Как правильно выбрать камеру машинного зрения

Камеры используются для создания изображений исследуемого объекта или местоположения для ряда приложений по обработке изображений, таких как машинное зрение или промышленная автоматизация. Камеры — это составляющие систем визуализации, которые взаимодействуют с линзами. Камеры включают в себя датчики, предназначенные для отображения света, сфокусированного линзами. Камеры могут иметь несколько форматов датчиков изображения, такие как CCD или CMOS-датчики, которые подходят для, практически, всех приложений обработки изображений. Они находят широкое применение в управлении производством, управлении потоком объектов, а также в микроскопии. В этом руководстве не рассматриваются камеры наблюдения, они будут рассмотрены отдельно.

Просмотреть камеры машинного зрения

  • Как выбрать камеру машинного зрения?

    Камера машинного зрения (компания IDS)
    Камера машинного зрения (компания IDS)

    При выборе камеры машинного зрения необходимо учитывать ряд важных факторов. Прежде всего, вы должны убедиться, что выбранная камера соответствует цели применения. Характеристики камеры для управления производством будут отличаться от характеристик камеры для управления роботом.

    Контрольный спектр, необходимый для вашего типа использования, определит выбор инфракрасного, ультрафиолетового или другого типа машинного зрения.
    Вам также необходимо будет выбрать между различными типами датчиков изображения: датчик CCD, датчик CMOS, микроболометр, датчик FPA.

    Наконец, важно выбрать подходящий коммуникационный интерфейс среди существующих интерфейсов: USB 2.0, USB 3.0, GigE, Camera Link, PoE et VGA.

    Выбор данных характеристик будет зависеть от типа использования камеры, а также от вашего бюджета.

    Что необходимо учесть для выбора камеры машинного зрения

    • применение
    • спектр задач
    • датчик изображения
    • коммуникационный интерфейс
  • Какова цель контроля, который вы хотите осуществлять?

    Камера инфракрасного зрения (компания Lumasence)
    Камера инфракрасного зрения (компания Lumasence)

    Камера машинного зрения должна быть адаптирована к типу контроля, который вы намерены осуществить. Самым важным является определение целей контроля и типа излучения, позволяющего извлекать искомую информацию. Это излучение определит спектр, который камера должна контролировать. Например, если вы используете камеру для контроля процесса, вероятно, потребуется довольно широкий спектр контроля в видимой области, в то время как камера для печи нуждается в меньшем спектре в инфракрасном диапазоне.

    Существует несколько типов камер с разнообразными спектрами обзора: камеры, чувствительные только к видимым объектам, инфракрасные камеры (допускающие тепловое зрение), рентгеновские камеры (позволяющие снимать через мягкие материи, что делает их очень полезными для медицинской визуализации), ультрафиолетовые камеры (также широко используемые в медицинской визуализации) и мультиспектральные камеры (они имеют самый широкий спектр контроля, поскольку включают в себя все другие типы спектров).

    Наконец, в зависимости от объекта или процесса, которые должны контролироваться в промышленной среде, необходимо учитывать интеграцию камеры (и защиту хрупких элементов). Например, камера для печи будет встроена в защитный кожух, чтобы выдерживать очень высокие температуры.

    В зависимости от целей контроля следует учитывать

    • наиболее адаптированное излучение
    • контрольный спектр камеры
    • внедрение камеры в промышленную зону
    • коммуникационный интерфейс
  • Какой датчик изображения выбрать для вашей камеры?

    Датчик изображения CMOS (Компания Teledyne)
    Датчик изображения CMOS (Компания Teledyne)

    Существует четыре типа датчиков изображения : датчики CCD, датчики CMOS, микроболометры и датчики FPA (Focal Plane Array). Чтобы подобрать подходящий датчик, важно сначала определить необходимый спектр контроля. Например, датчик CCD не сможет использовать инфракрасное зрение. Ваш выбор будет также определяться требуемым качеством и бюджетом.

    типы датчиков изображения :

    • CCD
    • CMOS
    • FPA
    • микроболометр
  • В каком случае нужно выбирать датчик CCD?

    Датчик изображения CCD (компания Teledyne)
    Датчик изображения CCD (компания Teledyne)

    Датчики CCD стоят дешевле. Их преимущество в отличном соотношении цена / качество. Тем не менее, их спектр контроля чувствителен только к видимым объектам. Кроме того, у них есть недостаток, заключающийся в том, что они очень чувствительны к бликам, количество посторонних электронов сильно возрастает с температурой. Иногда датчики CCD необходимо охлаждать во избежании теплового шума. Обратите внимание, однако, что современные датчики CCD имеют более передовую технологию, которая позволяет им иметь более высокое качество, близкое к качеству датчиков CMOS.

    Датчики CCD широко используются, например, в сканерах.

    преимущества / недостатки:

    +++ соотношение цена/качество

    — — —  чувствительность только к видимым объектам

    — — —  чувствительность к бликам

    — — —  шум чувствительность к температуре

  • В каком случае нужно выбирать датчик CMOS?

    Датчик изображения CMOS (компания Photon Focus)
    Датчик изображения CMOS (компания Photon Focus)

    Более дорогостоящие, чем датчики CCD, датчики CMOS имеют ряд преимуществ. Прежде всего, их качество превосходит качество датчиков CCD (даже если последнее поколение датчиков CCD приближает их по качеству к CMOS-датчикам). С другой стороны, они адаптированы к видению при низком уровне освещенности. Низкий уровень освещения не будет представлять никаких проблем. Наконец, они имеют более высокую скорость чтения, чем большинство датчиков CCD, а также низкое потребление энергии.

    Датчики CMOS  уже конкурируют с датчиками CCD и используются для тех же приложений (сканеры, лаборатории, мониторинг упаковочных линий).

    преимущества / недостатки:

    +++ более высокое качество

    +++ чувствительность к инфракрасному излучению

    +++ устойчивость к бликам

    +++ скорость считывания

    +++ низкое потребление энергии

    — — —  высокая цена

  • В каком случае следует выбирать микроболометр?

    микроболометр (компания Chauvin Arnoux)
    микроболометр (компания Chauvin Arnoux)

    Микроболометры применяются только для тепловизионных камер и, в основном, используют инфракрасное излучение. Легкие по весу микроболометры имеют низкое потребление энергии в дополнение к чрезвычайно быстрой передаче данных. Однако, они очень дорогие. Кроме того, они менее чувствительны, чем тепловые датчики с охлаждаемым детектором, поскольку, как и в случае с датчиками CCD, количество посторонних электронов увеличивается с температурой. Это может вызвать проблемы с разрешением. Обратите внимание, однако, что сегодняшняя технология позволяет решать эти проблемы, делая микроболометры более эффективными.

    Благодаря их легкости, малым размерам и низкому потреблению энергии, микроболометры могут быть закреплены на строительных шлемах или переносных устройствах.

    преимущества

    • скорость считывания
    • низкое потребление энергии
    • низкий вес

    НЕДОСТАТКИ

    • высокая цена
    •  чувствительность исключительно к инфракрасному излучению
    • чувствительность к тепловому шуму
  • В каком случае нужно выбирать датчик FPA?

    Датчик изображения FPA (компания Teledyne)
    Датчик изображения FPA (компания Teledyne)

    Основное преимущество датчиков FPA заключается в их высокой чувствительности и исключительном качестве изображения. Разрешение изображения не так велико (как правило, 320×240 пикселей). Большие и очень дорогие, эти датчики изображения используются в управлении оружием, в камерах наблюдения, а также для космических и медицинских снимков.

    преимущества / недостатки:

    +++ повышенная чувствительность

    +++ превосходное качество изображения

    — — —  высокая цена

    — — — низкое разрешение изображения

    — — — большой размер датчика

  • Какой коммуникационный интерфейс использовать?

    соединитель для промышленной камеры (компания Vision Research)
    соединитель для промышленной камеры (компания Vision Research)

    После определения типа датчика, вам необходимо выбрать интерфейс связи, который вы будете использовать. Вот основные коммуникационные интерфейсы, которые предлагают производители камер. У каждого есть свои преимущества и недостатки :

    — USB 2.0: эта недорогая система требует подключения к камере с помощью кабеля (длиной до 5 метров). При теоретической пропускной способности до 480 Мбит/с такая система может испытывать недостаток в надежности передачи данных. В настоящее время все больше распространена система USB 3.0

    — USB 3.0: этот интерфейс имеет характеристики, подобные USB 2.0, но обладает лучшей скоростью и более надежной передачей.

    — CameraLink: обладая очень высокой пропускной способностью (до 6 Гбит/с), этот очень дорогой коммуникационный интерфейс идеально подходит для высоких разрешений. Длина кабеля может достигать 10 метров.

    — GigE (или Giga Ethernet): обладая пропускной способностью до 1 Гбит/с, этот очень недорогой коммуникационный интерфейс подойдет вам, если вам нужно использовать кабель большой длины (до 100 метров).

    — PoE (или Power Over Ethernet): его скорость передачи данных может достигать 1 Гбит / с, его основным преимуществом является возможность зарядки камеры во время передачи данных.

    — VGA (Video Graphic Array): карты VGA принимают разрешения порядка 640×480. Они могут передавать до 256 цветов. Этот интерфейс пользуется все меньшей популярностью.

     

    доступные коммуникационные интерфейсы:

    • USB 2 & 3
    • CameraLink
    • GigE
    • PoE
    • VGA
    • FireWire
    • PAL/NTSC
  • Сколько мегапикселей вам, действительно, нужно?

    Промышленная камера, 12 мегапикселей (компания Baumer)
    Промышленная камера, 12 мегапикселей (компания Baumer)

    Чем более чувствительна камера, тем более читаемые изображения вы получите даже при слабом освещении. Качество изображения зависит от чувствительности камеры и разрешения изображений. Чем больше мегапикселей, тем четче будет изображение. Если вы хотите увидеть конкретные детали, мы советуем вам использовать камеру с разрешением более 1 мегапикселя. Также обратите внимание, что формат H.264 чрезвычайно эффективен.

    Также отметим, что мегапиксельные камеры стали очень распространенными и доступными сегодня.

  • Каковы основные типы использования камер машинного зрения?

    Камера машинного зрения (компания Microscan)
    Камера машинного зрения (компания Microscan)

    Камеры машинного зрения могут применяться для различных целей. Они могут использоваться для управления производством, управления потоком объектов, контроля поверхности (для этого камера должна быть установлена на микроскопе), изготовления электронных компонентов или для управления роботами. Для каждого типа использования существует соответствующая камера.

    Например, для контроля потока прозводства упаковочной линии требуется только CCD-камера, которая является недорогим вложением. В этом случае главными критериями являются скорость сканирования камеры (fps) и разрешение (мегапиксельная камера). Обратите внимание, что приложения CCD-камеры также могут управляться камерами CMOS, но они более дорогие.

    Очень высокая точность камер FPA позволяет использовать их в медицинской визуализации.

    Если вам нужна камера для определения и измерения тепловых потоков, мы рекомендуем вам микроболометры.

     

  • Какой уровень качества может быть достигнут с помощью камеры?

    Промышленная камера (компания Machine Vision Plus)
    Промышленная камера (компания Machine Vision Plus)

    Электроника камеры влияет на ее качество меньше, чем сам датчик.

    Некоторые камеры могут иметь хорошее разрешение изображения с низкой чувствительностью, почти без теплового шума из-за низкой чувствительности датчика.

    Другие камеры, наоборот, нуждаются в высокой чувствительности для получения видимого изображения в условиях низкой освещенности, ее разрешение не является решающим, но в этом случае существует риск значительных тепловых шумов, что является результатом высокой чувствительности датчика.

    Наконец, необходимо помнить о важности объективов, уставленных на камере. Их оптическое качество, максимальная апертура и фокусное расстояние напрямую влияют на качество изображений, сформированных датчиком.

    Производительность камеры во многом зависит от ее цены.

    ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ КАМЕРЫ

    • чувствительность (выраженная в ISO)
    • разрешение (выраженное в пикселях)
    • скорость (выраженная в fps — кадр в секунду)
    • тепловой шум (идущий от датчика)
    • большие габариты
  • Что такое смарт-камера?

    смарт-камера (компания EVT)
    смарт-камера (компания EVT)

    Смарт-камера — это камера, которая может одновременно производить и интерпретировать изображения.

    Эти камеры имеют ряд преимуществ.

    Прежде всего, они автономны при обработке изображений и их интерпретации (нет необходимости подключать их к ПК).

    Более того, после интерпретации изображений они могут атоматизировать контроль над процессом.

    Наконец, эти камеры очень компактны и не занимают много места. Они легко устанавливаются на производственных линиях.

     

    Преимущества смарт-камеры :

    • автономность (встроенная смарт-система)
    • встроенная система обработки изображений
    • встроенная система интерпретации изображений
    • цифровое управление автоматическими установками
    • малогабаритность
    • упрощенная установка
  • Тенденции

    камера промышленного зрения (компания Kappa)
    камера промышленного зрения (компания Kappa)

    Во-первых, датчики изображения в последние годы сильно преобразились. Тенденция состоит в том, чтобы увеличить количество пикселей для высокого разрешения, а также иметь более высокую чувствительность (датчик с подсветкой изображения). Что касается технологии CCD, датчики становятся более эффективными, и теперь они имеют все больше и больше общих характеристик с датчиками CMOS. В результате улучшается разрешение изображения, а также ограничивается уровень теплового шума при низких уровнях освещенности.

    Интерфейсы связи становятся быстрее в передаче данных. Таким образом, совместное использование изображений с высоким разрешением становится возможным на больших расстояниях без потери качества, оставаясь в промышленной среде. Тенденцией на ближайшие годы является передача беспроводных данных благодаря Wi-Fi.

    Наконец, почти все производители предлагают смарт-камеры в своих каталогах. Они могут обрабатывать изображения, интерпретировать их и автоматизировать процессы. Эта сегодняшняя тенденция придает камерам все больше и больше автономности и интеллекта.

    ПОСЛЕДНИЕ ТЕНДЕНЦИИ В ОБЛАСТИ КАМЕР

    • высокое разрешение
    • высокая чувствительность
    • более быстрая связь
    • встроенный интеллект
    • автономность
    • миниатюризация
Похожие руководства
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (No Ratings Yet)
Загрузка...
Без комментариев

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *