Aktuální vydání

celé číslo

08

2019

MSV 2019 v Brně

celé číslo

Velmi rychlý řádkový snímač obrazu pro průběžnou vizuální kontrolu kvality

Nový velmi rychlý řádkový snímač obrazu vyvinutý pro účely kontroly kvality tisku ochranných znaků bankovek najde uplatnění také v mnoha dalších náročných úlohách zpracování obrazu.

 
Jenom v prvním pololetí roku 2014 bylo podle údajů Německé spolkové banky zadrženo v Německu téměř 25 000 falešných eurobankovek v hodnotě 1,5 milionu eur. Aby byla padělatelům peněz jejich kriminální činnost co možná nejvíce ztížena, jsou současné bankovky opatřeny speciálními ochrannými znaky zabezpečujícími je před paděláním. K nim patří mj. nepatrné, drobné struktury, pouhým okem neviditelné, a hologramy s klopným efektem, jejichž motiv se s úhlem pozorování mění. Kvalita tisku bankovek včetně jejich ochranných znaků je při výrobě bankovek průběžně kontrolována speciálními kamerami.
 
Významné postavení v oboru výzkumu a vývoje kontrolních zařízení zajišťujících tisk bankovek a jiných cenin se zabezpečovacími prvky v nezbytné nejvyšší kvalitě má v mezinárodním měřítku Rakouský technický ústav AIT (Austrian Institute of Technology) se sídlem ve Vídni. Dvěma základními požadavky při kontrole kvality tisku zabezpečovacích prvků bankovek jsou rychlost a přesnost při reprodukci předlohy. Moderní kontrolní zařízení používaná v tomto oboru využívají techniku digitálního zpracování obrazu. Jejich základní součástí jsou tudíž snímače obrazu, na které jsou zde kladeny mimořádně velké požadavky. Současné běžně dostupné snímače obrazu jsou již na hranici svých technických možností a jejich rychlost již často nedostačuje k tomu, aby bylo možné spolehlivě zkontrolovat kvalitu tisku bankovek v reálném čase během výrobního procesu. Ústav AIT se proto obrátil na Fraunhoferův ústav pro mikroelektronické obvody a systémy IMS (Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme) v Duisburgu se žádostí o vývoj nového snímače obrazu potřebné výkonnosti.
 

Mnohořádkový snímač s rychlostí 200 000 barevných obrazů za sekundu

Nový 60řádkový snímač vyvinutý odborníky z Duisburgu (obr. 1) svou výkonností překonává veškerá dosavadní zařízení tohoto druhu: „Náš nový snímač pracuje nejméně dvakrát rychleji než zařízení, která jsou v současnosti k dispozici, a současně poskytuje velmi kvalitní obrazy ve velmi vysokém rozlišení,“ vysvětluje Dr. Werner Brockherde z Fraunhoferova ústavu IMS.
 
Snímač vyvinutý v ústavu IMS snímá bankovky – podobně jako skener – řádek po řádku, a to ihned na výstupu z tiskového stroje. Za sekundu přitom zařízení sejme až 200 000 barevných obrazů při době expozice několik miliontin sekundy. Speciálně vyvinutý software porovnává snímané obrazy se správným vzorovým obrazem uloženým v paměti zařízení a identifikuje bankovky s chybnými nebo poškozenými zabezpečovacími znaky.
 
K dosažení takto velké rychlosti snímání vestavěli odborníci z ústavu IMS na čip pro každý jednotlivý sloupec obrazových bodů samostatný vyhodnocovací (odečítací) řetězec. Vedle toho vyvinuli také speciální senzory světla umožňující i při extrémně krátké expoziční době pracovat s běžnými optickými prostředky. Ve všech obrazových bodech ve snímači jsou současně snímány tři základní barvy – červená, zelená a modrá (barevný model RGB) –, čímž je zajištěna velmi kvalitní reprodukce barev.
 
Druhou významnou zvláštností nového snímače je velký počet snímaných obrazových řádků, umožňující snímat pozorované objekty z mnoha různých úhlů pohledu. Díky této funkci lze poprvé kontrolovat také trojrozměrné povrchové struktury, jako např. klopné efekty hologramů.
 

Široké možnosti dalšího použití

Speciální architektura řádkového senzoru obrazu otevírá široký prostor k jeho použití v mnoha dalších úlohách. Například díky velkému počtu řádků lze spektrum vlnových délek světla, v němž je snímač citlivý, dále rozšířit až do oboru ultrafialového nebo infračerveného záření. Toto by bylo zajímavé např. pro obor recyklace plastů, kde by snímač mohl rozdrcené materiály rozlišovat podle vlnové délky vyzařovaného záření a usnadnit tak jejich třídění. Schopnost snímače analyzovat drobné trojrozměrné útvary může najít využití také při kontrole kvality povrchu různých materiálů v průmyslové výrobě. Další zajímavou aplikační oblastí je kontrola stavu kolejnic nebo trolejového vedení na železnici – snímač může i při rychlosti kontrolního vozu až 300 km/h poskytovat dokonale ostré obrazy s rozlišením až 0,4 mm a tak rychle a spolehlivě identifikovat potenciálně nebezpečné trhliny. Satelity kroužící blízko povrchu Země by při vybavení novým řádkovým senzorem obrazu mohly pořizovat barevné snímky povrchu Země s rozlišením asi 3 cm. Uvedení nového řádkového senzoru obrazu na trh připravují pracovníci Fraunhoferova ústavu IMS na konec roku 2015.
 
[Banknoten Check mit ultraschnellem Zeilensensor. Pressemitteilung Fraunhofer IMS: Forschung Kompakt, 06, 2015.]
(Kab.)
 

Obr. 1. Nový 60řádkový senzor obrazu je nejméně dvakrát rychlejší než dosavadní zařízení, a to při vynikající kvalitě zobrazení (foto: Fraunhofer IMS)