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Entwicklung eines USB-fähigen Kamerasystems mit integrierter Bildverarbeitung
Dominik Hofer
Betreuung: Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Bernhard Zagar
Die Messung lokaler Deformation oder Verschiebung einer Probe anhand der Bewegung eines Laser-Speckle-Musters, welches durch die Streuung eines Laserstrahls auf der
beleuchteten Oberfläche entsteht, ist ein zentrales Forschungsthema des Instituts für Elektrische Messtechnik der Johannes Kepler Universität Linz. Bestehende Systeme,
wie das in Abb. 1 gezeigte, arbeiten mit einer oder zwei Zeilenkameras als uniaxialer Sensor unter der Annahme, dass sich das Speckle-Muster nur in Messrichtung bewegt.
Durch Asymmetrien im Aufbau oder in der Probe kann diese Annahme verletzt sein. Ein möglicher Lösungsansatz verwendet Flächenkameras, die auch Verschiebungen in einer
zweiten Dimension erfassen können. Diese zusätzliche Information kann nun korrigierend in die Berechnung einfließen.
Abb. 1: Die bestehende Messanordnung im gemeinsamen Einsatz mit einer Zugprüfmaschine. Die Probe links im Bild wird mittig von einem Diodenlaser beleuchtet, beide
Zeilenkameras nehmen während der Belastung der Probe Bilder des auf der Oberfläche entstehenden Musters auf. Ein PC/104 Computersystems, rechts im Bild, wertet die
erfassten Daten aus und bestimmt die Verschiebung.
Die Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf des in Abb. 2 dargestellten Kamera-Systems, das den Anforderungen dieser Messaufgabe gerecht wird. Neben einer flexiblen und vielseitigen Benutzer-Schnittstelle besteht auch die Möglichkeit einfache Algorithmen der Bildverarbeitung schon durch die Kamera ausführen zu lassen. Die treibende Motivation der Entwicklung war der Entwurf einer maßgeschneiderten Lösung, die Einfluss auf alle Parameter des Systems gewährt und deren Verhalten in allen maßgeblichen Betriebsbereichen bekannt ist.
Abb. 2: Die Kamera wird über USB gesteuert, ausgelesen und auch mit Spannung versorgt. Zwei SMB Buchsen ermöglichen es, dass ein Trigger-Signal ausgegeben oder auch
eingespeist werden kann. Ein Taster löst einen Schappschuss aus, der andere führt einen Hardware-Reset aus, außerdem verfügt sie auch über zwei Status-LEDs.
Nach einer Einleitung zum Thema Laser-Speckles und des bestehenden Aufbaus wird die Hard- und Software des neuen Kamera-Systems vorgestellt. Die Anwendungs-Programmier-Interfaces (APIs) der Kamera, als auch des Treibers und der COM-Komponente werden definiert und auch die erstellte Benutzerschnittstelle (siehe Abb. 3) wird erklärt. Abschließend wird die Installation und der Gebrauch des Systems gezeigt.
Abb. 3: Während sich die Registerkarte "Controls" mit dem Zugriff auf die Register der Hardware beschäftigt wird in der zweiten Karte "Camera" die Definition des
gewählten Bildausschnitts, der Belichtungszeit und der Datenrate vorgenommen. Das dargestellte Bild zeigt die Kameraplatine des zweiten Prototyps.
11. August 2009
