Ile z tych 31 pytań znasz na temat kamer przemysłowych?

Niektórzy inżynierowie widzenia maszynowego często uważają, że kamery przemysłowe z interfejsami USB spowodują utratę klatki.Utrata ramki kamery przemysłowej nie ma nic wspólnego z interfejsem transmisji używanym przez kamerę przemysłową.Niewłaściwie zaprojektowane sterowniki lub sprzęt aparatów przemysłowych są prawdziwą przyczyną utraty klatki:Powodem, dla którego źle zaprojektowane kamery przemysłowe doświadczają utraty klatki jest fakt, że kanał danych jest zablokowany i nie może być przetwarzany w odpowiednim czasieDlatego, gdy pojawia się nowy obraz, poprzedni może być zmuszony do odrzucenia, lub nowy obraz może być zmuszony do odrzucenia.Projektanci muszą przeprowadzić precyzyjne zaprojektowanie każdego łącza transmisji danych między sterownikiem a sprzętem kamery przemysłowej.

W technologii inspekcji wizualnej, interfejsy wejściowe i wyjściowe kamer przemysłowych obejmują Camera Link, IEEE 1394, USB2.0, Ethernet i USB3.0;

Pierwszym krokiem jest wybór odpowiedniej soczewki.

1. Jaki jest rozmiar chipa pasującej kamery?
2. Jaki rodzaj interfejsu posiada aparat? interfejs C, interfejs CS lub inne interfejsy;
3. odległość robocza soczewki;
4. Pole widzenia obiektywu;
5. charakterystyka widmowa soczewki;
6. współczynnik zniekształcenia soczewki;
7. wymiary struktury mechanicznej soczewki;

Przy wyborze kamery CCD należy wziąć pod uwagę następujące aspekty:

1. Typ mikroskopii czułej na światło; CCD lub CMOS
2. Charakterystyka wideo, w tym częstotliwość kliknięć i częstotliwość linii.
3. interfejs wyjściowy sygnału;
4. Tryby działania kamery: ciągłe, uruchamianie, sterowanie, resetowanie asynchroniczne, długotrwała integracja.
5. Metody regulacji i sterowania parametrami wideo: podręcznik RS232.

Jednocześnie przy wyborze CCD należy zwrócić uwagę na l-centimetr = 16 mm zamiast 25,4 mm.

1Proces obrazowania

Zasada konwersji fotoelektrycznej czujników obrazu CCD i CMOS jest taka sama.Ponieważ CCD ma tylko jeden (lub kilka) węzłów wyjściowych do jednolitego odczytuW układzie CMOS każdy piksel ma własny wzmacniacz sygnału, który przeprowadza konwersję ładunku na napięcie,a spójność sygnału jest słaba.Jednakże, aby odczytać cały sygnał obrazu, CCD wymaga szerszej szerokości pasma sygnału wzmacniacza wyjściowego.wymóg przepustowości wzmacniacza w każdym pikseli jest niższy, co znacznie zmniejsza zużycie energii przez układ. Jest to główny powód, dla którego zużycie energii układów CMOS jest niższe niż w przypadku układu CCD.Niespójność milionów wzmacniaczy powoduje wyższy poziom hałasu, co jest nieodłączną wadą CMOS w stosunku do CCD.

2Integracja

Z punktu widzenia procesu produkcyjnego obwody i urządzenia w CCD są zintegrowane z półprzewodnikiem producenta materiału jednokrystalicznego, a proces jest stosunkowo złożony.Na świecie jest tylko kilku producentów, którzy mogą produkować płytki CCD., takich jak DALSA, SONY, Panasonic itp. CCD może wypuszczać tylko analogowe sygnały elektryczne, co wymaga późniejszego dekodera adresu, konwertera analogowego i przetwarzania sygnału obrazu.Musi również zapewnić trzy zestawy zasilania synchronizacji obwodu sterowania zegarem z różnymi napięciamiCMOS jest zintegrowany na jednym materiale zwanym tlenem metalu.Proces ten jest taki sam jak proces stosowany do produkcji dziesiątek tysięcy półprzewodnikowych układów scalonych, takich jak układy komputerowe i urządzenia pamięci masowejW tym samym czasie układ CMOS może zintegrować wzmacniacz sygnału obrazu, obwód odczytu sygnału, obwód konwersji A/D,procesor sygnału obrazowego i sterownik w jednym chipieTylko jeden układ może realizować wszystkie podstawowe funkcje aparatu. Poziom integracji jest bardzo wysoki.Z ciągłym rozwojem technologii obrazowania CMOS, coraz więcej firm może dostarczać wysokiej jakości układy obrazowania CMOS, w tym: Micron, CMOSIS, Cypress itp.

3Szybkość.

CCD wykorzystuje światłowrażliwe wyjście jedno po drugim i może wyjść tylko zgodnie z przepisanym programem, a prędkość jest powolna.i szybkość odczytu jest znacznie szybsza. Obecnie większość szybkich kamer powyżej 500fps jest kamerami CMOS. Ponadto przełącznik strobicy adresu CMOS może być losowo próbkowany, aby zrealizować wyjście podokna,i większa prędkość może być osiągnięta, gdy tylko obrazy podokna są wyprodukowane.

4Hałas.

Technologia CCD została opracowana wcześniej i jest stosunkowo dojrzała.Jakość obrazu ma pewne zalety w stosunku do czujników fotoelektrycznych CMOSZe względu na wysoki poziom integracji czujników obrazu CMOS, odległość między komponentami a obwodami jest bardzo bliska, zakłócenia są poważne,i hałas ma duży wpływ na jakość obrazu.

W ostatnich latach, dzięki ciągłemu rozwojowi technologii redukcji hałasu obwodu CMOS, stworzono dobre warunki do produkcji wysokiej gęstości i wysokiej jakości czujników obrazu CMOS.

• Rozstrzygnięcie
• Prędkość (prędkość obrazu/prędkość linii)
• Hałas
• Stosunek sygnału do hałasu
• Zakres dynamiczny
• Głębokość pikseli
• Odpowiedź widmowa
• Interfejs optyczny

Rozdzielczość jest podstawowym parametrem aparatu. Jest ona określona przez rozdzielczość używanego w aparaturze chipa. Jest to liczba pikseli rozmieszczonych na powierzchni celu chipa.Zazwyczaj rozdzielczość kamery skanującej obszar jest wyrażona dwoma liczbami: rozdzielczość pozioma i pionowa, np.: 1920 (H) x 1080 (V). Pierwsza liczba wskazuje liczbę pikseli w każdym wierszu, tj. łącznie 1920 pikseli,a następująca liczba wskazuje liczbę wierszy pikseliW dzisiejszych czasach rozdzielczość aparatu zwykle wskazuje, ile K, np. 1K (1024), 2K (2048), 3K (4096), itp.rozdzielczość aparatu ma duży wpływ na jakość obrazuPrzy wykonywaniu obrazu z tego samego dużego pola widzenia (zakres scenerii), im wyższa rozdzielczość, tym bardziej widoczne będą szczegóły.

Częstotliwość obrazu / częstotliwość linii kamery wskazuje częstotliwość, z jaką kamera zbiera obrazy.Na przykład:, 30 fps oznacza, że aparat może zbierać do 30 klatek obrazu w 1 sekundę.12KHz oznacza, że kamera może zbierać do 12Prędkość jest ważnym parametrem aparatu. W praktycznych zastosowaniach często konieczne jest wyświetlanie ruchomych obiektów.Szybkość kamery musi spełniać pewne wymagania, aby wyraźnie i dokładnie wyświetlać obiektyPrędkość obrazu i prędkość linii aparatu są najpierw wpływane przez prędkość obrazu i prędkość linii układu.Maksymalna prędkość projektowania chipa jest głównie określona przez najwyższy zegar, który może wytrzymać chip.

Hałas kamer przemysłowych odnosi się do sygnałów, których nie należy oczekiwać podczas procesu obrazowania i które znajdują się poza rzeczywistym celem obrazowania.Zgodnie z europejską normą badań kamer EMVA1288, hałas w kamerze można ogólnie podzielić na dwie kategorie: pierwszy jest hałasem statystycznym wynikającym z wahania sygnału skutecznego, który odpowiada rozkładowi Poissona,Zwany również hałasem strzałowymTen rodzaj hałasu jest taki sam dla każdej kamery, nieunikniony i ma określoną formułę obliczeniową (tj. kwadrat hałasu = średnia sygnału).Drugim typem jest sygnałowo niezależny hałas samej kameryJest to hałas spowodowany przez obwód odczytu czujnika obrazu, obróbkę sygnału aparatu i obwód wzmacniania itp. Właściwy hałas każdego aparatu jest inny.,W przypadku analogicznej konwersji sygnałów wideo powstaje hałas kwantowy.

stosunek sygnału do hałasu aparatu jest definiowany jako stosunek sygnału do hałasu na obrazie (w stosunku średniej wartości szarości sygnału skutecznego do średniej pierwiastki kwadratowej hałasu),który reprezentuje jakość obrazuIm wyższy stosunek sygnału do hałasu obrazu, tym lepsza jakość obrazu.

Zakres dynamiczny kamery wskazuje zakres, w którym kamera wykrywa sygnały świetlne.który odnosi się do stosunku maksymalnej intensywności światła przy nasyceniu do intensywności światła równoważnej mocy hałasowej, który jest określany przez właściwości chipa. Drugi jest elektroniczny zakres dynamiczny, który odnosi się do stosunku między napięciem nasycenia i napięciem hałasowym.jego zakres dynamiczny jest wartością stałą i nie zmienia się w zależności od zmian warunków zewnętrznychZ punktu widzenia reakcji liniowej zakres dynamiczny aparatu jest definiowany jako stosunek narażenia nasycenia do narażenia równoważnego hałasowi:zakres dynamiczny = pełna pojemność odwiertów światłowrażliwego elementu/ekwiwalent sygnału hałasowego. Zakres dynamiczny może być wyrażony w wielokrotności dB lub Bit. Dzięki dużemu zakresowi dynamicznemu aparat ma większą zdolność do dostosowywania się do różnych intensywności światła.

Wynik sygnału cyfrowego z aparatu cyfrowego, czyli wartość szarości piksela, ma specjalną liczbę bitów, zwaną głębią piksela.Głębokość pikseli określa liczbę poziomów szarości od ciemnych do jasnychNa przykład w przypadku 8-bitowej kamery 0 oznacza pełną ciemność, a 255 pełną jasność. Liczby od 0 do 5 reprezentują pewne wskaźniki jasności.10bitowe dane mają 1024 poziomy szarości, a 12bitowe 4096 poziomy szarościDla każdego zastosowania uważnie rozważamy, czy wymagane są bardzo drobne poziomy skali szarości.ale także zmniejsza prędkość systemu i zwiększa trudności integracji systemu (większa liczba kabli i większe rozmiary)Więc musimy wybierać ostrożnie.

Powszechnie stosowane interfejsy obiektywów obejmują C-mount, CS-mount i F-mount.

• Klasyfikacja według struktury chipa: kamera CCD i kamera CMOS
• Zgodnie ze strukturą czujnika: kamera skanująca obszar i kamera skanująca linię
• Klasyfikacja według trybu wyjścia: kamera analogowa i kamera cyfrowa
• Kamera kolorowa i czarno-biała

• Czas migawki aparatów przemysłowych jest szczególnie krótki i mogą wyraźnie rejestrować szybko poruszające się obiekty, podczas gdy zwykłe aparaty fotograficzne są bardzo rozmyte podczas rejestrowania szybko poruszających się obiektów;
• Czujnik obrazu aparatu przemysłowego jest skanem progresywnym, podczas gdy czujnik obrazu zwykłej aparaty fotograficznej jest połączony lub nawet skanowany co trzy wiersze;
• Szybkość zdjęć aparatów przemysłowych jest znacznie wyższa niż w przypadku zwykłych aparatów; kamery przemysłowe mogą wykonywać od dziesięciu do setek zdjęć na sekundę,podczas gdy zwykłe aparaty fotograficzne mogą wykonywać tylko 2-3 obrazy;
• Kamery przemysłowe emitują nagie dane, a ich zakres widmowy jest często stosunkowo szeroki,który jest bardziej odpowiedni dla wysokiej jakości algorytmów przetwarzania obrazu i jest powszechnie stosowany w systemach widzenia maszynowegoJeśli chodzi o zdjęcia wykonane przez zwykłe aparaty fotograficzne, ich zakres widmowy jest odpowiedni tylko dla ludzkiego wzroku i zostały skompresowane przez MPEG, więc jakość obrazu jest również słaba;

1. Oblicz rozdzielczość: podziel szerokość przez minimalną dokładność wykrywania, aby uzyskać piksele wymagane dla każdej linii.
2. Dokładność wykrywania: faktyczna dokładność wykrywania uzyskuje się dzieląc szerokość przez piksele.
3. Liczba linii skanowania: Aby uzyskać liczbę linii skanowania na sekundę, podziel długość prędkości ruchu na sekundę przez dokładność.

Przykłady wyboru kamery linijnej na podstawie powyższych wyników obliczeń:

Na przykład, jeśli szerokość wynosi 1600 mm, dokładność wynosi 1 mm, a prędkość ruchu wynosi 22000 mm/s, aparat: 1600/1=1600 pikseli wynosi co najmniej 2000 pikseli, a aparat jest wybrany jako 2k. 1600/2048=0.8. Rzeczywista dokładność wynosi 22000mm/0.8mm=27.5KHz. Kamera powinna być wybrana jako kamera 2048 pikseli 28kHz.

• Czujniki skanowania linii używane przez kamery z szeregiem linii zazwyczaj mają tylko jeden rząd jednostek fotosensywnych (kilka czujników z szeregiem linii kolorowych używa trzech rzędów jednostek fotosensywnych)
• Kamera skanująca linią zbiera tylko jedną linię obrazów naraz;
• Kamera skanująca linią wypuszcza tylko jedną linię obrazu na raz;
• W porównaniu z tradycyjnymi kamerami obszarów, skanowanie obszarów zbiera kilka linii obrazów za każdym razem i wydaje je w klatkach.

• Kamery do skanowania liniowego mają wyższą rozdzielczość; każdy wiersz pikseli kamery do skanowania liniowego jest na ogół 1024, 2048, 4096, 8012; podczas gdy kamera do skanowania ogólnego obszaru ma tylko 640, 768, 1280,i szeregów powierzchni większych niż 2048 są rzadkie.
• Prędkość akwizycji kamer z układem liniowym jest szybsza; prędkość akwizycji różnych modeli kamer z układem liniowym waha się od 5000 linii na sekundę do 60 000 linii na sekundę.Użytkownicy mogą wybrać kilka linii lub każdy tuzin linii, aby utworzyć ramkę obrazu do przetwarzania, dzięki czemu można osiągnąć bardzo wysoką częstotliwość klatki.
• Kamery linijne mogą ciągle zbierać i przetwarzać bez przerwy; kamery linijne mogą ciągle zbierać obiekty poruszające się liniowo (przewodniki liniowe, papier na rolkach, tkaniny,Materiały drukowane, przedmioty na taśmach transportowych itp.).
• W porównaniu z kamerami do skanowania powierzchni, kamery do skanowania linii nie marnują rozdzielczości i nie zbierają bezużytecznych danych.

Inteligentny aparat przemysłowy nie jest prostym aparatem, ale wysoce zintegrowanym mikro-systemem wizji maszynowej, który integruje funkcje pozyskiwania obrazu, przetwarzania i komunikacji w jedną kamerę,w ten sposób zapewniając wielofunkcyjnyInteligentne kamery przemysłowe składają się zazwyczaj z jednostek pozyskiwania obrazu, jednostek przetwarzania obrazu,oprogramowanie do przetwarzania obrazu, urządzeń łączności sieciowej itp. Dzięki zastosowaniu najnowszych technologii DSP, FPGA i dużych przepustowości,jego poziom inteligencji stale rośnie i może zaspokoić różnorodne potrzeby aplikacji w zakresie wizji maszynowej.

Dwa główne rodzaje układów czujników fotoelektrycznych stosowanych w zakresie widzenia maszynowego to układy CCD i CMOS.CCD to skrót od ChargeCoupled Device, a CMOS to Complementary Metal-Oxide-Semiconductor T