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TDI Abtastmode für Interline Transfer Imagers

Beinahe jeder moderne Fertigungsprozess benötigt sogenannte "Machine Vision" Systeme. Diese Systeme sichern schnelle, genaue und reproduzierbare Ergebnisse und garantieren deshalb gleichbleibende Qualität über einen langen Zeitraum.

Die wichtigste Komponente in jedem optischen System stellen Kameras mit CCD oder CMOS Sensoren dar. Obwohl es mannigfaltige Abwandlungen von Bildsensoren gibt, werden in Kameras hauptsächlich Interline Transfer Typen verwendet, die im Allgemeinen in drei Kategorien eingeteilt sind: Flächen-, Zeilen- oder Time Delay Integration (TDI) Sensoren.

Während Flächensensoren in der Automatisierungstechnik weit verbreitet sind, verwendet man sie äußerst selten in der Oberflächenprüfung von Endlosmaterialien (sogenanntes Web-Inspection) wo meist extreme Objektbreiten mit hohen Vorschub-Geschwindigkeiten einhergehen. Deshalb haben sich auf diesem Gebiet Zeilenkameras etabliert. Da die Integrationszeit bei derart hohen Geschwindigkeiten zwangsläufig sehr kurz ist, braucht man extrem helle Lichtquellen um noch eine ausreichende Bildqualität zu erhalten.
TDI Sensoren sind eine Variante der Zeilensensoren mit mehreren Zeilen (sog. Stages) von Fotosensoren. Wenn sich nun das Objekt unter dem TDI Array bewegt, shiftet jedes der Zeilen die Ladung synchron in die nächste Zeile. Daraus ergibt sich eine mehrfache Belichtung derselben Stelle. Das letzte Bild, das vom Sensor gelesen wird, zeigt dann eine weitaus höhere Empfindlichkeit. Neben der Bildaufnahme von schnell bewegten Endlosmaterialien (Web) ist diese Empfindlichkeit auch auf dem Gebiet der Gebiets-Aufklärung und Satelliten-Erkundung hilfreich, da häufig wenig Licht zur Verfügung steht.
Unglücklicherweise haben alle TDI Bildsensoren signifikante Nachteile - das resultierende Bild ist nicht zweidimensional - es besteht grundsätzlich aus nur einer Zeile. Zudem ist die Anzahl der TDI Stages vorgegeben (meist ein Vielfaches von 2) und kann durch den Anwender nicht verändert werden. Ein weiterer Nachteil besteht in der festen Abtastrichtung, die wiederum nicht geändert werden kann. Erhebliche Einschränkungen für viele Anwendungsfälle sind die Folge.
Auch wenn die TDI-Technik derzeit nur auf Zeilensensoren beschränkt ist, kann man sie auch auf einfache Interline-Transfer-Flächensensoren anwenden. Das erreicht man durch eine Serie von Belichtungen verbunden mit Shifts. Das entstehende Bild ist im Gegensatz zu TDI Zeilenkameras ein zweidimensionales Bild.

Wenn der Anwender eine Szene mit einem schnell bewegten Objekt aufnimmt, wird das resultierende Bild durch Akkumulation von mehreren verschobenen Einzelbildern erzeugt. Es entsteht ein, mit der Bewegung synchronisiertes, Bild von Objekt und Hintergrund. Der große Vorteil dieser Methode zeigt sich in der Flexibilität für den Anwender, der die zeitlichen Parameter 'on the fly' ändern kann. Sowohl die Belichtungszeit für jeden einzelnen Frame als auch die Anzahl der Shifts (N) sind variabel um die erforderliche Qualität zu erreichen und/oder die Verfolgung eines Objekts zu ermöglichen, dessen Geschwindigkeit nicht konstant ist. Es ergibt sich ein stabiles Bild mit sehr hoher Empfindlichkeit. Wenn beispielsweise die Belichtungszeit eines jeden Einzelbildes 100 µs beträgt und 200 Shifts ausgeführt werden, ergibt sich eine effektive Belichtungszeit von 20 ms.

Der TDI Abtastmode funktioniert ohne Einschränkung für Mono, Bayer Farbfilter (RGBG oder YCMG) oder SPARSE CFA Sensoren. Er kann auch bei Multi-Tap Strukturen angewendet werden, wenn der Interline Transfer CCD von oben nach unten symmetrisch ist (Top-Bottom Symmetrie) und sauber definierte, horizontale CCD-Register am Chip-Anfang und am Chip-Ende (wie beispielsweise Quad-Strukturen von On-Semi und SONY) vorhanden sind. Mit derartigen Sensoren führt Imperx eine bidirektionale TDI Abtastung durch, wobei in Richtung Sensoranfang oder Sensorende verschoben wird.
Der bidirektionale TDI Mode kann beispielsweise für das Verfolgen schneller, periodisch bewegter Objekte (ähnlich einem Pendel) verwendet werden. Dies ist mit TDI Zeilensensoren unmöglich.

Ein weiterer, entscheidender Vorteil in der Anwendung konventioneller Interline CCD Sensoren liegt darin, dass man zwischen TDI-Mode und Standard-Area-Scan-Mode hin- und herschalten kann. Der TDI-Mode ist besonders geeignet, wo man eine schnelle Relativbewegung zwischen Kamera und Objekt vorfindet, wie beispielsweise bei niedrig fliegenden Plattformen (Dronen, Flugzeuge, Hubschrauber oder Aufklärungssatelliten).
Bei einer normalen Kamera wäre die Belichtungszeit zu kurz, wenn man Bewegungsunschärfe vermeiden will. In solchen Applikationen kann man auf die externe Beleuchtung keinen Einfluss nehmen. Hier bietet der TDI-Mode die einzige Möglichkeit die Empfindlichkeit zu erhöhen und trotzdem die volle Auflösung aufzuzeichnen.

Von Petko Dinev (Imperx, Inc.), übersetzt von Helmuth Oberpaul (COSYCO GmbH)


CoaXPress Kamera Interface (Framegrabber)
HighSpeed Video über Standard 75Ω Koax-Kabel

Mit der Karbon-XP Serie von Framegrabbern CXP positioniert sich BitFlow als einer der ersten Hersteller leistungsfähiger Interfaces mit dem neuen Standard. Der große Vorteil von CoaXPress liegt sowohl in der hohen Datenrate für die Videoübertragung bis 6 Gigabits/s als auch in der Möglichkeit, zusätzlich Steuerungsbefehle und Trigger mit 20 Megabits/s zu übertragen. Und dies alles über herkömmliche Koax-Kabel bis zu einer Distanz von 135 m. Häufig sind diese Kabel bereits in industriellen Anlagen installiert.

CoaXPress löst als preiswerte Alternative Probleme der etablierten Standards wie CameraLink (relativ geringe Reichweiten) und Gigabit Ethernet (geringere Echtzeit-Eigenschaften). Tatsächlich hat sich herausgestellt, dass CXP 6x schneller ist, als GigE.

CXP ist in optional für 1, 2 oder 4 Kameras erhältlich. Der Framegrabber stellt die Versorgungsspannung bis 13W je Kamera zur Verfügung, überwacht Netzfehler und betreibt Kameras wahlweise synchron oder asynchron. Passende Kameras werden automatisch erkannt (Plug & Play) und über serielle Schnittstelle konfiguriert.

Als Software steht BitFlow's SDK (32-bit und 64-bit OS) in Form einer Einmal-Lizenz und kostenlose Treiber für gängige Machine Vision Softwarepakete zur Verfügung.


Super-Auflösung für extreme Detailtreue
29 MegaPixel Kamera mit brillanter Technik

Die neue HighEnd Kamera B6620 von Imperx mit der enormen Auflösung von 6.600 x 4.400 Bildelementen gibt es wahlweise mit CameraLink oder GigaBit Ethernet Schnittstelle als Monochrom- oder Farbversion (Bayer Pattern).

Mit den geringen Abmessungen von 60 x 60 x 45 mm, dem weiten Temperaturbereich von -30 bis + 85 °C und der massiven Bauweise eignet sie sich besonders für den Einsatz in rauer Umgebung. Die kürzeste Belichtungszeit beträgt 12,5 µs, die Bildfolge immerhin noch 2,4 fps. Passend zu der Sensorgröße von 24 x 36 mm wählt man das geeignete F-Mount Objektiv aus. Sogar bei geringem Licht bis 1 lux (f/1.4) bekommt man noch Bilder.

Über die serielle Schnittstelle programmiert der Anwender bis zu 8 unabhängige Bildfenster, 8-, 10-, 12-, oder 14 bit Bildausgabeformate, Binning bis 8 Pixel horizontal und vertikal oder die Langzeitbelichtung bis 16 s. Automatische Steuerung wie Verstärkung, Belichtung, Iris und Weissabgleich sind bei dieser Kamera ebenso selbstverständlich wie wählbare Fehl-Pixel-Korrektur und dynamische Korrektur von Nullpunkt und Übertragungsfunktion (wichtig zum Abgleich der linken und rechten Bildhälfte im Dual-Tap Modus).

Weitere Merkmale:
• Pixelabtastung Normal oder Übertastet (1.8/2.5 Bilder/s)
• Zweidimensionale Grauwert- Korrektur
• Programmierbare Auflösung (Bildfenster)
• Programmierbare Belichtung für Zeile, Gesamtbild und Bildfolgefrequenz
• Intern/Extern H und V Sync
• Testbild
• Temperaturüberwachung


BitFlow Announces Hardware Bayer Support for
Basler's Color Sprint Line Scan Cameras

BitFlow is pleased to announce that for the first time its Karbon-CL frame grabbers uniquely perform real-time "Bayer" color conversion for Basler’s new Sprint color line scan cameras. Anyone that develops color line scan applications with the Basler Sprint color cameras can now capture and process the color data in real time. The Karbon-CL frame grabber performs the Bayer conversion in hardware, eliminating the need for using the CPU to perform conversions post acquisition.

The new Basler Sprint is the fastest color line scan camera on the market. The Basler Sprint color line scan family includes models with resolutions from 2k to 8k pixels, and maximum line rates from 10 kHz to 70 kHz. These extremely high line capture rates and the resulting short integration times require very high sensitivity and a low noise level to achieve excellent image quality.

BitFlow frame grabbers are the fastest and most capable frame grabbers in the world, with the highest camera to frame grabber densities in the industry. For example, the Karbon-CL4 is capable of capturing from two 8k color Sprint cameras at their full 80 Mhz pixel clock, and processing the color data from both cameras at the same time. No CPU cycles are needed for color conversion of for the DMA of images to host memory.

The BitFlow Karbon-CL supports all of the monochrome Basler Sprint cameras as well. The monochrome Sprint line scan models have resolutions from 2k to 8k pixels and maximum line rates from 20 kHz to 140 kHz, making them the fastest monochrome line scan cameras available.

Together the Basler Sprint cameras and BitFlow Karbon-CL frame grabbers are perfect for use in applications such as Web Inspection (wood, paper, foil, etc.), Surface Inspection (printed circuit boards, flat panels and displays, semiconductors), Document Scanning / Postal Sorting / Currency, and Food Inspection.

For those who wish to develop their own industrial applications, BitFlow has an advanced SDK that makes it easy to control every aspect of real time image capture. BitFlow also provides Cognex VisionPro, MVTec HALCON, and other 3rd party software drivers to their customers at no cost.

About BitFlow
BitFlow has been developing reliable, high-performance Frame Grabbers for use in imaging applications since 1993. BitFlow is the leader in Camera Link frame grabbers, building the fastest frame grabbers, with the highest camera/frame grabber densities, triggering performance, and price. With thousands of boards installed throughout the world, into hundreds of imaging applications, BitFlow is dedicated to using this knowledge and experience to provide customers with the best possible image acquisition and application development solutions. http://www.bitflow.com/

About Basler
Basler Vision Technologies is a leading German manufacturer of digital cameras for industrial, medical, and traffic system applications, as well as for the video surveillance market. Basler has more than 20 years of experience in image processing. Basler has designed and manufactured highquality digital cameras for over 10 years. Basler products are world famous for excellent image quality, high reliability, ease of use, and ease of integration. http://www.baslerweb.com


Imperx BOBCAT: Neue Kamera-Serie im Minidesign

Die BOBCAT-Familie von Imperx (Exklusivvertrieb: Cosyco GmbH) wurde speziell für Anwendungen im Machine Vision Bereich entwickelt, wo Platz zur Integration nur beschränkt vorhanden ist. Mit gerade einmal 45mm x 45mm x 39mm kann sie ihre Vorteile von exzellenter Bildqualität gepaart mit geringsten Abmessungen treffend ausspielen.
Die Auflösungen reichen von VGA mit 120/210 Bilder/s bis fünf Megapixel mit 15 Bilder/s. Das Feature-Set der neuen Serie bietet unter anderem 2-, 3- und 4-faches horizontales/vertikales Binning, mehrfach programmierbare AOIs, digital/analog Gain und Offset und automatisches Tap-Balancing, ebenso wie automatische Gain- und Exposure-Kontrolle.
Für die Triggerung stehen acht Modi mit programmierbaren Timing-Generatoren zur Verfügung. Wie alle Imperx Kameras ist auch die BOBCAT-Serie im Feld mit neuer Firmware aufrüstbar und verfügt zur Steuerung über mehrere Ein- und Ausgänge. Als Schnittstelle kommt das neue Mini-CameraLink-Interface zum Einsatz


Imperx FrameLink Express: Express in die Zukunft

Leistungsfähiger CameraLink FrameGrabber für Laptops
Nach den erfolgreichen PCMCIA-Grabbern FrameLink (digital) und VCE-Pro (analog) steht nun die nächste Generation ins Haus.
Der FrameLink Express von Imperx (Vertrieb: Cosyco GmbH) setzt auf das neue ExpressCard/54 Interface für Notebooks. Diese PCI-Express (x1) Schnittstelle ermöglicht Datenraten von 2,5 Gbps wodurch statt bisher nur einer Base-CameraLink Kamera deren sogar zwei mit CL-Base oder eine mit CL-Medium Interface angeschlossen werden können.
Eine neuentwickelte Flow-Through Technik mit intelligenter scatter/gather DMA-Architektur ermöglicht Transferraten von 200MB/s. Ausgestattet mit Bayer-Muster-Interpolation, anpassbarem RGB Gain/Offset, automatischem Weißabgleich, Lookup Tabellen und Histogrammen, ROI und einem programmierbaren CC Pulse-Generator, stellt der FrameLink Express die ideale Lösung für die mobile Bildverarbeitung mit Kameras an der oberen Leistungsgrenze dar.
Zum Anpassen an eigene Entwicklungsumgebungen steht ein optionales C/C++ SDK zur Verfügung.


Gut gekühlt

Imperx (im Exclusiv-Vertrieb bei COSYCO) bietet seine 16-, 11- und 4-Megapixel Kameras der Lynx-Serie nun auch in einer speziellen, thermoelektrisch gekühlten Variante an.
Durch die aktive Kühlung der Kameras wird die Betriebstemperatur des CCD-Sensors konstant auf 20° Celsius gehalten. Die Aufnahmeempfindlichkeit und das Dunkelstrom- und Signalrauschverhalten werden dadurch deutlich verbessert.
Die Lynx-TEC Kameras (thermoelectric cooled) bieten sich für Anwendungen an, in denen höchste Präzision gefordert wird, der Einsatz von Smart-Kameras mit großformatigen CCD-Sensoren aufgrund zu großer Hitzeentwicklung aber bisher Probleme bereitet hat.
Die bewährten Funktionen der Lynx-Serie wie 8-, 10- oder 12-Bit-Auflösung, Langzeitintegration, AOI, externer Trigger oder Auto-Iris-Kontrolle (optional) besitzen die TEC-Kameras ebenfalls. Als Schnittstellen stehen CameraLink und GigE zur Verfügung.


Automatische Blende für hochauflösende Imperx-Kameras

Alle Kameras von Imperx (Exclusiv-Vertrieb COSYCO) ermöglichen optional den Anschluss von Auto-Iris Objektiven. Die mechanische Blendensteuerung wird dringend für die Bilderfassung im Freien (Verkehrstechnik, Überwachung von freien Plätzen, Parkhäusern etc.) benötigt.
Bisher wurden Auto-Iris Objektive hauptsächlich bei preisgünstigen analogen Überwachungskameras eingesetzt. Neue Herausforderungen auf dem Gebiet der Personen- und Verkehrsüberwachung verlangen mehr und mehr den Einsatz hochauflösender Kameras, um die Detail-Erkennung von beispielsweise Gesichtern oder Autokennzeichen zu erhöhen. Dabei müssen die Kameras sowohl bei Dunkelheit (Straßenbeleuchtung) als auch bei direkter Sonneneinstrahlung unverändert qualitativ hochwertige Bilder liefern. Diese hohe Dynamik kann nur durch die automatische Blendensteuerung befriedigend gelöst werden.
Die Kameras verfügen darüber hinaus über eine einstellbare Grauwertauflösung von 8-, 10- oder 12 Bit, einstellbares Bildfenster, Langzeitintegration, sind extern triggerbar und können für die Blitz-Ansteuerung ein Ausgangssignal mit einstellbaren Synchronisationszeiten erzeugen.
Das beiliegende Bild (© arsenal research) des Fahrzeugs RoadSTAR hat uns freundlicherweise unser Kunde arsenal research (Geschäftsfeld Verkehrswege) zur Verfügung gestellt. RoadSTAR dient der Erfassung von Straßenzustandsdaten bei einer Geschwindigkeit zwischen 40 und 120 km/h.
Hier erfassen während der Fahrt 4 Kameras mit einer Auflösung von 1 MegaPixel synchron Bilder nach allen 4 Seiten.


Weltpremiere auf der Vision: 16 Megapixel Kamera von Imperx

COSYCO präsentiert die neueste Entwicklung von Imperx, die IPX-16M3. Die Kamera ist wahlweise mit Camera Link oder GigE Schnittstelle erhältlich. Bei der Auflösung von 4872 x 3248 schafft sie 3 Bilder/Sekunde. Über Software lässt sich die Grauwertauflösung von 8, 10 oder 12 Bit auswählen.
Die Kamera verfügt, wie alle Modelle von Imperx über besondere Merkmale wie Single/Dual Tap Betrieb, Binning, programmierbare Auflösung, Shutterzeiten und Bildraten, Langzeit-Integration, Pre-Exposure, Double Exposure, schnelle Triggerung, Blitz-Ausgang, Gain und Offset Korrektur, Window-Technik und auf Wunsch sogar Auto-Iris Steuerung.


High-Speed Video mit HDTV-Auflösung

COSYCO stellt die FV40 von FastVision aus, die bei der HDTV-Auflösung von 1920x1080 Bildelementen mehr als 300 Bilder/Sekunde liefert. Die Aufzeichnungsdauer in den kamera-internen Speicher beträgt 1 Sekunde. Die Kamera verfügt jedoch über einen leistungsfähigen FPGA der in Echtzeit JPEG-Komprimierung (wählbar in drei Stufen) realisiert. Damit kann je nach gewähltem Komprimierungsgrad eine Aufzeichnungsdauer bis zu 30 Sekunden erreicht werden.
Die maximale Auflösung der Kamera beträgt 2352x1728 Bildelemente. Bei dieser Auflösung erreicht sie immerhin noch mehr als 200 Bilder/Sekunde.
Über die USB2-Schnittstelle wird die Kamera bedient und die Sequenzen auf Laptop oder Standard-PC heruntergeladen. Eine bedienerfreundliche Software ist im Lieferumfang enthalten.


GigE Interface für alle Imperx-Modelle

Imperx bietet mit Gigabit Ethernet eine neue attraktive Option für alle Lynx Kameramodelle an. Der Modellzusatz Lynx GigE garantiert die hervorstechenden Merkmale aller Kameras wie Programmierbarkeit, Firmware Bibliothek, Blitzansteuerung, Triggereingang und sogar Auto-Iris Steuerung. Die Modellpalette umfasst Kameras von VGA Auflösung mit 210 Bilder/s bis hin zu 11 MegaPixel Versionen.
Alle GigE Kameras werden von den Softwarepaketen LabView, Image Pro, Halcon, Video Savant, MIL, eVision, Common Vision und andere unterstützt.
Darüber hinaus bietet COSYCO ein kostenloses Standard-Softarepaket sowie VB und eine C++ SDK Bibliothek an.
Die Kameras werden von Red Hat Linux und Windows 2000/XP unterstützt.

Mit brillanten Bildern zu High-Tech Lösungen.
Das neueste Modell aus der Familie hochauflösender Digitalkameras von Imperx (exklusiv im Vertrieb von COSYCO) liefert extrem rauscharme Aufnahmen bei Zimmertemperatur mit 12 Bit Graustufen und die hohe Framerate von 30 Bildern/Sekunde bei der vollen Auflösung von 1600x1200 Bildelementen.

Das Camera Link Interface erlaubt spezifikationsgemäß die Parametrisierung der Kamera, die neben der herausragenden Bildqualität folgende interessante Merkmale aufweist:

  • Seitenverhältnis 4:3 oder 16:9 (HDTV) entsprechend 720P
  • Farbe (Bayer Filter) oder monochrom
  • Bildfrequenz und Auflösung einstellbar (höhere Frameraten möglich)
  • Langzeitintegration bis 10 Sekunden
  • Shutter (1/30 bis 1/16.000 Sekunden)
  • Extern Trigger
  • Dynamikumfang wählbar (Gamma 1.0 oder 0.45)


Weltneuheit: CameraLink FrameGrabber für Laptops

VCE-CLCB01 ist weltweit der erste digitale Frame Grabber im PCMCIA Type II Format für digitale Kameras nach dem neuen Camera Link Standard (Base Configuration). Die leistungsfähige Karte bietet für digitale MegaPixel Kameras ein leistungsfähiges 'plug-and-play' Interface zum CardBus. Mit 256 MB onboard Speicher und einer eigenen verlustlosen Kompressionstechnik übertrifft diese ultra-kompakte Karte die meisten Camera Link Frame Grabber auf dem Markt. Die Karte kann im Betrieb eingesteckt bzw. entfernt werden.
Mit Eingangsdatenraten von 66 MHz (85 MHz optional), dem seriellen Interface für die Kamera-Steuerung und einem benutzerfreundlichen Software Development Kit werden mobile Applikationen zur Wirklichkeit.

Weitere technische Merkmale:

  • PC Card Cardbus revision 8.0
  • 32 Bit PCI bus @ 33 MHz
  • Unterstützt folgende Daten Formate: bis 3x8 Bit, bis 2x10 Bit, bis 2x12 Bit und RGBytes (3x8 Bit)

CoaXPress Kamera Interface (Framegrabber) HighSpeed Video über Standard 75Ω Koax-Kabel
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