Pramoninės kameros yra pagrindiniai mašininio matymo sistemų komponentai. Pagrindinė jų funkcija yra paversti šviesos signalus į organizuotus elektrinius signalus, taip suteikiant galimybę gauti skaitmeninius vaizdus. Jie plačiai naudojami pramoninėje gamyboje, tikrinimo, matavimo ir kitose srityse. Jų vaizdavimo principas panašus į skylučių vaizdavimą, tačiau yra sudėtingesnis. Nuo objekto atsispindėjusi šviesa praeina pro pramoninį objektyvą, kur ji lūžta ir projektuojama ant fotoaparato šviesai jautraus jutiklio. Šis jutiklis paprastai yra įkrovimo{5}}įtaisas (CCD) arba papildomas metalo -oksido-puslaidininkinis (CMOS) jutiklis.
1. Darbo principas
Vaizdo gavimas:Nuo objekto atsispindėjusi arba perduodama šviesa surenkama per objektyvą ir sufokusuojama į vaizdo jutiklį.
Fotoelektrinė konversija:Vaizdo jutiklis (dažniausiai CCD arba CMOS) šviesos signalus paverčia elektriniais signalais. Kaip pavyzdį imant CMOS jutiklį, kiekviename pikselyje yra fotodiodas, kuris apšviestas sukuria proporcingą šviesos intensyvumui įkrovą, kuri vėliau paverčiama įtampos signalu.
Signalo apdorojimas:Sustiprinti elektriniai signalai pereina per analoginį -į-skaitmeninį keitiklį (ADC), kad analoginiai signalai būtų konvertuojami į skaitmeninius signalus. Šie skaitmeniniai signalai apdorojami formuojant skaitmeninius vaizdo duomenis, perduodami į kompiuterius ar kitus įrenginius tolesnei analizei.
2. Pagrindinės pramoninių fotoaparatų savybės
Didelis patikimumas:Pramoninės kameros yra skirtos ilgalaikiam nepertraukiamam veikimui, užtikrinant stabilų veikimą atšiauriose aplinkose, tokiose kaip aukšta temperatūra, didelė drėgmė ir vibracija.
Didelis našumas:Užtikrina didelę skiriamąją gebą, didelį kadrų dažnį, platų dinaminį diapazoną ir didelį jautrumą, kad atitiktų tikslios patikros ir didelės{0} spartos fiksavimo poreikius.
Modulinis dizainas:Paprastai naudojama modulinė architektūra, skirta sklandžiai integruoti į įvairią pramoninę įrangą ir sistemas.
Universalios sąsajos:Palaiko kelis sąsajos tipus (pvz., GigE, USB 3.0, Camera Link, CoaXPress), kad atitiktų skirtingus pralaidumo ir atstumo reikalavimus.
Lanksti konfigūracija:Palaiko kelis paleidimo režimus, ekspozicijos valdymą ir vaizdo apdorojimo funkcijas, kad būtų galima prisitaikyti prie įvairių taikymo scenarijų.
3. Klasifikavimo metodai
Pagal vaizdo jutiklio tipą:
CCD kameros:Siūlykite aukštą vaizdo kokybę ir mažą triukšmą, puikiai tinka esant prastam{0}}apšvietimui, tačiau pasižymi didesnėmis sąnaudomis ir energijos sąnaudomis. CMOS kameros yra ekonomiškai-efektyvios, mažos-galios ir pasižymi greitu duomenų nuskaitymu, nors vaizdo kokybė yra šiek tiek prastesnė.
Pagal išvesties spalvą:Priskiriami spalvotoms ir vienspalvėms (juodoms{0}}ir-baltoms) kameroms. Spalvotos kameros fiksuoja turtingą spalvinę informaciją apie objektus, tinkamas naudoti programoms, kurioms reikalingas spalvų tikslumas, pvz., maisto išvaizdos tikrinimas ir spausdintos medžiagos spalvos tikrinimas; Vienspalviai fotoaparatai pasižymi didesniu jautrumu šviesai ir puikiai aptinka objektų pilkų atspalvių pokyčius ir tekstūros detales. Jie dažniausiai naudojami scenarijuose, kuriems reikalingas didelis tikslumas, pvz., matmenų matavimas ir defektų aptikimas.
Pagal nuskaitymo metodą:
Teritorinio nuskaitymo kameros vienu metu užfiksuoja visą vaizdo kadrą, tinkamos aptikti statinius ar lėtai judančius objektus. Linijinės-nuskaitymo kameros vienu metu fiksuoja vieną vaizdo eilutę, sukurdamos visą vaizdą per santykinį objekto ir fotoaparato judesį. Jie dažniausiai naudojami aptikti dideliu-greitai judančius objektus ir didelio-tikslumo vieno-matmens matavimus, pvz., spausdintų medžiagų tikrinimą linijoje ir metalo lakštų paviršiaus tikrinimą.
Pagal išvesties signalo tipą:analoginiai fotoaparatai ir skaitmeniniai fotoaparatai.
Pagal atsako dažnių diapazoną:matomos šviesos (standartinės) kameros, infraraudonųjų spindulių kameros, ultravioletinės kameros ir kt.
4. Pagrindinių parametrų skaičiavimai
(1) Rezoliucija
Apibrėžimas:Viename vaizdo kadre užfiksuotų pikselių skaičius, nustatomas pagal fotoaparato vaizdo jutiklio skiriamąją gebą. Tai rodo pikselių, išdėstytų jutiklio tikslinėje plokštumoje, skaičių.
Poveikis:Fotografuojant fotoaparato skiriamoji geba labai paveikia vaizdo kokybę. Vaizduojant tą patį matymo lauką (vaizdo diapazoną), didesnė skiriamoji geba suteikia ryškesnį detalių vaizdą.
Atstovavimas:Srityje{0}}nuskaitymo kamerose skiriamoji geba paprastai išreiškiama dviem skaičiais: horizontalia (H) ir vertikalia (V) skyra, pvz., 1920 (H) x 1080 (V). Pirmasis skaičius nurodo pikselių skaičių eilutėje, o antrasis skaičius rodo pikselių eilučių skaičių. Linijinių-nuskaitymo kamerų skiriamoji geba paprastai nurodoma tūkstančiais (K), pvz., 1K (1024), 2K (2048), 4K (4096) ir kt.
Iš viso pikselių=horizontalūs pikseliai × vertikalūs pikseliai
Pavyzdys:1920 × 1080=2, 073 600 pikselių (maždaug 2 mln. pikselių)
(2) Pikselių gylis
Apibrėžimas:Bitų skaičius pikselyje, paprastai išreiškiamas bitais.
Poveikis:Pikselių gylis lemia vaizdo pilkumo tonų sodrumą. Daugiau bitų pagerina galimybę išreikšti vaizdo detales, todėl pilkos spalvos reikšmės yra sodresnės ir smulkesnės. Tačiau tai taip pat padidina duomenų kiekį, o tai gali turėti įtakos sistemos vaizdo apdorojimo greičiui.
Bendros vertybės:Dažniausiai naudojamas 8 bitų. Skaitmeniniai fotoaparatai taip pat gali turėti 10 bitų, 12 bitų arba 14 bitų konfigūraciją.
(3) Didžiausias kadrų dažnis / eilutės dažnis
Apibrėžimas:Greitis, kuriuo fotoaparatas fiksuoja ir perduoda vaizdus.
Atstovavimas:Kadrų dažnis paprastai taikomas pramoninėms{0}}skenavimo kameroms, matuojamas kadrais per sekundę (kadrai per sekundę), pvz., 181 kadras per sekundę rodo, kad fotoaparatas gali užfiksuoti iki 181 kadro per sekundę. Linijinis dažnis taikomas pramoninėms linijinėms-nuskaitymo kameroms, matuojant kHz, pvz., 80 kHz rodo, kad fotoaparatas gali užfiksuoti iki 80 000 vaizdo duomenų eilučių per sekundę.
Poveikis:Didesnis kadrų dažnis / linijų dažnis leidžia fotoaparatams užfiksuoti daugiau vaizdų per laiko vienetą, todėl jie tinka scenarijus, kuriems reikia greito judesio fiksavimo.
Skaičiavimo metodas:Kadrų dažnis=3 × tikslinis greitis / horizontalus matymo laukas; Linijos dažnis=Judesio greitis / tikrasis tikslumas=Judėjimo greitis × skiriamoji geba / matymo laukas.
Nustatykite reikiamą kadrų dažnį pagal objekto judėjimo greitį programos scenarijuje. Darant prielaidą, kad objekto greitis V (vienetas: mm/s) ir fotoaparato ekspozicijos laikas T (vienetas: s), kai objekto poslinkis ekspozicijos metu neturi viršyti vieno pikselio dydžio P (vienetas: mm), kadrų dažnis F gali būtiapskaičiuojamas taip:F=1/T, kur T Mažiau arba lygus P/V.
(4) Ekspozicijos metodas ir užrakto greitis
Ekspozicijos režimas:Linijinėms{0}}nuskaitymo kameroms būdinga progresinio nuskaitymo ekspozicija. Srityje-nuskaitymo kamerose dažniausiai naudojama kadro ekspozicija, lauko ekspozicija arba slankiojančio užrakto ekspozicija.
Užrakto greitis:Įprastai pasiekiama iki 10 mikrosekundžių, naudojant didelės spartos{1}}kameras, galinčias pasiekti dar didesnį greitį. Didesnis užrakto greitis pagerina fotoaparato galimybes fiksuoti vaizdus, todėl jie tinka scenarijus, kai šviesos sąlygos greitai kinta arba juda objektai.
(5) Pikselių dydis (pikselių dydis)
Apibrėžimas:Pikselis yra mažiausias skaitmeninį vaizdą sudarantis vienetas. Pikselių dydis ir pikselių skaičius (raiška) kartu nustato fotoaparato tikslinės srities dydį.
Bendros vertybės:Pramoninės kameros pikselių dydžiai paprastai svyruoja nuo 3 μm iki 14 μm.
Poveikis:Didesni pikseliai užfiksuoja daugiau fotonų, generuodami didesnį įkrovimą esant identiškoms apšvietimo ir ekspozicijos sąlygoms, todėl vaizdo kokybė gali būti geresnė. Tačiau mažesni pikselių dydžiai padidina gamybos sudėtingumą.
Skaičiavimas:Priklauso nuo skiriamosios gebos ir fotoaparato jutiklio matmenų. Pavyzdžiui, atsižvelgiant į jutiklio dydį Sa × Sb (horizontalūs × vertikalūs matmenys mm) ir kameros skiriamąją gebą Na × Nb, pikselių dydis P (darant prielaidą, kad kvadratiniai pikseliai) yra: P=Sa × 1000 / Na=Sb × 1000 / Nb.
(6) Spektrinis diapazonas
Apibrėžimas:Nurodo pikselių jutiklio jautrumo įvairiems šviesos bangos ilgiams charakteristikas.
Bendras diapazonas:Paprastai reaguoja nuo 350 nm iki 1000 nm. Kai kuriose kamerose priešais jutiklį yra filtras, kuris blokuoja infraraudonųjų spindulių šviesą. Jei sistemai reikalingas infraraudonųjų spindulių jautrumas, šį filtrą galima išimti.
(7) Sąsajos tipas
Įprasti tipai:Camera Link, Ethernet, 1394, USB išvestis ir tt Naujausia sąsaja yra CoaXPress.
Poveikis:Sąsajos tipas nustato, kaip duomenys perduodami tarp fotoaparato ir vaizdo apdorojimo sistemų ar kitų įrenginių. Tinkamos sąsajos pasirinkimas užtikrina stabilų ir greitą duomenų perdavimą.
(8) Jutiklio dydis
Apibrėžimas:Fiziniai fotoaparato jutiklio matmenys, paprastai išreiškiami coliais (pvz., 1/2,3 colio) arba milimetrais (pvz., 12,8 mm × 9,6 mm).
Skaičiavimo metodas:
Jutiklio dydį paprastai pateikia gamintojas, tačiau jį galima apskaičiuoti pagal pikselių matmenis ir skiriamąją gebą:
Jutiklio plotis=Horizontalus pikselių skaičius × Pikselių dydis
Jutiklio aukštis=vertikalių pikselių skaičius × pikselių dydis
(9) Kiti parametrai
Dinaminis diapazonas:Aprašomas pilkos spalvos lygių skaičius, kurį gali atskirti kiekvienas pikselis. Platus dinaminis diapazonas leidžia aiškiai užfiksuoti detales tiek šviesiose, tiek tamsiose scenos srityse.
Triukšmas:Nepageidaujami signalai, užfiksuoti vaizdavimo metu, nesusiję su tikruoju vaizdo taikiniu. Pagal Europos mašinų matymo asociacijos (EMVA) standartą EMVA1288, fotoaparato triukšmas iš esmės skirstomas į du tipus: fotografavimo triukšmas, atsirandantis dėl efektyvaus signalo, ir būdingas triukšmas, būdingas pačiai kamerai, nepriklausomai nuo signalo.
5. Taikymo sritys ir privalumai
Pramoninės kameros plačiai naudojamos automatizuotų gamybos linijų, mašininio matymo sistemų, medicininio vaizdo gavimo, logistikos ir sandėliavimo, saugumo stebėjimo, eismo stebėjimo, taip pat karinėse ir aviacijos srityse. Jų pranašumai apima:
Didelis našumas ir stabilumas:Pramoniniai fotoaparatai pasižymi dideliu vaizdo stabilumu, tvirtomis perdavimo galimybėmis ir dideliu atsparumu trukdžiams, todėl užtikrina ilgalaikį stabilų veikimą atšiauriomis sąlygomis.
Didelio tikslumo ir matavimo galimybės:Didelės{0}}raiškos vaizdų fiksavimo ir tikslių vaizdų analizės algoritmų dėka pramoniniai fotoaparatai užtikrina aukštą-tikslumą išmatuoti ir nustatyti padėtį.
Didelės{0}}greitos fiksavimo galimybės:Didelio{0}}kadrų-kamerų spartos pramoniniai fotoaparatai greitai fiksuoja dinamiškus vaizdus, todėl jie tinka fotografuoti ir stebėti greitai-judančius objektus.
Platus pritaikymas:Įvairūs pramoninių kamerų tipai atitinka įvairius taikymo scenarijus ir reikalavimus, atlieka sudėtingas vaizdo gavimo ir analizės užduotis.
6. Įžymūs prekių ženklai
Tarp pirmaujančių pasaulinių pramoninių fotoaparatų prekių ženklų yra Cognex, Keyence, Kanados Teledyne DALSA, FLIR, Lumennera, Japonijos AVALDATA, Pietų Korėjos VIEWORKS, Daheng Imaging ir Hikvision. Šie prekių ženklai yra labai vertinami dėl išskirtinio našumo ir plačios taikymo srities.
Apibendrinant galima teigti, kad pramoninės kameros yra svarbios mašininio matymo sistemų sudedamosios dalys, atliekančios gyvybiškai svarbų vaidmenį automatizuojant pramonę ir išmanią gamybą. Pasirinkus tinkamas pramonines kameras ir integruojant pažangius vaizdo analizės algoritmus, galima pasiekti efektyvesnę, tikslesnę ir patikimesnę automatizuotą gamybą ir kokybės kontrolę.