Bezugsmarkierung - Fiducial marker
Eine Passermarke oder Passermarke ist ein im Sichtfeld eines Bildgebungssystems platziertes Objekt , das in dem erzeugten Bild erscheint, zur Verwendung als Bezugspunkt oder als Maß. Dies kann entweder etwas sein, das in oder auf dem Abbildungsobjekt platziert ist, oder eine Markierung oder ein Satz von Markierungen im Fadenkreuz eines optischen Instruments.
Anwendungen
Mikroskopie
In der hochauflösenden optischen Mikroskopie können Fiducials verwendet werden, um das Sichtfeld aktiv zu stabilisieren. Eine Stabilisierung auf besser als 0,1 nm ist erreichbar.
Physik
In der Physik , der 3D-Computergrafik und der Fotografie sind Referenzpunkte Referenzpunkte: Fixpunkte oder Linien innerhalb einer Szene, auf die andere Objekte bezogen oder an denen Objekte gemessen werden können. Mit Réseau-Platten ausgestattete Kameras erzeugen diese Referenzmarken (auch Réseau-Kreuze genannt ) und werden häufig von der NASA verwendet . Solche Markierungen sind eng verwandt mit den Zeitmarkierungen, die bei der optischen Markierungserkennung verwendet werden .
Geografische Erhebung
Luftgestützte geophysikalische Vermessungen verwenden auch den Begriff "Fiducial" als fortlaufende Referenznummer bei der Messung verschiedener geophysikalischer Instrumente während eines Vermessungsflugs. Diese Anwendung des Begriffs hat sich aus den Nummern von Luftbildern entwickelt , die ursprünglich verwendet wurden, um geophysikalische Vermessungslinien in den frühen Tagen der geophysikalischen Luftvermessung zu lokalisieren. Diese Methode der Positionsbestimmung wurde inzwischen durch GPS ersetzt , aber der Begriff „Fiducial“ wird weiterhin als Zeitreferenz für die während des Fluges gemessenen Daten verwendet.
Erweiterte Realität
Bei Anwendungen der erweiterten Realität helfen Referenzmarken dabei, mehrere Probleme der Integration zwischen der realen Weltansicht und den synthetischen Bildern, die sie ergänzen, zu lösen. Passermarken mit bekanntem Muster und Größe können als Anker der realen Welt für Lage, Ausrichtung und Maßstab dienen. Sie können die Identität der Szene oder von Objekten innerhalb der Szene feststellen. Zum Beispiel würde ein auf einer Seite eines Augmented-Reality- Popup-Buch gedruckter Passer die Seite identifizieren, damit das System den Erweiterungsinhalt auswählen kann. Es würde auch dazu dienen, die Koordinaten des erweiterten Inhalts an der dreidimensionalen Position, Ausrichtung und dem Maßstab des aufgeschlagenen Buches zu verankern, um eine stabile und genaue Verschmelzung von realen und synthetischen Bildern zu schaffen.
Ein etwas komplexeres Beispiel wären mehrere Bezugsmarken, die jeweils an einem einzelnen Stück in einem Augmented-Reality- Brettspiel befestigt sind .
Messtechnik
Das Erscheinen von Markierungen in Bildern kann als Referenz für die Bildskalierung dienen oder kann eine Korrelation des Bildes und des physischen Objekts oder mehrerer unabhängiger Bilder ermöglichen . Durch Anordnen von Bezugsmarkierungen an bekannten Stellen in einem Objekt kann der relative Maßstab in dem erzeugten Bild durch Vergleich der Stellen der Markierungen in dem Bild und dem Objekt bestimmt werden. Bei Anwendungen wie der Photogrammetrie können die Passermarken einer Vermessungskamera so eingestellt werden, dass sie den Hauptpunkt in einem als " Kollimation " bezeichneten Prozess definieren . Dies wäre eine kreative Verwendung des herkömmlichen Verständnisses des Begriffs Kollimation.
Passermarken-Sets
Einige Strichcode- Lesegeräte können die Verschiebung, Ausrichtung und vertikale Tiefe eines Strichcodes bekannter Größe relativ zum Strichcode-Lesegerät schätzen.
Einige Sätze von Passermarken wurden speziell entwickelt, um eine schnelle Erkennung der 6D-Positionsschätzung (3D-Position und 3D-Orientierung) und die Identität von Hunderten von einzigartigen Passermarken mit geringer Latenzzeit zu ermöglichen. Zum Beispiel die WhyCon-Marker, WhyCode-Marker, "amoeba" reacTIVision-Fiducials, die d-touch-Fiducials oder die kreisförmigen TRIP-Barcode-Tags (Ringcodes).
Medizinische Bildgebung
Passermarken werden in einer Vielzahl von medizinischen Bildgebungsanwendungen verwendet . Bilder desselben Objekts, die mit zwei unterschiedlichen Abbildungssystemen erzeugt wurden, können korreliert werden, indem eine Bezugsmarkierung in dem von beiden Systemen abgebildeten Bereich platziert wird. In diesem Fall muss ein Marker verwendet werden, der in den von beiden bildgebenden Modalitäten erzeugten Bildern sichtbar ist. Durch dieses Verfahren können funktionelle Informationen aus SPECT oder Positronen-Emissions-Tomographie mit anatomischen Informationen aus der Magnetresonanztomographie (MRT) in Beziehung gesetzt werden .
In ähnlicher Weise können während der MRT erstellte Bezugspunkte mit Gehirnbildern korreliert werden, die durch Magnetenzephalographie erzeugt wurden , um die Quelle der Gehirnaktivität zu lokalisieren. Solche Bezugspunkte oder Markierungen werden häufig in tomographischen Bildern wie Computertomographie- , Magnetresonanz- und Positronen-Emissions-Tomographie- Bildern unter Verwendung von Geräten wie dem N-Localizer und Sturm-Pastyr-Localizer erzeugt.
Elektrokardiographie
In der Elektrokardiographie (EKG) sind Bezugspunkte Orientierungspunkte auf dem EKG-Komplex wie die isoelektrische Linie (PQ-Kreuzung) und der Beginn einzelner Wellen wie PQRST.
Zellen-Biologie
In Prozessen, die das Verfolgen eines markierten Moleküls beinhalten, während es in ein größeres Polymer eingebaut wird, können solche Marker verwendet werden, um die Dynamik des Wachstums/Schrumpfens des Polymers sowie seiner Bewegung zu verfolgen. Üblicherweise verwendete Passermarken sind fluoreszenzmarkierte Monomere von Biopolymeren. Die Aufgabe , das zu messen und zu quantifizieren , was mit diesen passiert , ist Methoden der Physik und Computational Imaging wie dem Speckle Imaging entlehnt .
Soziales Insekten-Tracking
Automatisierte Verhaltensverfolgungssysteme werden verwendet, um die Organisation sozialer Insektenkolonien und das Verhalten einzelner Koloniemitglieder zu untersuchen. Diese Systeme kombinieren Referenzmarkierungen und maschinelles Sehen, um den Standort und die Orientierung von Koloniemitgliedern mehrmals pro Sekunde auszugeben und haben unter anderem die soziale Netzwerkstruktur der Ameise Camponotus fellah aufgedeckt .
Strahlentherapie
In Strahlentherapie- und radiochirurgischen Systemen sind Referenzpunkte Orientierungspunkte im Tumor, um die richtigen Ziele für die Behandlung zu ermöglichen. Bei der Neuronavigation wird ein "Raumkoordinatensystem" als Referenz zur Verwendung in der Neurochirurgie verwendet, um die Position bestimmter Strukturen innerhalb des Kopfes oder anderswo im Körper zu beschreiben. Solche Bezugspunkte oder Landmarken werden häufig in Magnetresonanztomographie- und Computertomographiebildern unter Verwendung des N-Localizers oder Sturm-Pastyr-Localizers erzeugt.
Leiterplatten
Bei der Herstellung von Leiterplatten (PCB) ermöglichen Passermarken, auch als Schaltungsmustererkennungsmarken bekannt, SMT-Bestückungsgeräten das genaue Lokalisieren und Platzieren von Teilen auf Leiterplatten. Diese Geräte lokalisieren das Schaltungsmuster, indem sie gemeinsame messbare Punkte bereitstellen. Sie werden normalerweise hergestellt, indem ein kreisförmiger Bereich der Platine von der Lötstopplackbeschichtung freigelassen wird . In diesem Bereich befindet sich ein Kreis, der die darunter liegende Kupferbeschichtung freilegt. Diese mittlere Metallscheibe kann mit Lot beschichtet, vergoldet oder anderweitig behandelt werden, obwohl blankes Kupfer am häufigsten verwendet wird, wenn es kein stromführender Kontakt ist. Alternativ ist es möglich, die Passermarken mit klarem Lötstopplack abzudecken. Um Rundungsfehler zu minimieren , war es eine gute Praxis, Referenzmarken in demselben Raster (oder einem Vielfachen davon) zu platzieren, das zum Platzieren der Teile verwendet wurde. Dies ist jedoch auf Leiterplatten mit hoher Dichte nicht immer möglich und auch nicht erforderlich. mit modernen Hochpräzisionsmaschinen nicht mehr.
Die meisten Bestückautomaten werden Platten für die Montage von einer Schiene geführt Förderer , mit der Platte eingeklemmt unten im Montagebereich der Maschine. Jede Platine klemmt etwas anders als die anderen, und die Varianz – die im Allgemeinen nur Zehntel Millimeter beträgt – reicht aus, um eine Platine ohne richtige Kalibrierung zu ruinieren. Folglich weist eine typische Leiterplatte mehrere Passermarken auf, damit Bestückungsroboter die Ausrichtung der Leiterplatte präzise bestimmen können. Durch Messen der Position der Passermarken relativ zu dem im Speicher der Maschine gespeicherten Platinenplan kann die Maschine zuverlässig den Grad berechnen, um den Teile relativ zum Plan, genannt Versatz , bewegt werden müssen , um eine genaue Platzierung zu gewährleisten.
Die Verwendung von drei Referenzmarken ermöglicht es der Maschine, den PCB-Versatz sowohl in der X- als auch in der Y-Achse zu bestimmen sowie festzustellen, ob sich die Platine während des Spannens gedreht hat, sodass die Maschine Teile drehen kann, um sie passend zu platzieren. Solche Fiducials werden auch Global Fiducials genannt. Globale Passermarken werden auch in Verbindung mit dem Schablonendruck verwendet . Ohne sie würde der Drucker die Lotpaste nicht exakt auf die Pads ausrichten. Teile, die ein sehr hohes Maß an Platzierungspräzision erfordern, wie beispielsweise Ball Grid Array Packages, können zusätzliche lokale Referenzmarken in der Nähe des Package-Platzierungsbereichs der Platine aufweisen, um das Targeting weiter fein abzustimmen. Lokale Passermarken können jedoch beim Schablonendruckverfahren nicht verwendet werden.
Umgekehrt können Low-End-Platinen mit niedriger Präzision nur zwei Passermarken aufweisen oder Passermarken verwenden, die als Teil des Siebdruckprozesses aufgebracht werden, der auf die meisten Leiterplatten angewendet wird. Einige Platinen der unteren Preisklasse können die plattierten Befestigungsschraubenlöcher als Passermarken verwenden, obwohl dies eine sehr geringe Genauigkeit ergibt.
Bei Prototypen und Kleinserien kann die Verwendung einer Referenzkamera den Prozess der Leiterplattenherstellung erheblich verbessern. Durch das automatische Auffinden von Passermarken automatisiert die Kamera die Ausrichtung der Platine. Dies hilft bei Front-to-Back- und Multilayer-Anwendungen und macht Set-Pins überflüssig.
Beim Farbdruck werden am Rand der Druckplatten Cyan, Magenta, Yellow und Schwarz ( CMYK ) Passermarken – auch „ Registrierungsschwarz “ genannt – verwendet , damit diese korrekt zueinander ausgerichtet werden können.