Transparent objects play crucial roles in humans’ everyday life, must meet high quality requirements and therefore must be visually inspected. Developing automated visual inspection systems for complex-shaped transparent objects still represents a challenging task. As a solution, this book introduces light field methods for all main components of a visual inspection system: a novel light field sensor, suitable processing methods and a light field illumination approach.

Unterwasserbilder besitzen meist eine schlechte Bildqualität, da diese von Farbverschiebungen, Unschärfe und einem milchig trüben Erscheinungsbild geprägt sind. In dieser Arbeit wird eine problemspezifische, physikalische Modellierung des Bildgewinnungsprozesses unter Wasser hergeleitet. Darauf aufbauend wird ein Bildrestaurationsansatz vorgestellt, der die Bildverschlechterungsprozesse invertiert. Damit lässt sich für verschiedenste Aufnahmekonstellationen die Bildqualität deutlich steigern. Underwater images are most often degraded by color shifts, blurring and brightening effects. The presented approach is based on a problem-specific physical model of under water image formation. Thereon, methods of image restoration and image data retrieval are presented, which invert image degradation processes. Hence, it is possible to enhance image quality with model knowledge under different image acquisition conditions.

Die Infrarotdeflektometrie macht sich zu nutze, dass an Oberflächen, welche im sichtbaren Spektrum diffus erscheinen, im thermischen Infrarotspektrum eine deutliche Reflexion erzielt wird und so eine deflektometrische Inspektion ermöglicht wird. Diese Arbeit befasst sich mit dem Problem der Erzeugung der notwendigen thermischen Codemuster. Zur Auswertung werden entweder etablierte Verfahren an die Mustererzeugung angepasst oder neue Verfahren präsentiert. Thermal infrared deflectometry is based on the effect that rough surfaces, although having a dull appearance in the visual spectrum, exhibit a specular reflection in the thermal infrared spectrum and therefore enabling surface inspection with the method of deflectometry. This work covers the problems of generating the required thermal code patterns. The evaluation either adapts established methods from deflectometry, or new methods are introduced.

In this work we present a stand-off, long wave infrared (LWIR) spectroscopy system for remote detection of hazardous substances. The principle is based upon wavelength selective illumination using External Cavity Quantum Cascade Lasers, that are tunable in the LWIR wavelength range from 7.5 - 10 µm, in which most chemical substances exhibit a highly characteristic absorption behaviour.

Arbeit über einen chromatisch konfokalen 3D Sensor zur dreidimensionalen Erfassung einer Oberfläche. Anstatt des typischer Weise verwendeten Spektrometers zur Messung der Wellenlänge wird ein neuartiger Ansatz untersucht, bei dem nur wenige Kamerakanäle mit einer speziell optimierten spektralen Empfindlichkeit eingesetzt werden. Die Optimierung der technischen Umsetzung mittels Interferenzfilter ist der wesentliche Beitrag der Dissertationsschrift. A chromatic confocal 3D sensor is proposed. In contrast to the state of the art, which typically uses spectrometers to measure the wavelength, only a few camera channels are used. Each channel has an unique spectral sensitivity ant the optimization of the sensitivity is the main part of the book. Interference filters are optimized for the technical realization.

Nowadays, vision systems play a central role in industrial inspection. The experts typically choose the configuration of measurements in such systems empirically. For complex inspections, however, automatic inspection planning is essential. This book proposes a simulation-based approach towards inspection planning by contributing to all components of this problem: simulation, evaluation, and optimization. As an application, inspection of a complex cylinder head by laser triangulation is studied.

Automatische optische Inspektion spielt in industriellen Fertigungsprozessen eine wichtige Rolle. Die Entwicklung und Konfiguration solcher Systeme ist jedoch sehr aufwendig. Mit maschinellen Lernverfahren kann beides erheblich vereinfacht und beschleunigt werden. In dieser Arbeit werden verschiedene lernende Verfahren für die optische Inspektion entwickelt. Diese Verfahre ergänzen sich gegenseitig und sind für eine breite Produktpalette einsetzbar. Automated visual inspection is an integral part in industrial manufacturing processes, but development and setup of such systems is very costly. Machine learning significantly reduces the effort of and speeds up both tasks. This work develops several machine learning methods suitable for automated visual inspection. The methods augment each other and can be used for a wide range of products.

Es werden zwei Modelle entwickelt und evaluiert, die Wahrnehmungsgrenzen kleiner Formabweichungen auf spiegelnden Oberflächen beschreiben. Beide Modelle berücksichtigen die gespiegelte Umgebung und führen die Wahrnehmungsgrenzen auf die Winkelauflösung des menschlichen Auges zurück. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist die Erweiterung der Modelle auf Oberflächenrauheiten und -welligkeiten. Die vorhergesagten Wahrnehmungsgrenzen werden mit den Daten zweier Wahrnehmungsstudien verglichen. Two models are developed and evaluated, which describe perception limits of small form deviations on specular reflecting surfaces. Both models take into account the reflected environment and attribute the limits of perception to the angular resolution of the human eye. A further goal of this work is the extension of the models to surface roughness and waviness. The predicted perception limits are compared with the data of two perception studies.

Bei der optischen Inspektion von spiegelnden Oberflächen wird die Deflektometrie eingesetzt. Mittels eines robotergeführten Sensorkopfes können auch Oberflächen untersucht werden, für die der Messbereich des Sensors zu klein ist, indem mehrerer Messungen mit unterschiedlichen Konfigurationen ausgeführt werden. Diese Arbeit untersucht das Problem der automatisierten Bestimmung optimaler Konfigurationen für eine vollständige Oberflächeninspektion mittels probabilistischer Planungsverfahren. Deflectometry is the method of choice for the optical inspection of specular surfaces. Surfaces, for which the measurement range is too small, can be fully inspected through a roboter-guided sensor by taking measurements with different configurations. This work is concerned with the problem of automatically determinining optimal configurations for a complete inspection by means of probabilistic planning methods.