Am AIT in Wien hat die Forschungsgruppe High-Performance Vision Systems in Zusammenarbeit mit SVS-Vistek die xposure:1M-Lösung auf Basis der Mikrotron EoSens Creation 2.0 XGE entwickelt. Das System erzielt Zeilenraten von einer Million Zeilen pro Sekunde durch eine optimierte FPGA-Integration, leistungsfähige CMOS-Flächensensoren und eine anwendungsspezifische Stroboskop-LED-Beleuchtung. Dadurch können selbst schnellste Produktionsprozesse in der Industrie sowie Internet-of-Things-gestützte Anwendungen hochpräzise mit nahezu keiner Bewegungsunschärfe inspiziert werden. Selbst kleinste Details bleiben scharf und konturiert.
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AIT Wien erreicht 1 MHz-Zeilenrate durch FPGA-Innovation und CMOS-Sensoren
Am AIT wurde ein hochmodernes Bildverarbeitungssystem realisiert, das mit einer Zeilenrate von einer Million Zeilen pro Sekunde neue Leistungsmaßstäbe setzt. Kernstück sind CMOS-Flächensensoren, die in Verbindung mit der Mikrotron EoSens Creation 2.0 XGE funktionieren und um eine eigens entwickelte FPGA-Echtzeitlogik ergänzt wurden. Diese Logik synchronisiert die sensorseitige Teilbildaufnahme mit der Bewegung des Prüfgutes und liefert nahtlose Bildströme, die ultrahohe Inspektionsgeschwindigkeiten bei minimaler Unschärfe ermöglichen. Die Datenübertragung erfolgt verzögerungsfrei über 10GigE.
AIT nutzt CMOS-Flächensensoren FPGA-Logik für ultraschnelle Synchronisierung in Echtzeit
Das AIT-System ersetzt konventionelle Zeilenkameras durch fortschrittliche CMOS-Flächensensoren, die dank paralleler Pixelarchitektur deutlich höhere Abtastraten erreichen. Durch die Erweiterung der integrierten FPGA-Logik einer Standardkamera um spezifische Echtzeit-Algorithmen lassen sich Flächenaufnahmen in Echtzeit mit Bewegungsablauf und LED-Impulsbeleuchtung perfekt aufeinander abstimmen. Bereits in der Kamerahardware beseitigen automatisierte Korrekturverfahren störende Schattierungsartefakte, sodass die Bildqualität direkt und ohne nachgeschaltete Verarbeitung optimiert zur Verfügung steht. Dies ermöglicht hochpräzise Inspektionen bei hohen Durchsatzraten ohne sichtbare Bildunschärfe.
Mikrotron EoSens Creation 2.0 XGE optimiert FPGA-Preprocessing für 1-MHz-Scan
Die Mikrotron EoSens Creation 2.0 XGE von SVS-Vistek bildet das Herzstück des Highspeed-Systems. Sie nutzt den LUX19HS-CMOS-Sensor von Luxima ohne Frame Overhead Time, um kontinuierliche Datenströme ohne Lücken zu erzeugen. Im FPGA lässt sich kundenspezifische Bildvorverarbeitungslogik implementieren, wodurch Rauschunterdrückung und Kantenerkennung schon in der Kamera erfolgen. Zudem erlaubt die Hardware das nahtlose Aneinanderfügen von Teilbildern zu einem lückenlosen 1-MHz-Zeilenscan.
xposure:1M-System erreicht 1 MHz Zeilenrate durch reduzierte acht Zeilen
Zur Erreichung sensorseitig 125.000 Bildern pro Sekunde reduziert das xposure:1M-System die Auflösung auf acht Zeilen mit einer Pixelbreite von 1.024. Damit wird die Emulation einer Zeilenrate von einer Million Zeilen pro Sekunde realisiert. Die integrierte 10GigE-Vision-SFP+-Schnittstelle gewährleistet den latenzfreien Datentransport über Glasfaser und ermöglicht auch bei langen Übertragungsentfernungen einen unterbrechungsfreien, hochperformanten Datendurchsatz für kontinuierliche Highspeed-Bildverarbeitung in anspruchsvollen Automationsanwendungen. Dies sichert konstante Bilddatenströme selbst bei hohen Geschwindigkeiten und komplexen Analyseprozessen dauerhaft.
1µs Belichtungszeit und xposure:flash-Stroboskop für extrem scharfe homogene Aufnahmen
Eine Belichtungszeit von etwa 1 µs bei maximaler Lichtleistung sorgt für minimale Bewegungsunschärfe selbst bei hohen Scangeschwindigkeiten. Mit der xposure:flash-Stroboskop-Technologie werden nur ausgewählte Zeilen gepulst ausgeleuchtet. Dadurch kann die LED kurzzeitig hohe Ströme liefern und eine gleichmäßig helle Beleuchtung im engen Sensorbereich gewährleisten. Dieses Verfahren entspricht einer punktuellen Ausleuchtung und kompensiert mögliche Helligkeitsschwankungen. Ergebnis: selbst bei einer Zeilenrate von 1 MHz bleiben feinste Details scharf erkennbar und zuverlässig präzise sichtbar.
SVS-Vistek schulte AIT in HDL-Programmierung und individualisierte maßgeschneiderte Kamerafunktionen
SVS-Vistek bot dem AIT-Team umfassende Schulungen im Bereich HDL-Programmierung der Kamera an und implementierte darüber hinaus maßgeschneiderte Anpassungen für spezifische Funktionen. Durch die Zusammenarbeit während der Entwicklungs- und Trainingsphase sowie den kontinuierlichen Support konnte das AIT-Team komplexe Anforderungen direkt umsetzen. Die enge Kooperation etablierte eine effiziente Wissensvermittlung und Problemlösung, was nach Angaben des Instituts maßgeblich zur erfolgreichen Realisierung des Projekts beitrug. Diese partnerschaftliche Vorgehensweise stärkte das Vertrauen beider Seiten nachhaltig.
xposure:1M-System liefert ultraschnelle zuverlässige präzise 1 MHz Zeilenrate bei 10 m/s
Im Praxisversuch wurde eine Banknote auf einer rotierenden Trommel mit 10 m/s Anlau?geschwindigkeit positioniert. Unter Verwendung einer ROI von acht Zeilen und einer Bildrate von 125.000 Bildern pro Sekunde erreichte das xposure:1M-System eine effektive Gesamtzeilenrate von einer Million Zeilen pro Sekunde. Dabei erlaubte die gewählte Konfiguration eine optische Auflösung von 10 µm pro Pixel. Kleinste Strukturmerkmale mit Abmessungen von nur 200 µm wurden zuverlässig identifiziert, sichtbar gemacht und präzise dargestellt.
xposure:1M optimiert optische Inspektion von Drähten bis Passdokumenten zuverlässig
Die Kamera Mikrotron EoSens Creation 2.0 XGE von SVS-Vistek (Foto: Roland Maier. SVS-Vistek)
Durch die xposure:1M-Technologie lassen sich Drähte, Kabel und Metallbänder optisch in Echtzeit inspizieren, wobei hohe Zeilenraten Bewegungsunschärfen verhindern. Sicherheitsdrucke auf Banknoten oder Pässen werden detailgenau geprüft, während Verpackungen und Braille-Codes zuverlässig erkannt werden. Auch Leiterplatten und Batterie-Folien durchlaufen schnelle Qualitätskontrollen. Zusätzlich ermöglicht das System die Analyse von Schienen- und Straßenoberflächen und unterstützt Zeitmultiplex-Aufnahmen für Inline Photometric Stereo, um Oberflächentexturen dreidimensional zu erfassen und hochpräzise Materialfehler aufzuspüren, unter allen Produktionsbedingungen zuverlässig.
AIT xposure:1M und SVS-Vistek EoSens Creation 2.0 definieren Highspeed-Vision
Die xposure:1M-Technologie des AIT nutzt gemeinsam mit der SVS-Vistek Mikrotron EoSens Creation 2.0 XGE eine maßgeschneiderte FPGA-Logik, moderne CMOS-Sensoren und stroboskopische LED-Beleuchtung, um Zeilenraten von einer Million Messpunkten pro Sekunde zu erreichen. Durch direkte Synchronisation von Sensorabtastung, Bildvorverarbeitung und Beleuchtungsimpulsen werden selbst bei hohen Bandgeschwindigkeiten verzerrungsfreie Aufnahmen realisiert. Das System lässt sich flexibel in IoT-gestützte Automatisierungsanlagen integrieren und skaliert je nach Anforderung. Optionale Schnittstellen unterstützen einfache Integration in industrielle Systeme.
