Eventbasierte Kameras von IDS optimieren die Strömungsanalyse

Versuchsaufbau mit Strömungskanal, Strömungsmodell, Beleuchtungsquelle, Steuerungseinheit und uEye EVS Kamera. (Bilder: iLA_5150 GmbH)

Die Strömungsmessung von Flüssigkeiten und Gasen ist eine zentrale Herausforderung in verschiedenen Industrien und der Wissenschaft. Wie strömt die Luft um ein Flugzeug? Wie bewegt sich das Blut durch unsere Adern? Und wie lässt sich der Schadstoffausstoß in Verbrennungsprozessen minimieren? Bislang war die Visualisierung und Quantifizierung von schnellen Strömungen mit hoher zeitlicher Auflösung nur mit teuren Hochgeschwindigkeitskameras möglich. Eine neue optische Messtechnik auf Basis eventbasierter Kameratechnologie bietet eine effiziente, kostengünstige und hochaufgelöste Alternative.

Strömungsvisualisierung im EBIV-Viewer.

Erfassung turbulenter Bewegungen mit reduzierter Datenmenge

Die iLA_5150 GmbH aus Aachen nutzt diese innovative Methode zur Strömungsmessung. Sie basiert auf der Kombination des bisher häufig eingesetzten klassischen Verfahrens Particle Image Velocimetry (PIV) mit eventbasierten Kameras. Bei der sogenannten Event Based Particle Image Velocimetry (EBIV) werden Partikel in ein strömendes Medium eingebracht und gezielt beleuchtet. Beim Durchqueren des Lichtschnitts erzeugen sie Lichtimpulse, die ausschließlich bei Helligkeitsänderungen registriert und als „Change Events“ übertragen werden. So lässt sich die Bewegung turbulenter Strömungen mit hoher zeitlicher Auflösung erfassen – bei deutlich reduzierter Datenmenge und geringem Energiebedarf. Die zugrunde liegende Kameratechnologie stammt von IDS (uEye EVS) und ermöglicht eine kostengünstige, kompakte Lösung – besonders interessant für Forschung und Lehre.

Bildverarbeitung im Hochgeschwindigkeitsbereich

Auch außerhalb der Strömungsanalyse bieten moderne ereignisbasierte Kameras neue Möglichkeiten für industrielle Echtzeit-Bildverarbeitungsanwendungen, wie beispielsweise die optische Überwachung von Vibrationen oder Hochgeschwindigkeits-Bewegungsanalysen.

Das von iLA eingesetzte uEye EVS Modell verfügt über den eventbasierten Sensor IMX636 von Sony Prophesee. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bildsensoren erfasst er nicht jedes Bild vollständig in regelmäßigen Abständen (Frames), sondern reagiert nur auf Veränderungen innerhalb einer Szene. Er überträgt Ereignisse abhängig davon, wann, wo und wie sich die Helligkeit in seinem Sichtfeld ändert – für jedes einzelne Sensorpixel.

Die Kamera entstand in enger Zusammenarbeit zwischen dem Industriekamerahersteller IDS und Sensorhersteller Prophesee. „Durch diese Partnerschaft nutzen wir die Vorteile der ereignisbasierten Bildverarbeitung optimal, einschließlich der bemerkenswerten zeitlichen Auflösung. Schnelle Objektbewegungen lassen sich ohne Informationsverlust erfassen, vergleichbar mit einer bildbasierten Framerate von mehr als 10.000 Bildern pro Sekunde", erklärt Patrick Schick, Product Owner 3D & Vision Software. „Gleichzeitig ignoriert der Sensor alle unbewegten Bereiche seines Sichtfeldes und erzeugt so 10- bis 1.000-mal weniger Daten als bildbasierte Varianten. Das spart Speicher und Rechenzeit.“ Luca Verre, CEO und Mitbegründer von Prophesee, ergänzt: „Wir freuen uns zu sehen, wie die neue uEye EVS das Potenzial unserer Sensoren und unserer Entwicklungsumgebung nutzt, um ihren Kunden einen echten Mehrwert zu bieten.“