zur optimalen Bildeinstellung
> Histogramm
> Zeilenscan
> Rauschmessung

EMVA 1288 als Norm zum Bildvergleich
> Wie wird es gemacht?
> Was kann man vom Kamerahersteller abfragen?

Praxisteil
> eigenes Experimentieren zur Kameraeinstellung
> eventuelle Diskussion von Prüfaufgaben

Modul 3 – Online
Grundlagen der optischen Bildverarbeitung
26. und 27. September 2022
jeweils von 8:30 bis 12:30 Uhr

Die optische Datenübertragung kann mithilfe der Systemtheorie beschrieben werden. Dafür muss man noch einmal tiefer in die Physik der Abbildung eintauchen.

Dadurch wird klar welche Information nur auf einzelne Pixel bezogen ist und welche nur im Verbund mit ihren Nachbarn gegeben ist.

So wie die Optik Bildstrukturen mischt oder entmischt, kann das natürlich auch im Rechner getan werden. Hier ist ein Bild nichts anderes als ein zweidimensionales Datenfeld und im Fall von Farbbildern in drei Schichten.

Versteht man den Zusammenhang in der Optik, wird die rechnerbasierte Verarbeitung und Analyse klarer.

Farbfilter regeln die Farbkomponenten in einem Pixel zueinander, entweder vor dem Objektiv als Glaselement oder im Rechnerspeicher als Rechenregel.

Räumliche Filter beschreiben die Nachbarschaften von Pixel, auch physikalisch oder mit Software verwirklicht.

Nebenbei werden Messverfahren wie die MTF Analyse von Objektiven erklärt.

Wellenoptik
> Zerlegung in Grund und Oberwellen
> Überlagerung der Wellen zum Bild
> Übertragung im Objektiv als System
> Begrenzung durch die Blende
> Blende als wichtigstes Element der Abbildung
> Grenzen des Machbaren

Fourier Optik als mathematische Darstellung
> Definition der Ortsfrequenz
> Übertragungsfunktion
> Punktbild
> Analogien zur Elektrotechnik
> Faltung als Nachbarschaftsoperation
> Tiefpass- und Hochpassfilter

Anwendungen
> MTF Messung zur Qualitätsbestimmung von Objektiven
> Schärfemessung

Analogien zur digitalen Verarbeitung
> Bilddarstellung im Speicher
> Filter im Ortsraum über Faltung
> Filter im Ortsfrequenzraum mittels Multiplikation

Bestimmen von Messgrößen aus den Bildern und deren Anwendung
> Helligkeitswerte in Zonen zur Belichtungssteuerung
> Bildmomente zur Bildanalyse
> genauere Erklärung der Überauflösung

Anwendung der Theorien in reellen Messverfahren
> Autofokus
> Lagemessung bei Bildsensoren

Abschlussprüfung (separat buchbar) – online
27. September 2022 von 13:00 bis 14:00 Uhr

Referent:innen

Dr. Gert Ferrano
Aalen,

Termine & Preise

Extras
Die Seminarteilnahme beinhaltet ausführliche Seminarunterlagen.

Die Teilnehmerzahl ist begrenzt, um den optimalen Lernerfolg zu garantieren.

Kosten
Die Kosten betragen pro Teilnehmer EUR 1.420,00(MwSt.-frei), inklusive aller Extras.

Fördermöglichkeiten
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Die nächsten Termine

Datum / Uhrzeit Seminartitel Ort Preis
15.09.2022, 9:00 Uhr Maschinelles Sehen Online$$ortdetail$$ EUR 1.420,00
08.03.2023, 8:30 Uhr Maschinelles Sehen Ostfildern$$ortdetail$$ EUR 1.420,00

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