10 Dinge, die Sie bei der Auswahl von Bildverarbeitungssoftware beachten sollten

National Instruments ist seit vielen Jahren kompetenter Ansprechpartner und Marktführer im Bereich der industriellen Bilderfassung und -verarbeitung. Bildverarbeitungssoftware von NI ist in zwei Softwarepaketen erhältlich: Das Vision Development Module ermöglicht die Erstellung leistungsstarker visueller Inspektions-, Positionierungs-, Identifizierungs- sowie Mess- und Prüfsysteme. Es enthält vielfältige Bildverarbeitungsfunktionen für die Anwendungsentwicklung in den gängigsten Entwicklungsumgebungen von NI (NI LabVIEW, NI LabWindows/CVI, C/C++ oder Visual Basic). Der Vision Builder for Automated Inspection (AI) ist eine interaktive Softwareumgebung für die Leistungsprüfung, Konfiguration und Ausführung industrieller Bildverarbeitungsanwendungen ohne jeglichen Programmieraufwand. Beide Softwarepakete sind sowohl mit allen NI-Bilddatenerfassungskarten als auch mit dem NI Compact Vision System kompatibel. Die folgenden Themen bieten Ihnen einen Überblick über 10 wichtige Kriterien, die Sie bei der Auswahl von Bildverarbeitungssoftware beachten sollten.

Kameraauswahl

Die erste Frage, die Sie sich bei der Auswahl von Bildverarbeitungssoftware stellen sollten, ist die nach der Kompatibilität zu geeigneter Kamerahardware. Welche Kameratypen werden unterstützt und bieten optimale Leistung für Ihre Anwendung? Der Markt bietet zahlreiche kostengünstige Standardanalogkameras, deren Funktionsumfang (VGA-Auflösung, max. Bildfrequenz von 30 Frames/s, geringe Bildqualität) für viele Anwendungen jedoch unzulänglich ist.

Bildverarbeitungshard- und -software von NI ist mit den vielfältigsten Kameratypen kompatibel, angefangen bei preiswerten Standardanalogkameras bis hin zu Kameramodellen für die Hochgeschwindigkeitszeilenabtastung. Nutzen Sie den Industrial Camera Advisor auf ni.com, um die richtige Kamera und Datenerfassungshardware für Ihre Anwendung zu finden.

Hardwareskalierbarkeit

Die Auswahl der geeigneten Kamera ist ein entscheidender Schritt bei der Erstellung Ihrer Bildverarbeitungsanwendung. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Skalierbarkeit Ihrer Kamerahardware. Die Industrie bringt in immer kürzeren Abständen neue Kameratechnologien auf den Markt, welche die visuelle Sichtung des Prüfobjekts weiter verbessern oder die Erfassung zusätzlicher Prüfkriterien ermöglichen. Wenn Sie mit diesen Neuerungen Schritt halten möchte, müssen Sie in der Lage sein, Ihre Kamerahardware zu aktualisieren. Die Treibersoftware NI-IMAQ unterstützt die Bilddatenerfassung mit allen NI-Framegrabbern und -Schnittstellenkarten. Mithilfe von NI-IMAQ können Anwender vielfältigste Kamerahardware anbinden – und das mit einer einzigen, einfach zu bedienenden Schnittstelle. Beim Upgrade einer Analog-Kamera auf eine CameraLink-Kamera bleibt die Software unverändert. Ebenso universell einsetzbar ist NI-IMAQ für IEEE-1394-Kameras. NI-IMAQ ermöglicht Ihnen die Kommunikation und Bilderfassung mit mehr als 100 verschiedenen IEEE-1394-Kameratypen (FireWire) ohne Einsatz eines Framegrabbers.

NI-Treibersoftware unterstützt nicht nur vielfältigste Kamerahardware, sondern ist auch auf allen NI-Hardwareplattformen ausführbar, von Standardcomputern über CompactPCI/PXI bis hin zum Compact Vision System. Diese Hardwareskalierbarkeit schafft die Grundlage für eine produktive Anwendungsentwicklung. So können Sie mithilfe einer kostengünstigen IEEE-1394-Kamera (FireWire) den Prototypen Ihrer Anwendung auf einem Labor-PC entwickeln und diese anschließend auf Produktionsebene in ein robustes Compact Vision System implementieren. Hierzu ist keinerlei Änderung des Datenerfassungs- bzw. Bildverarbeitungscodes erforderlich.

Benutzerfreundliche Software

Der nächste wesentliche Schritt nach der Erfassung von Bildern ist deren Verarbeitung. Die große Auswahl an verfügbaren Algorithmen erschwert die Suche nach dem richtigen Softwarewerkzeug. In einer Programmiersprache ist es u. U. langwierig und unproduktiv, die geeigneten Tools mithilfe des "Trial-and-Error"-Prinzips zu identifizieren. Ein Anspruch an Bildverarbeitungssoftware sollte deshalb sein, die optimale Umsetzung des jeweiligen Lösungsansatzes zu ermöglichen.

Bei vielen Anwendungen ist die Entwicklung kompletter Bildverarbeitungssysteme ganz ohne Programmieraufwand möglich. Konfigurierbare Software wie der NI Vision Builder AI ist zwar weniger flexibel als Programmiersprachen wie C, Visual Basic oder LabVIEW, bietet ihren Anwendern aber bedienfreundliche und interaktive Funktionen für die Konfiguration, den Leistungsvergleich und die Ausführung von Bildverarbeitungsanwendungen. Der Vision Builder AI umfasst bis zu 50 gängige Bildverarbeitungswerkzeuge wie Mustervergleich, das Lesen von DataMatrix-Code, Farbabgleich u. v. m. Mit dem Vision Builder AI können Sie Bilder von jeder durch NI unterstützten Kamera erfassen und die Prüfergebnisse mithilfe gängiger industrieller Kommunikationsprotokolle über Ethernet, serielle Schnittstellen oder Digital-I/O an andere Geräte übertragen.

Mithilfe des neuen NI Vision Assistant gestaltet sich selbst die Anwendungsentwicklung in LabVIEW, C und Visual Basic einfach und zügig. Der im NI Vision Development Module integrierte Vision Assistant ist eine Prototypisierungsumgebung, mit deren Hilfe Sie interaktiv verschiedene Bildverarbeitungsfunktionen erproben können. Auf diese Weise finden Sie den richtigen Lösungsansatz für Ihre Bildverarbeitungsaufgabe und können ermitteln, wie viel Zeit für die Ausführung jeder einzelnen Funktion benötigt wird.

Sobald der optimale Lösungsansatz feststeht, generiert der Vision Assistant den sofort ablauffähigen LabVIEW-Code oder C-Code (LabWindows/CVI, C/C++ oder Visual Basic). Hierzu ist nur ein einziger Mausklick notwendig. Ohne jeglichen Programmieraufwand ist die Erstellung Ihrer Bildverarbeitungsanwendung somit größtenteils bereits beendet. Sie können den im Vision Assistant generierten Code eigenständig ausführen oder den Code in ein umfangreicheres, industrielles Steuer-, Regel-, Datenerfassungs- oder Motorensteuerungssystem integrieren.

NI Vision Assistant

Ganz gleich, ob Sie Laie oder erfahrener Bildverarbeitungsexperte sind: mit dem NI Vision Assistant können Sie schneller als je zuvor produktive und zuverlässige Bildverarbeitungsanwendungen erstellen.

Weiterführende Links:
Tutorium zum NI Vision Assistant

Vielfältige und präzise Algorithmen

Zahlreiche Gesichtspunkte spielen bei der Auswahl von Bildverarbeitungssoftware eine Rolle – ebenso entscheidend dabei ist, ob die Softwarewerkzeuge präzise und fehlerfreie Messungen wichtiger Bereiche und Eigenschaften des Prüfobjekts bis in den Subpixel-Bereich ermöglichen. Denn erst die Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit der Software schafft die Voraussetzung dafür, dass Anwender von der Geschwindigkeits- und Auflösungsleistung ihrer Kamera profitieren. Beachten Sie, dass es sehr viel einfacher ist, die Geschwindigkeit präzisen Programmcodes zu erhöhen als die Genauigkeit schneller Messergebnisse zu verbessern.

Das NI Vision Development Module und der Vision Builder AI beinhalten vielfältigste Bildverarbeitungsfunktionen, welche die Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit Ihrer Anwendung gewährleisten. Die fünf häufigsten Anwendungsbereiche für die industrielle Bildverarbeitung sowie die meistgenutzten Algorithmen sind im Folgenden aufgelistet.

 

Optimale Darstellung des Prüfobjekts im Bild – Mithilfe von Filterwerkzeugen können Sie Kanten schärfen, Bildrauschen beseitigen oder Frequenzinformationen extrahieren. Nutzen Sie Kalibrierwerkzeuge, um nichtlineare Verzerrungen bzw. Fehler in der Perspektive zu korrigieren, die aus Objektivverzerrungen und Kamerapositionierung resultieren. Mithilfe dieser Kalibrierwerkzeuge können Sie auch reale Maßeinheiten auf Ihre Messungen anwenden, d. h. Sie erhalten Werte in Mikron, Millimeter oder Kilometer anstatt in Pixel.

 

Anwesenheits- und Vollständigkeitskontrolle – Die Anwesenheits- und Vollständigkeitskontrolle ist die einfachste Art der visuellen Überwachung. Um das Vorhandensein bestimmter Komponenten oder Eigenschaften des Prüfobjekts zu prüfen, können Sie jedes der verfügbaren Histogramm-Werkzeuge, Werkzeuge für den Farbmustervergleich und die Mustererkennung einsetzen. Das Ergebnis einer Anwesenheits- und Vollständigkeitskontrolle lautet immer Ja/Nein bzw. bestanden/nicht bestanden.

 

Merkmalslokalisierung – Die Lokalisierung von Merkmalen ist beim von Objekten bzw. bei der Bestimmung der genauen Objektplatzierung entscheidend und dient als Maßstab für alle nachfolgenden Prüfungen. Kantenerkennung, Graustufen-Mustererkennung, Formerkennung, geometrische und Farbmustererkennung sind alles Werkzeuge zur Merkmalslokalisierung. Mithilfe dieser Tools lassen sich Objektposition (X, Y) und -drehwinkel mit einer Genauigkeit von bis zu 1/10 Pixel bestimmen. Die geometrische Mustererkennung ist zudem unanfällig gegen überlappende Objekte bzw. Objekte, die ihre Größe verändern.

 

Eigenschaftsmessung – Der häufigste Grund für den Einsatz eines Bildverarbeitungssystems ist die Durchführung einer Messung. Normalerweise werden Kantenerkennung, Teilchenanalyse sowie geometrische Funktionen zur Ausmessung von Abständen, Durchmessern, Summen, Winkeln und Flächen eingesetzt. Ganz gleich, ob Sie die Gesamtsumme von Zellen unter einem Mikroskop oder den Winkel zwischen zwei Bremssattelkanten berechnen, das Ergebnis einer Eigenschaftsmessung ist immer ein Zahlenwert und keine exakte Position oder Gut-/Schlecht-Wert (i. S. v. bestanden/nicht bestanden)..

 

Komponentenidentifizierung – Die Identifizierung von Komponenten des Prüfobjekts ist wichtig für die Übereinstimmung, Verfolgung und Prüfung der Bestandteile. Methoden zur direkten Identifizierung umfassen das Lesen von Barcode oder Datencode wie beispielsweise DataMatrix und PDF 417. Zu den modernen Methoden zählen u. a. die lernfähige optische Zeichenerkennung (OCR) und Objektklassifizierung. Das Ergebnis einer Komponentenidentifizierung ist vielmehr ein Text bzw. eine Zeichenkette an Stelle eines Messergebnisses oder eines Bestanden-/Nicht-Bestanden-Kriteriums.

Alle Funktionen des NI Vision Development Module und Vision Builder AI nutzen die Vorteile der Subpixel-Genauigkeit, um Lokalisierungen, Entfernungen und Messungen mit einer Genauigkeit bis zu ein Zehntel Pixel und ein Zehntel Grad zu interpolieren.

Weitere Informationen zur Leistungsfähigkeit, Funktionsweise und Verwendung von Bildverarbeitungsalgorithmen entnehmen Sie bitte dem Handbuch "IMAQ Vision Concepts" (Grundlegende Konzepte für die industrielle Bildverarbeitung).

Leistungsfähigkeit von Algorithmen

Genauigkeit und Bedienfreundlichkeit sind die beiden vorrangigen Faktoren bei der Auswahl von Bildverarbeitungssystemen. Der drittwichtigste Aspekt ist die Ausführungsgeschwindigkeit. Ganz gleich, wie viele Algorithmen Ihnen zur Auswahl stehen oder wie schnell Sie eine Anwendung mithilfe dieser Algorithmenvielfalt erstellen können, wenn die Prüfwerkzeuge ineffizient sind und eine zu lange Ausführungszeit benötigen, so ist ein Großteil Ihrer Entwicklungsarbeit umsonst.

NI-Bildverarbeitungssoftware ist für maximale Leistungsfähigkeit optimiert. NI zählt damit zu den weltweit führenden Anbietern von Softwarepaketen für die industrielle Bildverarbeitung, welche die höchsten Ausführungsgeschwindigkeiten bieten. Im Vergleich zu einem anderen führenden Anbieter von Bildverarbeitungssoftware gewährleistet NI-Bildverarbeitungssoftware in vielen Bereichen nachhaltig höhere Geschwindigkeiten (siehe Tabelle unten).

	Ausführungs- geschwindigkeit; Bildverarbeitungs- software von NI  (ms)	Ausführungs- geschwindigkeit; Bildverarbeitungs -software eines anderen führenden Herstellers (ms)	Erhöhung der Ausführungs- geschwindigkeit durch NI-Software
Histogramm	0,91	2,03	2,2X
Geometrische Transformation	3,1	10,3	3,3X
Morphologie	1,8	5,9	3,3X
Optische Zeichenerkennung (OCR)	3,3	5,9	1,8X
Geometrischer Abgleich	93,0	149,8	1,6X
Objektklassifizierung	7,5	–	–

Um diese vergleichenden Tests nachzuvollziehen, können Sie ein NI Vision Development Module oder eine Evaluierungsversion des Vision Builder AI anfordern und einige der enthaltenen Bilder mit den Werkzeugen bearbeiten.

Integration mit anderen Geräten

Bildverarbeitungsapplikationen sind meist Bestandteil eines weitaus umfangreicheren Steuer- und Regelsystems. Im Bereich der industriellen Automatisierung werden Bildverarbeitungsanwendungen für zahlreiche Prüf- und Automatisierungsprozesse eingesetzt, so z. B. zur Steuerung von Aktuatoren bei der Sortierung von Produkten, zur Kommunikation von Prüfergebnissen an eine Robotersteuerung, einen Controller mit speicherprogrammierbarer Steuerung (SPS) oder einen programmierbaren Automatisierungscontroller (PAC), zur Speicherung von Bildern und Daten auf Netzwerkservern oder zur Übertragung von Prüfparametern und -ergebnissen an eine lokale oder dezentrale Benutzerschnittstelle.

Bildverarbeitungsapplikationen im industriellen und wissenschaftlichen Bereich integrieren neben Bildverarbeitungshard- und -software häufig auch zusätzliche erforderliche Komponenten wie etwa Linearversteller, Datenerfassungssysteme, Mikroskope, spezielle Kameras und fortgeschrittene Trigger.

Da NI auch im Bereich der industriellen Steuer- und Regeltechnik, Datenerfassung und Bewegungsteuerung zu den führenden Unternehmen gehört, sind NI-Bildverarbeitungsprodukte auch für diese Applikationsbereiche konzipiert sowie mit gängigen Komponenten von Drittanbietern einsetzbar. Ganz gleich, welche Anforderungen Ihre Applikation erfüllen soll – Kommunikation mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) via DeviceNet oder mit Mikroskophardware über einen seriellen Bus – mit Bildverarbeitungsprodukten von NI können Sie jede dieser Aufgaben realisieren.

Um mehr darüber zu erfahren, wie Sie Bildverarbeitung, Datenerfassung und Motorensteuerung in einer Plattform integrieren, lesen Sie das Whitepaper: "Integrierte Messplattform für die Bildverarbeitung und Motorensteuerung" (engl.).

Weitere Informationen zur Kommunikation mit gängigen industriellen Geräten erhalten Sie auf unserer Webseite ni.com/communications.

Preis

Softwarepakete für die industrielle Bildverarbeitung gibt es in zahlreichen Ausführungen. Viele Softwarepakete sind auf OEM-Kunden zugeschnitten, d. h. die Entwicklungsbibliotheken sind in mehrere kleine Algorithmen-Pakete aufgeteilt, die „à la carte“ verkauft werden. Der Preis für ein einzelnes Algorithmen-Paket erscheint zwar niedriger, dafür ist der Preis für das gesamte Entwicklungspaket jedoch meist sehr hoch.  Rechnet man zum Preis des Gesamtpakets noch die Lizenzkosten hinzu, die für das Komplettsystem anfallen, so ist die Implementierung der Anwendung nicht nur kompliziert sondern auch sehr teuer.

Im NI Vision Development Module dagegen sind alle erforderlichen Algorithmen integriert, mit deren Hilfe Sie selbst schwierigste Herausforderungen im Bereich der industriellen Bildverarbeitung lösen können. So sparen Sie Zeit und Kosten für Auswahl, Kauf und Wartung mehrerer Softwarepakete. Zudem ist die Anwendungsausführung sehr kosteneffizient – mit einer einzigen Run-Time-Lizenz für das NI Vision Development Module können Sie ein ablauffähiges Programm in Ihr Bildverarbeitungssystem implementieren, das eine beliebige Anzahl an Bildverarbeitungsalgorithmen nutzt. Zudem sind im Lieferumfang des NI Compact Vision System alle Lizenzen enthalten, die für die Anwendungsausführung erforderlich sind. Unabhängig davon, wie viele Compact-Vision-Systeme Sie einsetzen, müssen Sie also nur ein Exemplar des NI Vision Development Module oder des Vision Builder AI erwerben.

Partnerfirmen und Systemintegratoren

Die NI-Produktpalette umfasst Hard- und Software für die industrielle Bildverarbeitung. Da NI keine Beleuchtung, Kameras und optisches Zubehör herstellt, arbeitet NI eng mit anderen Experten aus diesen Bereichen zusammen. Reseller bzw. Anbieter von Bildverarbeitungskomponenten, mit denen Sie Ihr Bildverarbeitungssystem vervollständigen können, finden Sie auf unserer Webseite NI-Partnerfirmen für die industrielle Bildverarbeitung.

Schon seit Jahren setzen Anwender NI-Produkte für die industrielle Bildverarbeitung erfolgreich ein, um einer Vielzahl anspruchsvoller und unterschiedlichster Herausforderungen bei der Anwendungsentwicklung zu begegnen, angefangen bei der optischen Prüfung von Automobilkomponenten bis hin zur Sichtprüfung in der Krebsforschung.Während NI-Bildverarbeitungswerkzeuge auf Endanwender zugeschnitten sind, ist für die Entwicklung größerer Anwendungen u. U. die Unterstützung durch einen Bildverarbeitungsexperten notwendig. Um Ihnen bei der Anwendungsentwicklung mit Tat und Rat zur Seite zu stehen, arbeitet NI mit mehr als 600 Alliance-Partnern zusammen. NI und sein weltweites Netzwerk an Alliance-Partnern sind Ihnen gerne bei der Auswahl der geeigneten Hard- und Softwarekomponenten bzw. bei der Erstellung Ihres individuellen Komplettsystems behilflich. Auf unserer Webseite "Partnerfirmen im Bereich Industrielle Bildverarbeitung“ finden Sie Bildverarbeitungsspezialisten und Systemintegratoren in Ihrer Nähe.

Technischer Support

Bildverarbeitungssoftware von NI wurde mit Hinblick auf eine einfache Handhabung konzipiert. Die Anforderungen an jederzeit verfügbaren technischen Support sollten jedoch nicht außer Acht gelassen werden. Sie können NI-Bildverarbeitungssoftware direkt bei NI bestellen und erhalten zudem direkten Produktsupport. So profitieren Sie bereits beim Kauf direkt von der kompetenten Beratung unserer technischen Experten. Kontaktieren Sie uns per E-Mail oder Telefon, um technischen Support durch qualifizierte Applikationsingenieure zu erhalten.

NI bietet Ihnen 24-Stunden-Online-Support. Besuchen Sie hierzu unsere Webseite Technischer Support oder richten Sie Ihre Frage an andere Anwender von NI-Bildverarbeitungsprodukten im großen NI-Diskussionsforum für die industrielle Bildverarbeitung.

 

 

 

 

Unternehmenswachstum und -stabilität

Die Tatsache, dass Sie Ihre Bildverarbeitungssoftware auch in Zukunft einsetzen können und Ihre Investition in Software gewahrt bleibt, ist ebenso wichtig wie die getätigte Investition selbst. Zahlreiche spezialisierte Kleinunternehmen aus dem Bereich der industriellen Bildverarbeitung können die Langlebigkeit ihrer heute noch effizienten Softwarewerkzeuge auf Dauer nicht gewährleisten. Anwender, die in zukunftssichere Bildverarbeitungssysteme investieren möchten, welche auf neue Technologien aufrüstbar sind, sollten sich vergewissern, dass der gewählte Softwareanbieter wachstumsorientiert ist und seine Softwareprodukte stetig weiterentwickelt.

National Instruments kann seit nahezu 30 Jahren ein solides Unternehmenswachstum und steigende Gewinne vorweisen. Dank beträchtlicher Investitionen in Forschung und Entwicklung hat sich NI als Pioneer im Bereich von Hard- und Software für die industrielle Bildverarbeitung etabliert. Sie können darauf vertrauen, dass wir uns auch in Zukunft mit vollstem Engagement der Weiterentwicklung und Optimierung unserer Produkte für die industrielle Bilderfassung und -verarbeitung widmen werden.