FOBIV

Adaptive Lichttechnische Systeme für Fahrzeuge, Gebäude, digitale Landwirtschaft & Konsequenzen für die optische & optoelektronische Entwicklung

Prof. Dr.-Ing. Tran Quoc Khanh
Fachgebiet Adaptive Lichttechnische Systeme und Visuelle Verarbeitung

Prof. Tran Quoc Khanh leitet seit 2006 das Fachgebiet Adaptive Lichttechnische Systeme und Visuelle Verarbeitung an der Technischen Universität Darmstadt und konzentriert sich bei seinen Forschungen auf die Themen Licht- und Farbwahrnehmung, Farbmetrik , Verkehrslichttechnik, Optoelektronik (LED, OLED, Sensorik, CMOS-Technologie, Displaytechnik) , Optische Spektroskopie (UV-VIS-IR) und Lichtmesstechnik und Technische Optiksimulation.

Adaptive Beleuchtungssysteme werden in der Zukunft in den Bereichen autonome bzw. automatisierte Fahrzeuge, Gebäudetechnik mit allen dortigen sozialen und technischen Prozessen sowie in einer digital geführten Landwirtschaft, die von Wetter und Klimawandel unabhängiger sein soll, eine wichtige Rolle spielen. Prof. Khanh berichtet über aktuelle Themen und seinen Forschungsgebieten.

Machine Vision Fluoreszenzanwendungen - perfekt gelöst

Thomas Leitner, iiM AG, Suhl

Fluoreszenz wird in vielen Bereichen angewendet wie zum Beispiel in der Biologie, Chemie, Forensik und zunehmend auch in der Industriellen Bildverarbeitung. In dem Vortrag und anhand von praktischen Live-Beispielen wird gezeigt, worauf hier speziell geachtet werden muss, und wie man mithilfe von leistungsstarken UV LED-Beleuchtungen und perfekt abgestimmten Filtern in der Bildverarbeitung ein optimales Ergebnis erzielen kann.

Vision Standards und Innovation

Dr. Bernd Jähne, Seniorprofessor am Interdisziplinären Zentrum für wissenschaftliches Rechnen (IWR) der Universität Heidelberg, Vice President EMVA, Chair EMVA 1288

In der frühesten Phase der Bildverarbeitung war die Aufnahme, Übertragung, Aufzeichnung und Wiedergabe von Bildsignalen durch Standards der analogen Fernsehtechnik in ein enges Korsett gezwängt. Die anfängliche Loslösung von diesem Standard durch die ersten digitalen Kameras führte in eine chaotische Phase ohne Standardisierung. Dies bremste die weitere Entwicklung aus, bis die Bildverarbeitungsindustrie begriff, dass Standards zur Übertragung der digitalen Bildsignale und Steuerung der Kameraparameter unerlässlich sind. Die konsequente Weiterentwicklung von Standards ist entscheidend, damit die vielfältigen Innovationen im Bereich der Bildaufnahme und Bildauswertung breite Anwendung finden können und diese einfacher zu benutzen sind. Dies wird konkret belegt an den Standards der European Machine Vision Association (EMVA) zur Übertragung von digitalen Kamerasignalen zu Auswerteeinheiten (GenICam), der Charakterisierung der Bildsignalqualität (EMVA 1288) und der Kommunikation zwischen Kamera und optischen Elementen (Open Optics Camera Interface, OOCI).

Library-based synthetic dataset generation for deep learning in Agronomy

David Mandel

Diese Arbeit versucht einen Workflow zur generischen Erstellung von synthetischen Datensätzen für Bildverarbeitungsaufgaben im Bereich der Landwirtschaft zu implementieren.

Der Workflow wird anhand eines realen Use-Cases implementiert. Hierbei werden Einzelfelder von Salatpflanzen in unterschiedlichen Gesundheitsstadien nachgebaut. Anhand der Informationen innerhalb der realen Bilder werden dann Datensätze mit der implementierten Methode generiert und anhand von Deep Learning Modellen für sowohl Objekt Detektion als auch Regression evaluiert.

Die vorliegende Arbeit zeigt, dass sowohl die Leistungsfähigkeit der Objekt Detektion, als auch die der Regression eindeutig durch die Nutzung der mit der imple- mentierten Methode erstellten synthetischen Daten verbessert wird.

In beiden Fällen werden Szenarien untersucht, in denen die vorliegenden realen Daten nicht ausreichend für einen erfolgreichen Trainingsvorgang der Algorithmen sind. Durch das Hinzufügen der synthetischen Daten kann eine erfolgreiche Objekt Detektion durchgeführt werden, der Wert der mAP wird in diesem Fall um über 600% angehoben. Das gilt ebenfalls für das Training der Regression, hierbei wird der Wert von R2 durch das Hinzuziehen der synthetischen Daten um bis zu 144% angehoben.

Programmflyer 2018

Röntgen-Computertomographie in neuer Dimension, XXL-CT am Fraunhofer EZRT

Michael Salamon, Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS

Die Röntgencomputertomographie hat sich seit ihrer initialen Einführung in die medizinische Diagnostik mittlerweile auch fest in der industriellen Anwendung etabliert. Die stetig wachsenden Anforderungen an Produktqualität sowie der Einsatz moderner Herstellungsverfahren wie des ALM Verfahren fördern den Einsatz der zerstörungsfreien, dreidimensionalen Messmetode deutlich.

Bislang wird die Technologie jedoch nur für kleine bis mittelgroße Teile, bis zu etwa 30 cm eingesetzt, da die konventionell erreichbare Durchdringungsfähigkeit derartiger Anlagen stark begrenzt ist. Grund hierfür ist der Erzeugungsprozess von Röntgenstrahlung, der in Röntgenröhren durch eine Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode erreicht wird. Für Energien oberhalb 1 MeV ist dies nicht mehr effizient möglich, weshalb auf andere Strahlungsquellen wie Linearbeschleuniger zurückgegriffen werden muss. Mit eben solchen Strahlungsquellen ist es durch die Errichtung der XXL-CT nun auch möglich riesenhafte Objekte wie ganze Fahrzeuge dreidimensional zu erfassen ohne diese zerstören zu müssen. Auch andere Anwendungen wie die Durchstrahlung von Frachtgut zählen zu den potentiellen Einsatzfeldern der am Fraunhofer EZRT entwickelten Technologie.

Im Beitrag wird die Funktionsweise sowie die unterschiedlichen Einsatzfelder der neuartigen Technologie dargestellt und die Fragestellungen insbesondere im Hinblick auf die noch in der Erforschung und Entwicklung befindlichen Schwerpunkte vorgestellt. Hierzu zählt insbesondere die Weiterverarbeitung der gewonnenen Messdaten.

Farbklassifizierung an Ampullen

Lennart Ripke, Seidenader Maschinenbau GmbH

Bei der Inspektion von Farbringen auf Ampullen stellt das Einlernen der Farben eine Herausforderung dar. Für Kunden und Ersteinrichter muss ein Verfahren gewählt werden, das mit wenig Schulungsaufwand eine überprüfbare Klassifizierung der Farben erlaubt. Dabei muss die Ausführungszeit im Prüfablauf gering bleiben. Eine Klassifizierung über einfache Schwellwertverfahren wird schnell unübersichtlich und langsam. Kommerzielle Bibliotheken zur Farbklassifizierung erlauben wenig Einsicht in das Klassifikationsverfahren und müssen zusätzlich lizensiert werden.

In diesem Vortrag wird ein realer Ansatz zur Farbklassifizierung aufgezeigt, bei dem eine 3D Lookup-Tabelle zum Einsatz kommt.

Krümmungs- und Torsionsschätzung von dreidimensionalen Zellpfaden durch poröse Medien

Christoph Blankenburg, Pepperl+Fuchs GmbH

Die Gewinnung von Krebszellen aus Körperflüssigkeiten ist ein wichtiges Verfahren in der klinischen Diagnostik und Therapie. Ein neuer Ansatz der Zellchromatografie basiert auf der Durchströmung von Zellsuspensionen durch dreidimensionale poröse Medien. Dabei ist es wichtig, genaue Kenntnisse über die Bindungskapazität von Zielzellen in porösen Medien zu haben. Um diese Kenntnis zu erlangen wurden 3D-Videosequenzen (4D-Daten) mit zeitaufgelöster Mikro-Computertomographie des durchströmten porösen Mediums aufgenommen.

Insbesondere bieten die Krümmungs- und Torsionsverteilungen von dreidimensionalen Zellpfaden in einer zweiphasigen Strömung durch ein poröses Medium wertvolle Informationen zur Effizienz chromatographischer Prozesse. Da die Berechnung der Torsion auf Ableitungen höherer Ordnung basiert, reagiert sie jedoch sehr empfindlich auf Diskretisierungsrauschen.

In diesem Vortrag wird eine auf Fourier-Approximation basierende Methode zur Krümmungs- und Torsionsschätzung von Partikelpfaden vorgestellt. Fallstudien zeigten einen Rückgang des Torsionsschätzfehlers von mindestens 65% im Vergleich zur üblichen Spline-Näherung. Darüber hinaus kann der Glättungsparameter der Fourier-Approximation sowohl für einen weiten Bereich von lateralen Auflösungen als auch für Krümmungen und Torsionswerten unverändert bleiben.

Monitoring von Kamerasystemen im Umfeld medizintechnischer Fertigungsanlagen

Robert Schäfer, IMSTec GmbH Klein-Winternheim

Um den Zustand von Kamerasystemen zu überprüfen die in einem Fertigungsprozess eingesetzt werden und die eine Fertigung innerhalb der Spezifikationen gewährleisten sollen, kann eine zustandsorientierte Instandhaltung (Monitoring) implementiert werden.

Für die Instandhaltung von Kamerasystemen wird zwischen Maschinenüberwachung und Prozessüberwachung unterschieden. Die Maschinenüberwachung überprüft die Kamerasysteme auf korrekte Justierung und Einstellung, die Prozessüberwachung auf korrekte Funktion der Prüfaufgabe. Der Monitoringprozess kann in drei Phasen gegliedert werden: Zustandserfassung, Zustandsvergleich und Diagnose.

In dem Vortrag werden zentrale Anforderungen und Voraussetzungen für die Implementierung eines Monitoringprozesses präsentiert. Anhand von Praxisbeispielen wird diskutiert, welche Verfahren für eine Überwachung der Kamerasysteme geeignet sind und welche Daten mithilfe von Bildverarbeitungsalgorithmen "einfach" extrahiert werden können. Der zeitliche Verlauf der Überwachungsdaten erlaubt, Warn- und Eingriffsgrenzen festzusetzen. Die Erfahrung im Einsatz führt auf praktisch sinnvolle und bewährte Grenzwerte.

Bildverarbeitung in der Logistik

Torben Posert, VITRONIC Dr.-Ing. Stein Bildverarbeitungssysteme GmbH

Sowohl im Bereich 'Warehouse & Distribution' (W&D), als auch im Bereich 'Kurier Express Paket' (KEP) halten Bildverarbeitungssysteme immer mehr Einzug. So helfen diese Systeme insbesondere, Prozessabläufe und Warenströme effizient zu steuern und die Transparenz der Abläufe zu erhöhen.

Der Vortrag bietet einen Einblick in die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten. Weiterhin gibt er einen Ausblick auf zukünftige Trends.

Untersuchungen zum Grundmode-Strahltransport in hochgradig multimodigen Fasern

Christian Röhrer, Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW) - Universität Stuttgart

Ein großer Vorteil der Festkörperlaser für die industrielle Fertigung ist die Möglichkeit der faserbasierten Strahlführung, welche heute mit Multimodestrahlen vor allem in der Makrobearbeitung weit verbreitet ist. Für moderne, hochbrillante, beugungsbegrenzte Laser ist die Strahlführung allerdings aufgrund nichtlinearer Effekte - vorwiegend stimulierte Raman Streuung - auf wenige Meter oder geringe Leistung beschränkt.

Zur Überwindung dieser Limitierungen muss die Modenfläche vergrößert werden und gleichzeitig das Anschwingen von Moden höherer Ordnung - also die Modenmischung - unterdrückt werden. Ein Ansatz hierzu besteht darin, Grundmode-Strahlung in hochgradig multimodigen Stufenindexfasern zu führen. Entscheidend hierbei ist zum einen die Einkopplung in die Faser, um den größtmöglichen Überlapp zwischen dem einfallenden Gaußstrahl und der Grundmode der Faser zu gewährleisten. Zum anderen ist ein großer effektiver Brechzahlunterschied zwischen der Grundmode und Moden höherer Ordnung zur Unterdrückung der Modenmischung vorteilhaft.

Im Vortrag wird auf die Ergebnisse der numerischen Simulationen und experimentellen Untersuchungen der am IFSW gezogenen Fasern eingegangen. Es wird ein umfassender Überblick über die Möglichkeiten, die Anforderungen wie auch die Grenzen des Grundmode-Strahltransports in hochgradig multimodigen Fasern gegeben.

Darmstädter Insektenscanner

Bernhard Ströbel, Hochschule Darmstadt

Die dreidimensionale Modellierung von Objekten aus Fotos nach dem Prinzip der Photogrammetrie hat in im vergangenen Jahrzehnt durch neue Algorithmen zur Merkmalsextraktion und Oberflächenrekonstruktion, leistungsfähige Grafikprozessoren und benutzerfreundliche Softwareprodukte eine enorme Verbreitung gefunden. Während diese Technik, für die sich aufgrund der Analogie zur räumlichen Wahrnehmung des visuellen Systems der Begriff "Structure from Motion" (SfM) eingebürgert hat, für die Vermessung größerer Objekte (Geowissenschaften, Architektur, Archäologie, Denkmalspflege, Industrie, Medizin, Forensik usw.) routinemäßig eingesetzt wird, scheitert dies bislang für kleine Objekte an der geringen Schärfentiefe im fotografischen Makrobereich (bei |β| ≈1). Es gibt zwar die Möglichkeit, die Schärfentiefe durch "Focus Stacking" (FS) zu erweitern, aber die so erhaltenen Bilder haben in der Regel keine eindeutige Perspektive mehr und sind daher nur eingeschränkt für die photogrammetrische Rekonstruktion nach dem Lochkamera-Modell geeignet.

Mit dem in den vergangenen Jahren in Zusammenarbeit zwischen dem Bereich Optotechnik und Bildverarbeitung der h_da und dem Fachbereich Biologie der TU Darmstadt entwickelten "Darmstädter Insektenscanner" ist es nun erstmals gelungen, durch perspektivtreue Bilder mit erweiterter Schärfentiefe die beiden Techniken SfM und FS zu verbinden, und damit für genadelte Insekten zwischen 1,5 mm und 30 mm Körpergröße detaillierte dreidimensionale Modelle in Echtfarben zu generieren. Aufbau, Messprinzip und Rechengang des Geräts werden erläutert und Modelle verschiedenartiger Insekten (Käfer, Schmetterlinge, Ameisen, Bienen, Zikaden, Fliegen …) präsentiert. Mögliche Anwendungen sind die Digitalisierung von Sammlungen sowie Untersuchungen zu Artenschutz und Ökologie. Nach der Online-Erstveröffentlichung im Mai 2018 sollen alle Unterlagen zum Nachbau des Geräts einschließlich der Software in Form eines Open Source Projekts zugänglich gemacht werden.

Programmflyer 2016

Trends in der Bildverarbeitung – von Smartphone-Apps bis Industrie 4.0

Dr. Wolfgang Eckstein, MVTec Software GmbH

Rasante Entwicklungen in unterschiedlichen Bereichen eröffnen neue Anwendungsfelder für die Bildverarbeitung. Hierzu gehören die hohen Rechenleistungen aktueller Smartphones, verbesserte Hardware bei Standard-CPUs, neue Entwicklungen im Bereich neuronaler Netze, sogenanntes Deep Learning, die nächste Generation von 3D-Sensoren, Mensch-Roboter-Interaktion oder die flexible Fertigung bei Industrie 4.0. Diese Mischung aus gestiegenen Anforderungen und neuen Möglichkeiten lässt zum einen neue Verfahren entstehen, eröffnet zum anderen den Zugang der Bildverarbeitung in ganz neue Bereiche.

So ist es heute möglich mit einem Smartphone nahezu beliebige Objekte zu erkennen. Moderne OCR-Algorithmen können Text in einem Bild, ohne Vorgabe von Position, Schriftart oder Schriftgröße, finden. Für die industrielle Bildverarbeitung zentrale Algorithmen, wie formbasiertes Matching, können mit den neuen CPU-Befehlsätzen signifikant beschleunigt werden. Die Suche nach Fehlern bei texturierten Objekten ist ohne das explizite Trainieren dieser Fehler möglich. Moderne Landwirtschaft in Gewächshäusern kann, durch die Unterstützung von Bildverarbeitung, vollautomatisch realisiert werden. 3D-Technologien eröffnen neue Möglichkeiten in der Robotik zum flexiblen Greifen von Objekten.
In dem Vortrag werden die unterschiedlichen Technologien, die neuen Märkte, zusammen mit den zugehörigen Anwendungen vorgestellt. Dabei werden die Möglichkeiten und Grenzen der jeweiligen Verfahren diskutiert und ein Ausblick auf zukünftige Entwicklungen gegeben.

Trends bei Sensoren und Schnittstellen für Industriekameras

Marco Reiter-Waßmann, Baumer GmbH

Im Bereich der Sensoren für Digitalkameras gibt es aktuell einen rasanten Wandel. Von den über Jahrzehnte in anspruchsvollen Applikationen verwendeten CCD-Sensoren hin zu neuen leistungsstarken CMOS-Sensoren. Die neuesten Generationen CMOS-Sensoren namhafter Hersteller übertreffen die Qualität bisheriger CCD-Sensoren teilweise deutlich. Zudem sind höhere Bildraten realisierbar.

Bei den Schnittstellen ist man zu einem großen Teil abhängig, von dem was sich bei der PC-Technik im Consumer Markt durchsetzt. Nach FireWire hat sich mittlerweile GigE als der Standard im industriellen Umfeld durchgesetzt.

Aufgrund der immer weiter steigenden Anforderungen an Auflösung und Frameraten werden weitere Schnittstellen mit höherem Datendurchsatz benötigt. Hier ist aktuell z.B.: USB 3.0 zu nennen. Spannend wird sicher auch die zukünftige Entwicklung von CoaXPress, 10 Gigabit-Ethernet und Thunderbold.

Im Vortrag werden neben den Vor- und Nachteilen der einzelnen Technologien, auch Hinweise für den praktischen Einsatz in Applikationen erörtert.

Chemical Colour Imaging - Chemische Materialanalyse für industrielle Produktionsprozesse

Florian Mayr, Stemmer Imaging GmbH

Chemical Colour Imaging (CCI) macht die Molekülstruktur von Materialien sichtbar und stellt sie in einem Ergebnisbild durch unterschiedliche Farben dar. Durch diesen "chemischen Fingerabdruck" können ähnlich oder gleich aussehende Materialien sehr einfach und schnell voneinander unterschieden werden. Umgekehrt können bei unterschiedlich aussehenden Objekten identische Materialeigenschaften erkannt werden. Bei Objekten, die einem Veränderungsprozess unterliegen wie z.B. Obst im Reifeprozess, kann mit hyperspektraler Bildverarbeitung der Grad der Veränderung sichtbar gemacht werden.

Systeme zur Hyperspektralanalyse betrachten einen Wellenlängenbereich von mehr als 100 verschiedenen Wellenlängen gleichzeitig (z.B. von 900-1700 nm) und eröffnen der Bildverarbeitung damit ganz neue Anwendungsmöglichkeiten.

In dem Vortrag wird auf die zugrundeliegende Technik, die dafür notwendige Hard- und Software und die möglichen Einsatzgebiete eingegangen. Anhand eines Beispiels wird der Aufwand beschrieben ein solches System einzusetzen und ein Ausblick zeigt die kommenden Entwicklungen in diesem Bereich.

Inline Qualitätskontrolle im Automobil-Presswerk - 3D-Oberflächeninspektion im Fertigungstakt

Christian Schleith, Carl Zeiss Optotechnik GmbH

"You never get a second chance to make a first impression". Dieser Satz gilt auch für Automobile. Die lackierte Außenhaut ist das erste Element, das dem Kunden einen Eindruck von Qualität vermittelt. Eine fehlerfreie Oberfläche spielt also eine große Rolle bei der Produktion von Karosserieteilen.

3D-Oberflächenfehler können bereits ab einer Tiefe von ca. 10 µm einen visuell störenden Eindruck auf der spiegelnden Außenhaut hinterlassen. Auf den diffus reflektierenden Rohteilen sind diese allerdings für das menschliche Auge nur schwer zu erkennen.

In der automatisierten Messtechnik ist die Streifenprojektion ein etabliertes Verfahren für die Gewinnung von 3D-Daten in diesem Genauigkeitsbereich. Allerdings werden hier mehrere Bildaufnahmen pro Messung benötigt. Die Umgebungsbedingungen in einem Automobilpresswerk erfordern jedoch eine geblitzte Einbildtechnik.

In dem Vortrag werden Lösungen aufgezeigt, wie die Streifenprojektion trotzdem eingesetzt werden kann und wie die relevanten Oberflächenfehler auch ohne Vergleich zum CAD detektiert werden können.

Hochpräzise Formmessung mit Phasenmessender Deflektometrie

Marc Sandner, mevisco GmbH & Co. KG, Bremen

Bei der Produktion von spiegelnden Präzisionsoberflächen bedarf es hochpräziser optischer Formmesstechniken für die Qualitätssicherung. Aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit kommen hierfür oft auf optischer Kohärenz basierende interferometrische Verfahren zur Anwendung. Nachteile dieser Verfahren sind eine hohe Störanfälligkeit durch mechanischen Schwingungen oder Temperaturgradienten, aber auch der Umstand dass die Messung meist nur als Nulltest, d. h. als Vergleich mit einer Referenzform realisiert werden kann.

Die mit Weisslicht operierende Phasenmessende Deflektometrie (PMD) stellt aufgrund ihrer Präzision (einige nm), Absolutmessunsicherheit (<< 1 µm), guten Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen und Einsetzbarkeit auch für unbekannte Oberflächen ein gute Alternative für die Messung spiegelnder Oberflächen dar. Die Verarbeitung der Messdaten erfolgt jedoch nicht wie bei der verwandten Streifenprojektions-Messtechnik durch einfache Triangulation; zur Berechnung der Höhendaten müssen die rohen PMD-Messdaten anhand zusätzlicher Informationen interpretiert werden.

Im Vortrag werden Grundlagen der PMD-Messtechnik, Hardwareaufbau sowie verschiedene Ansätze zur Berechnung von Höhendaten vorgestellt und mit praktischen Messbeispielen illustriert.

Wenn die Größe entscheidet - Bildverarbeitung in der Logistik

Dirk Adler, Framos

• Warum BV in der Logistik?
• Aufgaben der BV in der Logistik
• BV Anforderungen in der Logistik
• Kann man solche Objekte messen?
• Technologien zur 3D Bildverarbeitung
• Projektives Messen
• Framos VLG
• Anwendungsbeispiele
• Machine Learning

Machine Vision Anwendungen einfach gemacht - mit grafischer Programmierung schnell zum Ziel

Peter Schregle, Impuls Imaging GmbH

Traditionell wurden Machine Vision Aufgaben mit low-level C/C++ Bibliotheken für Bildverarbeitung gelöst (z.B. OpenCV). Der Ansatz über die Hochsprachen-Programmierung ist zweifelsohne leistungsfähig, aber er birgt auch viele Fehlermöglichkeiten, er ist sehr langwierig, und er erfordert einen hohen Lern-Aufwand beim Einstieg.

Schnellere Entwicklungszeiten versprechen listenbasierte oder an einem Flussdiagramm orientierte Systeme, bei denen Befehle Schritt für Schritt aneinander gereiht werden. Einher mit der verringerten Komplexität geht dabei aber auch eine gleichermaßen verringerte Flexibilität. Nicht alle Anwendungen lassen sich leicht in einen linearen Ablauf zwängen.

Eine über die Listenbearbeitung hinausgehende grafische Programmierung nach dem Datenfluss-Prinzip vereint das Beste aus beiden Ansätzen: hohe Flexibilität bei gleichzeitig schneller und einfacher Programmierung. Verbunden mit leistungsfähigen Machine Vision Algorithmen, interaktiven Hilfen bei Parametrierung und Fehlersuche ergibt sich ein System, mit dem sowohl gelegentliche Anwender schnell zurechtkommen, als auch professionelle Machine Vision Entwickler ihre Aufgaben im Handumdrehen lösen können.

Programmflyer 2014

ilastik - lernfähige Bildanalyse für jedermann

Ullrich Koethe, Heidelberg Collaboratory for Image Processing (HCI), Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

ilastik ist ein frei zugängliches Werkzeug für die interaktive Bildanalyse in bis zu fünf Dimensionen (drei räumliche, Zeit und spektrale Dimension). Das Programm leitet den Benutzer durch die verschiedenen Analyseschritte und kann deshalb ohne spezielle Bildverarbeitungsexpertise verwendet werden. In einer initialen Trainingsphase werden die Algorithmen mittels maschinellem Lernen an neue Daten und/oder Fragestellungen angepasst. Nach jeder Interaktion aktualisiert ilastik sofort die Analyseergebnisse, so dass der Benutzer die Trainingsdaten gezielt verbessern kann, bis die erforderliche Genauigkeit erreicht ist. Der fertig trainierte Algorithmus wird dann in einer Batch-Phase auf beliebige weitere Daten angewendet.

Der Vortrag stellt die wichtigsten ilastik-Workflows (Pixelklassifikation, Objektklassifikation, interaktive Segmentierung, Tracking) vor und erklärt die dahinterliegenden Konzepte. Insbesondere wird er zeigen, welche Lernverfahren sich für die interaktive Bildanalyse eignen und wie ilastik schnelle Antwortzeiten durch konsequente "on-demand"-Berechnung erreicht. Eine Online-Vorführung rundet den Vortrag ab.

Topologische Prüfung von metallischen Oberflächen im Kundentakt

Christoph Hildebrandt, Entwicklungsabteilung Maschinensysteme Prüftechnik Bildverarbeitung
Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG

Das Erarbeiten von schlanken und effizienten Prozessen bewegt die Industrie seit Jahren und stellt weiterhin ein wichtiges Instrument der Wirtschaftlichkeit dar. Was sind die neuen Herausforderungen an Bildverarbeitungssysteme in der industriellen Fertigung im Kontext der Lean-Production? Welche Möglichkeiten bietet Shape From Shading bei der Lösung der an schlanke Produktionsprozesse gekoppelten Probleme?"

Durchführung einer strukturierten Anforderungsanalyse im Medizintechnischen Umfeld

Gerald Jarschel, IMSTec GmbH

Durch eine klare Definition der Rahmenbedingungen vor Beginn eines neuen Entwicklungsprojektes und der Durchführung einer Prozess-FMEA - Prozess Fehlermöglichkeits- und -Einflussanalyse - kann das Risiko erheblich reduziert werden. Der strukturierte Ansatz enthält die vier großen Phasen: Anforderungsanalyse, Design- & Machbarkeitsstudie, Prozessentwicklung & -integration, Fertigungsumsetzung.

Die Dokumentation des Projekt Lebenszyklus erfolgt gemäß der GMP Richtlinien unter Zuhilfenahme des V-Models.

OLEDs - Blick in eine leuchtende Zukunft

Jochen Pfister, Performance Materials Division, OLED Physics & Applications, Merck KGaA

Seit 2011 drängen organische Leuchtdioden (OLEDs) in den Consumer Markt. Seit 2013 sind sie auch in großflächigen TVs zu finden. Weitere Anwendungsbereiche sind momentan in der Entwicklung.
OLEDs bestehen aus einer Vielzahl von dünnen Schichten aus organischen Stoffverbindungen (Kohlenwasserstoffverbindungen), die entsprechend ihren spezifischen Aufgaben bestimmte physikalische Eigenschaften aufweisen. Die Materialien transportieren Elektronen und Löcher von den Elektroden bis in die licht-emittierende Schicht hinein, wo die beiden Gegenspieler rekombinieren, Moleküle in einen angeregten Zustand bringen. Bei der Relaxation senden diese Moleküle Photonen mit speziellen Charakteristika aus.

Ziel beim Design von OLEDs bzw. der verwendeten Materialien ist es immer, die Betriebsspannung zu reduzieren, die Quanteneffizienz zu steigern sowie die Lebensdauer zu verlängern.

In diesem Beitrag soll das Funktionsprinzip von heutigen OLEDs erläutert, sowie Ausschnitte aus der aktuellen Forschung gezeigt werden.

Kurzzeitspektroskopie: Kürzeste Laserpulse für Materialuntersuchungen

Martin Mittendorff, Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Mit Hilfe der Kurzzeitspektroskopie ist es möglich die Ladungsträgerdynamik in unterschiedlichen Materialsystemen direkt zu untersuchen. Bei sog. „Pump-Probe-Messungen“ werden z.B. Ladungsträger oder Moleküle mit einem sehr intensiven, aber auch sehr kurzen Laserpuls angeregt. Ein zweiter, wesentlich schwächerer Puls wird verwendet um die verursachte Änderung zu messen. Durch eine zeitliche Verschiebung des zweiten Pulses kann gemessen werden, wie lange das System braucht um die Energie wieder abzugeben. Eine einfache Skizze eines Aufbaus für Pump-Probe-Messungen, sowie ein Beispiel für das Ergebnis einer Messung sind in Abb. 1 gezeigt. Diese Untersuchungen sind beispielsweise besonders wichtig zur Entwicklung und Optimierung elektro-optischer Bauelemente wie z. B. Detektoren oder optische Modulatoren.

Die erreichbare zeitliche Auflösung bei diesen Messungen hängt im Wesentlichen von der Pulsdauer des Lasersystems ab. In diesem Vortrag werden verschieden Lasersysteme zur Erzeugung ultra-kurzer Laserpulse in einem breiten Spektralbereich vom nahen bis zum fernen Infrarot vorgestellt (800 nm – 250 µm). Zu jedem vorgestellten System wird als Beispiel eine Messung der Ladungsträgerdynamik in Graphen gezeigt, das aus einem zweidimensionalen Gitter aus Kohlenstoffatomen besteht. Dieses relativ neue Material, für dessen Untersuchung der Nobelpreis für Physik 2010 verliehen wurde, ist neben der Verwendung in der Elektronik speziell für Anwendungen in der Optoelektronik interessant. Durch die Verwendung verschiedener Wellenlängen können in diesem Material unterschiedliche physikalische Effekte untersucht werde. Im Einzelnen werden Aufbau und Funktionsweise der folgenden Lasersysteme erklärt:

• Titan:Saphir-Laser → Wellenlänge: 800 nm; Pulsdauer: 30 fs – 100 fs
• optisch-parametrischer Oszillator → Wellenlänge: 1 µm – 3,2 µm; Pulsdauer: 200 fs
• Freie-Elektronen-Laser → Wellenlänge: 5 µm – 250 µm; Pulsdauer: 1 ps – 30 ps

Trends in der industriellen 3D Bildverarbeitung

Thorsten Daus, Support Team, MVTec Software GmbH

Die industrielle Bildverarbeitung hat sich schon lange aus der zweidimensionalen Ebene des Bildes erhoben und bietet nun immer mehr Möglichkeiten Objekte im dreidimensionalen Raum zu lokalisieren und inspizieren. Hierfür stehen verschiedene Methoden zur Verfügung um die jeweiligen Daten aus Kamerabildern zu extrahieren oder 3D Sensoren, welche direkt Punktwolken liefern können. Wir werden die verschiedenen Verfahren kennen lernen und wie man mit den jeweiligen Daten arbeiten kann.

Nanostrukturbasierte Halbleiterlaser: Vielseitigkeit durch Miniaturisierung

Stefan Breuer, Institut für Angewandte Physik der TU Darmstadt

Die neueste Generation von Halbleiterlasern basiert auf wenige Nanometer großen Quantenpunkten, welche maßgeschneiderte Laserdynamik und Emissionszustände ermöglichen. Dieser Vortrag gibt einen Überblick über aktuelle Entwicklungen dieser Halbleiterlaser, die Erzeugung, Verstärkung sowie die Stabilisierung kurzer optischer Pulse. Direkte Anwendungspotentiale erschließen sich in Bildgebungsverfahren der Biophotonik sowie in neuen Messkonzepten. Aktuelle Forschungsergebnisse werden im Zusammenhang mit zukünftigen wissenschaftlichen Herausforderungen erläutert.

Programmflyer 2012

Digitale Bildverarbeitung - mehr als nur ein Baustein der Informatik?

W. Burger

Fahrerassistenzsysteme am Beispiel Verkehrszeichenerkennung

K. Hafezi

Optische Implantate für das menschliche Auge

T. Eppig

Intraokuläre Bildgebung mit optischer Kohärenztomographie

M. Gillner

Vision für vollautomatisierte Gepäckverladung an Flughäfen

D. Adler

Alumni OBV - Rückblick über zwei Jahrzehnte

M. Wolff