Quante di queste 31 domande conosci sulle telecamere industriali?

Alcuni ingegneri della visione artificiale pensano spesso che le telecamere industriali con interfacce USB causino una perdita di fotogrammi.la perdita di telaio della fotocamera industriale non ha nulla a che fare con l'interfaccia di trasmissione utilizzata dalla fotocamera industrialeI driver mal progettati o l'hardware delle fotocamere industriali sono la vera causa della perdita di fotogrammi:La ragione per cui le fotocamere industriali mal progettate sperimentano una perdita di fotogrammi è in realtà perché il canale dati è bloccato e non può essere elaborato in modo tempestivoPertanto, quando viene inserita una nuova immagine, quella precedente può essere costretta a essere scartata, oppure la nuova immagine può essere costretta a essere scartata.i progettisti devono realizzare una progettazione precisa per ogni collegamento di trasmissione dei dati tra il driver e l'hardware della fotocamera industriale.

Nella tecnologia di ispezione della visione artificiale, le interfacce di ingresso e uscita delle telecamere industriali includono Camera Link, IEEE 1394, USB2.0, Ethernet e USB3.0;

Il primo passo è quello di scegliere l'obiettivo giusto.

1. Qual e' la taglia del chip della telecamera corrispondente?
2. che tipo di interfaccia ha la fotocamera? interfaccia C, interfaccia CS o altre interfacce;
3. la distanza di lavoro della lente;
4. campo visivo della lente;
5. caratteristiche spettrali della lente;
6. velocità di distorsione dell'obiettivo;
7. dimensioni della struttura meccanica della lente;

Quando si sceglie una telecamera CCD, si dovrebbero considerare i seguenti aspetti:

1. Tipo di chip fotosensibile; CCD o CMOS
2. Caratteristiche video, comprese la frequenza di clic e la frequenza di linea.
3. Interfaccia di uscita del segnale;
4. Moduli di funzionamento della fotocamera: continuo, azionamento, controllo, ripristino asincrono, integrazione a lungo termine.
5. Metodi di regolazione e controllo dei parametri video: manuale RS232.

Allo stesso tempo, quando si sceglie un CCD, si dovrebbe prestare attenzione a 1 pollice = 16 mm invece di 25,4 mm.

1. Processo di imaging

Il principio di conversione fotoelettrica dei sensori di immagine CCD e CMOS è lo stesso.Dal momento che il CCD ha solo un (o pochi) nodi di uscita per la lettura unificataNel chip CMOS, ogni pixel ha il proprio amplificatore di segnale, che esegue la conversione di carica in tensione,e la consistenza del suo segnale è scarsa.Tuttavia, per leggere l'intero segnale di immagine, il CCD richiede una larghezza di banda di segnale più ampia dell'amplificatore di uscita.il requisito di larghezza di banda dell'amplificatore in ogni pixel è inferiore, che riduce notevolmente il consumo di energia del chip. Questa è la ragione principale per cui il consumo di energia dei chip CMOS è inferiore a quello del CCD.l'incoerenza di milioni di amplificatori si traduce in un rumore fisso più elevato, che è uno svantaggio intrinseco del CMOS rispetto al CCD.

2. integrazione

Dal punto di vista del processo di fabbricazione, i circuiti e i dispositivi in CCD sono integrati nel produttore di semiconduttori a singolo cristallo e il processo è relativamente complesso.Ci sono solo pochi produttori al mondo in grado di produrre wafer CCD, come DALSA, SONY, Panasonic, ecc. Il CCD può emettere solo segnali elettrici analogici, il che richiede un successivo decodificatore di indirizzi, un convertitore analogo e un processore di segnali di immagine.Deve anche fornire tre serie di circuiti di controllo dell'orologio di sincronizzazione di alimentazione con diverse tensioniCMOS è integrato su un unico materiale chiamato ossido metallico.Questo processo è lo stesso usato per produrre decine di migliaia di circuiti integrati a semiconduttori come chip per computer e dispositivi di memorizzazione. Pertanto, il costo del campo sonoro CMOS è molto inferiore a quello del CCD. Allo stesso tempo, il chip CMOS può integrare l'amplificatore del segnale di immagine, circuito di lettura del segnale, circuito di conversione A / D,un processore di segnale di immagine e un controller in un unico chip. Solo un chip può realizzare tutte le funzioni di base della fotocamera. Il livello di integrazione è molto alto. Da qui è nato il concetto di fotocamere a livello di chip.Con il continuo sviluppo della tecnologia di imaging CMOS, sempre più aziende possono fornire chip di imaging CMOS di alta qualità, tra cui: Micron, CMOSIS, Cypress, ecc.

3Velocità.

Il CCD utilizza l'uscita fotosensibile una per una, e può essere usato solo secondo il programma prescritto, e la velocità è lenta.e la velocità di lettura è molto più veloceAttualmente, la maggior parte delle fotocamere ad alta velocità superiori a 500fps sono fotocamere CMOS.e velocità più elevata può essere raggiunta quando solo immagini di sotto-finestra sono in uscita.

4Rumore.

La tecnologia CCD è stata sviluppata in precedenza e è relativamente matura, utilizzando una giunzione PN o uno strato di isolamento di biossido di silicio (SiO2) per isolare il rumore.La qualità dell'immagine ha alcuni vantaggi rispetto ai sensori fotoelettrici CMOSA causa dell'elevato livello di integrazione dei sensori di immagine CMOS, la distanza tra componenti e circuiti è molto vicina, l'interferenza è grave,e il rumore ha un grande impatto sulla qualità dell'immagine.

Negli ultimi anni, con il continuo sviluppo della tecnologia di riduzione del rumore del circuito CMOS, sono state create buone condizioni per la produzione di sensori di immagine CMOS ad alta densità e di alta qualità.

• Risoluzione
• Velocità (frequenza di fotogrammi/frequenza di linea)
• Noise
• Rapporto segnale/rumore
• Intervallo dinamico
• Profondità dei pixel
• Risposta spettrale
• Interfaccia ottica

La risoluzione è il parametro più basilare della fotocamera. È determinata dalla risoluzione del chip utilizzato nella fotocamera.Di solito la risoluzione di una telecamera di scansione di area è espressa da due numeri: risoluzione orizzontale e verticale, ad esempio: 1920 (H) x 1080 (V). Il primo numero indica il numero di pixel in ogni riga, ossia ci sono in totale 1920 pixel,e il seguente numero indica il numero di righe di pixel, cioè 1080 righe. Al giorno d'oggi la risoluzione di una fotocamera di solito indica quanti K, come 1K (1024), 2K (2048), 3K (4096), ecc.la risoluzione della fotocamera ha un grande impatto sulla qualità dell'immagineQuando si scatta una foto con lo stesso grande campo visivo (scena), più alta è la risoluzione, più evidenti saranno i dettagli.

Il frame rate/line frequency di una fotocamera indica la frequenza con cui la fotocamera raccoglie le immagini.Per esempio:, 30 fps significa che la fotocamera può raccogliere fino a 30 fotogrammi di immagini in 1 secondo.12KHz significa che la fotocamera può raccogliere fino a 12La velocità è un parametro importante della fotocamera. In applicazioni pratiche, è spesso necessario immaginare oggetti in movimento.La velocità della macchina fotografica deve soddisfare determinati requisiti per poter fotografare gli oggetti con chiarezza e precisioneIl frame rate e la line rate della fotocamera sono prima influenzati dal frame rate e dalla line rate del chip.La velocità massima di progettazione del chip è principalmente determinata dal più alto orologio che il chip può resistere.

Il rumore delle telecamere industriali si riferisce a segnali che non dovrebbero essere raccolti durante il processo di imaging e che si trovano al di fuori del bersaglio di imaging effettivo.Secondo la norma europea EMVA1288 di prova delle telecamere, il rumore nella telecamera può essere generalmente suddiviso in due categorie: una è il rumore di fluttuazione statistica causato dal segnale effettivo conforme alla distribuzione di Poisson,anche chiamato rumore da colpoQuesto tipo di rumore è lo stesso per ogni telecamera, inevitabile, e ha una certa formula di calcolo.Il secondo tipo è il rumore intrinseco indipendente dal segnale della fotocamera stessa. È il rumore causato dal circuito di lettura del sensore d'immagine, dal circuito di elaborazione del segnale della fotocamera e dell'amplificazione, ecc. Il rumore intrinseco di ogni fotocamera è diverso.,Il numero di bit di quantizzazione più elevato, più basso è il rumore.

Il rapporto segnale/rumore di una telecamera è definito come il rapporto segnale/rumore nell'immagine (il rapporto tra il valore medio grigio del segnale effettivo e la radice media quadrata del rumore),che rappresenta la qualità dell'immaginePiù alto è il rapporto segnale/rumore dell'immagine, migliore è la qualità dell'immagine.

La gamma dinamica della fotocamera indica la gamma in cui la fotocamera rileva i segnali luminosi.che si riferisce al rapporto tra l'intensità luminosa massima a saturazione e l'intensità luminosa equivalente al rumore di uscita, che è determinato dalle caratteristiche del chip. L'altro è l'intervallo dinamico elettronico, che si riferisce al rapporto tra tensione di saturazione e tensione acustica.il suo intervallo dinamico è un valore fisso e non cambia con i cambiamenti delle condizioni esterneIn termini di risposta lineare, l'intervallo dinamico della fotocamera è definito come il rapporto tra l'esposizione alla saturazione e l'esposizione al rumore equivalente:intervallo dinamico = piena capacità del pozzo dell'elemento fotosensibile/segnale acustico equivalenteLa gamma dinamica può essere espressa in multipli, dB o Bit. Con una vasta gamma dinamica, la fotocamera ha una maggiore capacità di adattamento alle diverse intensità luminose.

Il segnale digitale emesso da una fotocamera digitale, vale a dire il valore grigio dei pixel, ha un numero speciale di bit, chiamato profondità dei pixel.La profondità dei pixel definisce il numero di livelli di grigio da scuro a luminosoAd esempio, per una fotocamera a 8 bit, 0 rappresenta il pieno buio e 255 rappresenta la piena luminosità.I dati 10 bit hanno 1024 livelli di grigio e i dati 12 bit hanno 4096 livelli di grigioPer ogni applicazione, consideriamo attentamente se sono necessari livelli di scala di grigi molto sottili.ma riduce anche la velocità del sistema e aumenta la difficoltà di integrazione del sistema (aumento dei cavi e dimensioni maggiori), quindi dobbiamo scegliere con attenzione.

L'interfaccia si riferisce all'interfaccia tra la fotocamera e l'obiettivo.

• Classificazione in base alla struttura del chip: fotocamera CCD e fotocamera CMOS
• Secondo la struttura del sensore: telecamera di scansione di area e telecamera di scansione di linea
• Classificazione secondo modalità di uscita: fotocamera analogica e fotocamera digitale
• Fotocamera a colori e fotocamera in bianco e nero

• Il tempo di scatto delle fotocamere industriali è particolarmente breve e può catturare chiaramente oggetti in rapido movimento, mentre le fotocamere ordinarie sono molto sfocate quando catturano oggetti in rapido movimento;
• Il sensore d'immagine di una fotocamera industriale è una scansione progressiva, mentre il sensore d'immagine di una fotocamera ordinaria è interlacciato, o addirittura scansionato ogni tre righe;
• La velocità di scatto delle fotocamere industriali è molto superiore a quella delle fotocamere ordinarie; le fotocamere industriali possono scattare da dieci a centinaia di immagini al secondo,mentre le normali fotocamere possono catturare solo 2-3 immagini;
• Le telecamere industriali producono dati nudi, e il loro raggio spettrale è spesso relativamente ampio,che è più adatto per algoritmi di elaborazione delle immagini di alta qualità ed è comunemente utilizzato nei sistemi di visione artificialePer quanto riguarda le immagini scattate da fotocamere ordinarie, la loro gamma spettrale è adatta solo alla vista umana e sono state compresse da MPEG, quindi anche la qualità dell'immagine è scarsa;

1. Calcolare la risoluzione: dividere la larghezza per la precisione minima di rilevamento per ottenere i pixel necessari per ogni riga.
2. Precisione di rilevamento: la precisione effettiva di rilevamento è ottenuta dividendo la larghezza per i pixel.
3. Numero di linee di scansione: dividere la lunghezza della velocità di movimento al secondo per la precisione per ottenere il numero di linee di scansione al secondo.

Esempi di selezione di una telecamera a linea basata sui risultati di calcolo sopra riportati sono i seguenti:

Ad esempio, se la larghezza è di 1600 mm, la precisione è di 1 mm e la velocità di movimento è di 22000 mm/s, la fotocamera: 1600/1=1600 pixel è di almeno 2000 pixel e la fotocamera è selezionata come 2k. 1600/2048=0.8. La precisione effettiva è di 22000mm/0.8mm=27.5KHz. La fotocamera deve essere selezionata come fotocamera da 2048 pixel a 28kHz.

• I sensori di scansione a linea utilizzati dalle fotocamere a matrice a linea di solito hanno solo una riga di unità fotosensibili (alcuni sensori a matrice a linea a colori usano tre file di unità fotosensibili)
• La fotocamera di scansione a linea raccoglie una sola riga di immagini alla volta;
• La fotocamera di scansione a linea produce una sola riga di immagini alla volta;
• Rispetto alle fotocamere tradizionali, la scansione di area array raccoglie diverse righe di immagini ogni volta e le emette in fotogrammi.

• Le telecamere a scansione a linea hanno una risoluzione più elevata; ogni riga di pixel di una telecamera a scansione a linea è generalmente 1024, 2048, 4096, 8012; mentre una telecamera a scansione di area generale è solo 640, 768, 1280,e gli array di area più grandi di 2048 sono rari.
• La velocità di acquisizione delle telecamere a linea è più veloce; la velocità di acquisizione dei diversi modelli di telecamere a linea varia da 5.000 linee al secondo a 60.000 linee al secondo.Gli utenti possono scegliere poche righe o ogni dozzina di righe per formare un fotogramma per l'elaborazione, in modo da ottenere un frame rate molto elevato.
• Le telecamere a linea possono raccogliere e elaborare continuamente senza interruzioni; le telecamere a linea possono raccogliere continuamente oggetti in movimento lineare (guide lineari, carta su rulli, tessuti,materiale stampato, oggetti su nastro trasportatore, ecc.).
• Le telecamere a scansione a linea hanno una struttura più semplice e ragionevole.

Una fotocamera industriale intelligente non è una semplice fotocamera, ma un sistema di micro visione artificiale altamente integrato, che integra in una singola fotocamera le funzioni di acquisizione, elaborazione e comunicazione delle immagini.fornendo così un sistema multifunzionaleLe telecamere industriali intelligenti sono generalmente composte da unità di acquisizione di immagini, unità di elaborazione di immagini,software di elaborazione delle immagini, dispositivi di comunicazione di rete, ecc. Grazie all'applicazione delle più recenti tecnologie di DSP, FPGA e storage di grande capacità,il suo livello di intelligenza continua ad aumentare e può soddisfare una varietà di esigenze di applicazioni di visione artificiale.

I due tipi principali di chip di rilevamento fotoelettrico utilizzati nella visione artificiale sono i chip CCD e i chip CMOS.CCD è l'abbreviazione di ChargeCoupled Device e CMOS è Complementary Metal-Oxide-Semiconductor T