Как правильно выбрать камеру машинного зрения

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.