Három szenzor tulajdonság, amire figyelve javíthatsz a képminőségen

Mitől lesz szép az általunk készített kép? Amatőr fotósoknak az éles, világos és kontrasztos kép számít minőséginek, azonban az ipari kamerák esetén a képminőség ennél többet jelent. A képminőség a kamera és a szenzor különböző tulajdonságaiból áll össze, fontos paraméter a kontraszton és élességen kívül még a  világosság, kvantumhatásfok (angolul quantum efficiency/QE), szenzor és pixel méret, felbontás, dinamika tartomány, jel-zaj viszony (signal to noise ratio/SNR) is. Ezek a tulajdonságok szorosan össze  is függnek egymással de mit is takarnak ezek a kifejezések, milyen értékek esetén lesz minőségi a képünk, és hol ismerhetjük meg ezeket az számokat?

Mindenek előtt vegyük például, hogy van két kamera, ami megfelelne az alkalmazásunk követelményeinek, kívülről szinte ugyanúgy néznek ki, honnan fogjuk tudni, hogy melyik készíti a jobb képet? Ebben segítenek az EMVA1288 adatlapok, amik az Európai Gépi Látás Szövetség által is szabványosított képminőség és érzékenység mérések eredményeit tartalmazzák a gépi látás kamerákra és szenzorokra. Mit jelentenek ezek az adatok, és vajon a nagyobb érték jobb minőséget is jelent?

Screenshot 2016-03-21 11.59.46

Minden kamera lelke a szenzor, ennek a tulajdonságai határozzák meg az elkészülő kép minőségét is.

A digitális kamerák szenzorai a pixeleikben lévő fényérzékeny diódák segítségével a beérkező fényt alakítják át elektronikus töltésekké, elektronokká. Ezek feldolgozásával áll elő a digitális kép. A szenzorra érkező fotonok, és az azokból generált elektronok számának arányszáma az úgynevezett kvantumhatásfok (QE). Minél nagyobb ez a  szám, annál több elektront tud generálni a szenzor adott mennyiségű fotonból, tehát annyival több információt fog tartalmazni az elkészült kép, ezzel biztosítva a magas képminőséget.

Több információ nem csak a nagy QE értékkel érhető el, hanem több fény, ezáltal több foton befogásával is, ami pedig a szenzorméret növelésével érhető el. Ez az analógia jól érzékelhető egy nagy szenzorral rendelkező tükörreflexes fényképezőgép és egy kis, kompakt digitális kamera összehasonlításakor. Ideális fényviszonyok között mindkét gép jól teljesít, azonban sötétben jól látszódik, hogy a DSLR kamera sokkal jobb képet ad. Leegyszerűsítve tehát kijelenthetjük, hogy minél nagyobb a szenzor, annál jobb a képminőség is.

De nem csak a szenzor mérete számít, hanem a benne lévő pixelek száma, és azok nagysága is. Maradva a DSLR és egy kompakt fényképező példájánál, egyértelmű, hogy azonos felbontás esetén a DSLR nagy szenzorán nagyobbak lehetnek a pixelek, mint a kis kompakt kamerán. De ha túl sok pixel van a szenzorra zsúfolva, az növelheti a zajt, és csökkentheti az fényérzékenységet, rontva a készülő kép minőségén.

Screenshot 2016-02-26 15.58.15

A pixelek mérete is a befogható fény mennyisége miatt fontos. Az érzékeltethetőség miatt tekintsünk úgy a szenzor pixeleire, mint nagyon sok apró vödör, a fotonok pedig legyenek az esőcseppek. Minél több víz gyűlik össze a vödörben exponálás során, annál világosabb lesz az a pont a képen. Exponálás után az összegyújtött víz mennyiségéhez egy konkrét digitális értéket rendelnek . Ha exponálás során a vödrünk megtelik, kicsordul a víz. Fotonokra visszatérve, azokból nem keletkezhet elektron, így információ veszik el. A túlcsorduló vödör eléri a maximális értéket, fehér színű lesz, pedig más értéket kellene felvennie.

Kép1

A fenti három képen jól látszódik ez a hatás. Az első kép hosszú expozíciós idővel készült, hogy a sötétebb sziklákról elegendő fény jusson a pixelekre, viszont emiatt a világosabb ég fehér színű lett, kiégett az a rész. A második kép rövid expozícióval készült, látszik, hogy az ég valójában kék, nem fehér, viszont a sziklákról nem jut elég fény a szenzorra, ezért szinte teljesen feketének tűnnek. A nagy pixel méretű szenzorral készült harmadik képen viszont már jól látszódnak mind a szikla részletei, és az ég kéksége is. Kimondhatjuk, hogy a nagy pixellel rendelkező szenzorok jól tudják rögzíteni egyszerre a  kép sötét és világos részeit is. Hogy milyen minőségben tudja egy szenzor visszaadni a sötét és világos részeket egyszerre, a dinamika tartomány adja meg. Nagy dinamika tartomány lehetővé teszi a sötét és világos részek valósághű rögzítését.

A képminőség egyik fontos kerékkötője a zaj. Szenzoroknál ezt a tulajdonságot a jel-zaj viszonyszám (SNR) mutatja. Magas SNR számmal rendelkező szenzor kevés zajt fog produkálni, jó lesz a kép.

Persze ahhoz, hogy ki tudjuk használni a szenzor maximális teljesítőképességét, a kamera gyártó gondos odafigyelése szükséges a annak beépítése során.

A képminőség azonban, nem csak ezektől a technológiai részletektől függ, hanem az alkalmazásunkban használt teljes gépi látás rendszert figyelembe kell venni. Bármik is legyenek a követelmények, fontos, hogy azonos körülményeket teremtsünk a a kameratesztek során. Azonos szenzorméret esetén viszonylag egyszerű a helyzet, azonban eltérő méret már megnehezítheti a feladatot.

Tehát gépi látás, vagy bármilyen digitális kamera összehasonlítása során a legfontosoabb szenzortulajdonságok a

  • Kvantumhatékonyság
  • Dinamika tartomány
  • Jel-zaj viszony

És ami ezeket meghatározza

  • Szenzorméret
  • Pixelméret
  • Felbontás.

Természetesen az összehasonlításhoz nem elég megnézni az adatlapok értékeit, hanem ki is kell próbálni a kamerákat a saját rendszerünkben, a kamerák számára egyenlő viszonyokat teremtve.

További infókat és érdekességeket hallhattok a képminőségről és kamera összehasonlításról a Basler alábbi videójában:

 

Advertisements

Így válassz kamerát

Az optikák után ismét visszatérünk a kamerákhoz, és azt vesszük végig, hogy miket kell figyelembe vennünk az optimális kamera kiválasztása során. Egy képfeldolgozó rendszer tervezésekor az ember könnyen a lehetséges opciók dzsungelében találhatja magát, mindenféle kameratípussal, fontos funkciókkal, és jól jöhet, ha van egy vezérfonál, ami alapján utat vághat magának ebben a rengetegben a legjobb választáshoz.

Első körben két kérdést kell feltennünk magunknak:

  • Mit akarok látni a kamerámmal?
  • Milyen kamera tulajdonságok szükségesek ennek eléréséhez

A válasz alapján először a képfeldolgozásban használt kameratípusokból kell kiválasztanunk a nekünk valót: hálózati/IP kamera vagy gépi látás kamera? A kettő közti különbségeket és alkalmazási területeiken korábbi írásunkban már bemutattuk, de nézzük meg röviden ismét:

  • Az IP kamerákat leggyakrabban klasszikus megfigyelési, felügyeleti feladatokra használják, illetve a gépi látás kamerák kiegészítéseként. Jellemzőik:
    • Kül és beltéri használatra is alkalmasak, gyakran strapabíró házba helyezik, hogy jól bírják az időjárást, vagy rongálási kísérletet
    • Széles funkciókínálat: day-night funkció, multi streaming
    • Tömörített képek a videóban, a kisebb tárhelyigény és sávszélesség érdekében, a képfeldolgozás egy része kamerán belül történik
  • Ezzel szemben az ipari/gépi látás kamerákat legtöbbször gyártás során, például minőségellenőrzésre használják, vagy robotoknak biztosítják a vizuális információt
    • Tömörítetlen képeket küldenek a PC-nek, a képfeldolgozás ott történik. A tömörítetlen képeknek köszönhetően nem veszik el adat, így minden kis hibát észlelni tud az alkalmazás
    • Két technológiája létezik, area és line scan. A különbség a képrögzítésben van, különböző alkalmazások igényeinek megfelelően

Az area scan kamerák a jól ismert képrögzítési módszert használják, azaz egy több sornyi és oszlopnyi pixelből álló négyszögletű szenzor készíti a képet. Ezt a technológiát használják számtalan ipari alkalmazásban, gyógyászati alkalmazásokban, a közlekedésben, de megfigyelő és felügyeleti feladatokra is, IP kamerák kiegészítőjeként. A line scan kamerák ellenben egy mindössze 1,2 vagy 3 soros szenzort használnak, a képrögzítés sorról, sorra történik, és a teljes kép a képfeldolgozás során áll össze. Ezt a típust általában futószalagon, nagy sebességgel mozgó termékek vizsgálatához használják. Jellemző iparág a nyomdászat, szelektálás és csomagolás, élelmiszer és ital gyártás.

Újabb döntési pont, hogy monokróm, vagy színes kamerára van szükségünk. Ez az egyik legegyszerűbb döntés, az alkalmazásunk egyértelműen meghatározza, hogy szükséges-e színek vizsgálata, vagy elegendő a fekete-fehér kép. Ha a színes kép nem követelmény, akkor a monokróm kamera általában jobb választás, érzékenyebbek, így részletesebb képet tudnak adni. Néhány alkalmazáshoz – például Intelligens Közlekedési Rendszerekben – a kettőt kombinálva használják, hogy minden szükséges információ kigyűjthető legyen.

Továbbra is a szenzor tulajdonságainál maradva, választani kell szenzor típust, zártechnológiát és sebességet. Szenzor típusból jelenleg a CMOS és CCD között tudunk választani, de a CMOS technológia folyamatos és rohamos fejlődésének köszönhetően a CCD szenzorok lassan kiszorulnak a piacról.Zártechnológiából kétféle van, global és rolling shutter közül választhatunk. Előbbi esetén minden sor exponálása és kiolvasása egyszerre történik, ez a technológia gyorsan mozgó objektumok rögzítésére optimális. Utóbbi viszont soronként végzi az exponálást és kiolvasást, így  gyors mozgás esetén torzulhat az elkészült kép. Ennek ellenére nem kell teljesen elvetni ezt a technológiát se mozgó elem felvétele esetén, a torzulás kiküszöbölhető az expozíciós idők megfelelő beállításával és világítás használatával.

rolling-global shutter

A kamera sebessége a másodpercenként rögzíthető és továbbítható képek számát – angolul frame rate, frames per second (fps), line scan kamráknál line rate – jelenti. A gyors szenzor több kép készítését jelenti egy másodpercen belül, de ne feledjük, több kép több adatot is jelent. Gyors mozgásra tervezett alkalmazások, mint a nyomtatott anyagok vizsgálata, akár ezredmásodpercenkénti képrögzítést is igényelhet, míg egy gyógyászati, mikroszkópos alkalmazásnál nincs szükség magas fps-re.A sebességet le tudja korlátozni a kamera interfésze, például egy magas frame rate-el rendelkező szenzor nem biztos, hogy tudja a maximális sebességét nyújtani GigE interfésszel, míg USB 3.0-ás kivitelben igen.

Még mindig a szenzornál maradva, ki kell választanunk az alkalmazásunknak megfelelő felbontást, valamint az ehhez kapcsolódó szenzor és pixel méretet. A kamera felbontását a szenzor pixeleinek száma adja meg: ha például a specifikációban azt látjuk, hogy 2048 x 1088, az azt jelenti, hogy 2048 pixel van a vízszintes vonalakon és 1088 a függőlegeseken. A kettő szám szorzata 2.228.224 pixel, azaz 2.2 megapixel (MP). Az alkalmazásunkhoz szükséges felbontást az alábbi képlettel tudjuk kiszámolni:

resolution

Ha például egy 2 m magas ember szemszínét szeretnénk pontosan megállapítani a teljes alakos képről, akkor 1 mm-es részletet érdemes vizsgálnunk, tehát a képlet így alakul:

resolution2

A szenzor és pixel méretről, és azok összefüggéseiről négy dolgot érdemes tudni:

  1. Nagy szenzor és nagy pixelméret több fényt tud befogni, több fény pedig több átalakított elektronikus jelet, ezáltal részletesebb képet eredményez.Ezt a jel-zaj viszonyszám (SNR) jelzi, minél magasabb az értéke, annál jobb minőségű lesz a kép
  2. Nagy szenzor nagy helyet jelent, ahova sok pixel fér, magas felbontást szolgáltatva. A nagy szenzoron elég hely van ahhoz, hogy a nagy felbontás mellett az egyes pixelek is elég nagyok legyenek egy magas SNR értékhez. Kis szenzor viszont kis pixelméretet, így alacsonyabb SNR-t, ezáltal gyengébb minőségű képet tud szolgáltatni.
  3. Optikaválasztó cikkünkben is említettük, de a nagy szenzor és pixel méret mit sem ér a megfelelő optika nélkül.
  4. A nagy szenzorhoz több anyag szükséges, így többe is kerülnek. Nagy szenzorhoz nagy optika is dukál, ami tovább növeli a költségeket

Elhagyva a szenzort, ideje dönteni a kamera intefészéről és méretéről is.A kettő összefügg egymással, az interfész típusa befolyásolja a kameraház méretét is:

interface

A különböző interfészeket egy korábbi posztunkban már bemutattuk, de a legfontosabb jellemzőket nem lehet elégszer kiemelni:

Screenshot 2016-01-13 09.38.21

A megfelelő kamerához már csak egy kérdésre kell választ találnunk: milyen kamerafunkciókra van szükségünk? Sok gépi látás kamera – például minden Basler kamera is – fel van szerelve különböző hasznos, képminőséget javító, feldolgozást segítő funkciókkal. A legtipikusabb ilyen funkciók a

  • AOI (Area of Interest) – segítségével ki lehet választan a képen belül, egy vagy több olyan területet is, ahol a vizsgálatot el akarjuk végezni, ezáltal gyorsíthatunk a rendszer működésén
  • Automatikus beállítások – a környezethez alkalmazkodva automatikusan be tudja állítani az expozíciós időt, vagy gain szintet, ezáltal folyamatosan biztosítva az állandó képminőséget.

Láthatjuk, hogy ebben a folyamatban szinte minden lépés befolyással van egy másikra, körültekintőnek kell lennünk a kameraválasztás során, nehogy éles helyzetben szembesüljünk vele, hogy valamilyen paraméterben mellényúltunk és nem a kívánt eredményt kapjuk. Jó válogatást a kamerák között!

Hogyan válassz optikát?

A gépi látást bemutató cikkeink közül a legutóbbiban a kamera hátulját néztük meg, az interfészeket bemutatva, most pedig előre megyünk, és az optikákat, és a kameránkhoz való megfelelő optika kiválasztását mutatjuk be.

Egy szép és éles képhez nem elég jó kamerát választani, legalább ugyanilyen fontos a megfelelő optika is. A kompakt digitális kamerák általában nem cserélhető optikával kerülnek forgalomba, míg a profi tükörreflexes gépekre mindig a szituációnak megfelelő cserélhető objektíveket lehet feltenni. Ezek az önálló lencsék nem csak a felbontásukban, fókusztávolságukban, méretükben hanem a kivitelükben is különböznek, melyre a gépi látás kameráknál is külön figyelmet kell fordítani.

Mindenekelőtt szót kell ejteni a különböző elérhető optika típusokról. A legelterjedtebb hagyományos optikák mellett jelen vannak a gépi látás rendszerekben még a telecentrikus optikák, más területeken pedig a széles látószögű és halszem optikák, illetve különleges, közel infravörös tartományra fejlesztett (NIR) optikák is. Azonban az alábbiakban csupán a leginkább használt hagyományos optikákkal fogunk foglalkozni. Ezek legfőbb jellemzője, hogy az emberi látásnak megfelelően működnek, a távoli tárgyak kisebbnek, a közeliek nagyobbnak látszódnak.

Ha sikerült kiválasztani a projektünknek megfelelő gépi látás kamerát, meg kell találnunk az ahhoz ideális optikát a tökéletes eredmény eléréséhez. Öt fő szempontot kell figyelembe venni a kiválasztás során:

  • A szenzorméretnek megfelelő legyen a lencse méret (Image circle diameter)
  • Megfelelő legyen a menettípus
  • Az optika felbontása elegendő legyen a szenzor felbontásához
  • A szenzornak és az alkalmazásnak megfelelő legyen a fókusztávolság
  • A világításnak megfelelő méretű legyen a rekesznyílás

A kamera szenzormérete döntő szempont az optikaválasztás során. A szenzorméretet a gyártók inch-ben szokták megadni, de ez az inch nem a megszokott 25,4 mm, hanem 16 mm. A pontos szenzorméret meghatározható még a felbontás és pixelméret segítségével is. Jellemzően a nagy felbontású area scan és line scan kamerák szenzora nagyobb is mint a kisebb felbontásúaké.

Az ipari kamerákhoz kapható optikák menettípusukban is eltérhetnek, ha nem jót választunk, akkor könnyen előfordulhat, hogy egyáltalán nem, vagy csak speciális átalakítóval tudjuk a kameránkra feltenni. Az iparban a C menetes optikák a legelterjedtebbek, ezek a nagyjából maximum 20 mm-es – 1,5 inch-es – szenzorokhoz elegendőek. Nagyobb szenzorokra F menetes optikák, míg kisebbekre CS vagy S menetesek valóak. Fontos tudni, hogy CS menetes kamerára lehet tenni C menetes optikát, de fordított irányba nincs átjárás.

A menettípus közvetetten meghatározza a képkört (image circle), azaz a szenzornak azt a felületét, ahova az optika el tudja juttatni az összegyűjtött fényt a széleken való sötétedés (vignettálás) nélkül. Ha a kamera szenzoránál kisebb átmérőjű lencsét használunk, az nem fog fényt juttatni a szenzor széleihez, sarkaihoz, azok feketék fognak maradni, ezt hívjuk vignettálásnak. Tehát mindig a szenzorméretnek megfelelő, vagy annál nagyobb optikát kell választani. Nagyobb optika nagyobb képkört is jelent, aminek köszönhetően az élesség változatlan marad a kép közepétől a széléig. Azonban a a nagyobb optika nagyobb lencséket, több megmunkálást, anyagot is igényel, ezért drágábbak is. Kis szenzorokhoz tehát érdemes megfelelően kis optikát választani.

Selecting the Right Lens   Vision Campus

Azonban még ez után is oda kell figyelni, ugyanis hiába van papíron nagy felbontású kameránk, ha nem megfelelő az optika, nem fogjuk a várt eredményt kapni. Az optikáknak is megvan a saját felbontásuk, és ha ez kisebb mint a kamera szenzoráé, akkor a gyengébb felbontást fogjuk viszontlátni a képeinken. Az optikák felbontását vonalpár/mm-ben (line pair/mm, lp/mm) szokták megadni, ami azt takarja, hogy egy milliméteren belül hány vonalpárt tud elkülöníthetően megjeleníteni. Az optikák felbontását a modulációs átviteli függvény (modulation transfer function – MTF) jellemzi, ami a lencse felbontási kapacitását írja le a kép középpontjától a széle felé. Az MTF értéket egy fekete-fehér csíkokat ábrázoló teszt diagrammal mérik, ezzel meghatározható az lp/mm értéke. Az optika felbontása ezáltal meghatározza, hogy mekkora lehet a szenzor pixelmérete ahhoz, hogy mindegyikre más képrészlet jusson

Ahhoz, hogy a szép kép mellet pontosan azt a területet is lássuk, ami az alkalmazásunkhoz szükséges, az optikák fókusztávolságát kell figyelembe venni. A fókusztávolság a lencse optikai középpontja és a fókuszpont távolsága. A fókuszpontban találkoznak az optika által begyűjtött fénysugarak, a fókusztávolság tehát gyakorlatilag a lencsék fénytörő képességétől függ, és mm-ben szokták megadni. Minél nagyobb a fókusztávolság, annál nagyobb lesz a kép telefotó jellege. A sporteseményeken és paparazziknál látható óriási objektívek lényege is a nagy fókusztávolság, a hétköznapi objektívekhez képest. A nagy látószögű, és halszem optikák ennek megfelelően pedig kisebb fókusztávúak.

Selecting the Right Lens   Vision Campus2

A tökéletes képhez még egy dolgot kell figyelembe venni, mégpedig az üzemeltetés helyén lévő világítást, és az optikák ehhez kapcsolódó rekesznyílás méretét. A rekesznyílással lehet szabályozni a szenzorra jutó fény mennyiségét, és az úgynevezett F számmal szokták jelölni. Minél nagyobb az F szám, annál kisebb a rekesznyílás és annál kevesebb fény jut a szenzorra. A rekesznyílás mértékével a szenzorra jutó fénymennyiségen kívül a mélységélességet is szabályozni lehet. A kis rekesznyílás – tehát nagy F szám – nagy mélységélességet tesz lehetővé, míg nagy rekesznyílásnál csak a fókuszpontban lévő részlet lesz éles.

Selecting the Right Lens   Vision Campus3

Tehát még egyszer, az öt kulcstényező a jó optika választásához: lencseméret, menettípus, felbontás, fókusztávolság és rekesznyílás. Ha mindegyikre megtaláljuk a megfelelő értéket nyugodtak lehetünk, a kameránk az elvárt képminőséget fogja nyújtani.

Kamerától a számítógépig – Az interfész

Előző posztjainkban bemutattuk már a gépi látás rendszerek felépítést, majd megnéztük magukat a kamerákat, most pedig elérkeztünk oda, hogy áttekintsük, hogyan jut el a kamera képe a számítógéphez. Igen, az interfészekről lesz szó.

Az interfész egy rendszert egy másik rendszerrel kapcsol össze. Leginkább a számítógép technológiában elterjedt elnevezés, általában valami fajta fizikai összekapcsolást jelent, lásd USB – pendrive, jack – fejhallgató , de az ember gép közötti felhasználói felület is egyfajta interfész. Ipari kamerák esetén a kézenfekvő interfész a kábel. De nem mindegy, hogy milyen. A kábel, ezáltal az interfész választást befolyásolja az alkalmazáshoz szükséges sebesség és felbontás, mely kettő adat határozza meg az interfész szükséges sávszélességét. Másik fontos paraméter a szükséges kábelhossz, mert nem minden típus tud megfelelő hosszúságot biztosítani.Befolyásoló tényező lehet még a valós idejű megjelenítés, a plug&play képesség, és persze a költségek is.

Az interfészek határozzák meg a két kapcsolódó rendszer közötti kommunikációt, melyet típusonként nemzetközileg szabványosított protokollok szabályoznak.

Screenshot 2016-01-13 14.19.18

Manapság az ipari kamerák között több különböző interfész is található , melyeknek mind meg van a maga előnye. A ma legelterjedtebb típusok a FireWire, a GigE Vision, a CameraLink és az USB3 Vision. Az ezek közötti különbséget az alábbi ábra szemlélteti legjobban.

Screenshot 2016-01-13 09.38.21

Az ábrából jól látszik, hogy a CameraLink nyújtja a legnagyobb, akár 850 MB/s sávszélességet, viszont egyben ez a legköltségesebb megoldás is. A legnagyobb távolságot GigE interfésszel lehet elérni, és ez a legalacsonyabb költségű interfész is, hiszen a bárhol kapható Ethernet kábelek szükségesek hozzá. Hátránya viszont az alacsony sávszélesség és a valós idejű lejátszás és plug&play képesség hiánya. A legkomplexebb megoldást az ipari kamerák között a közelmúltban megjelent és nagy népszerűségnek örvendő USB3 Vision nyújtja. Ez a szabvány akár 350 MB/s sávszélességet tud adni – ami az extrém igényeken kívül szinte minden alkalmazásnak megfelelő -, real time lejátszást és plug&play funkciót is kínál, mérsékelt költségek mellett. A folyamatos fejlesztéseknek köszönhetően a kezdeti 8 méteres kábelhosszt ma már akár 20 méter fölé is növelni lehet.

További információkat és példát is találhattok a megfelelő interfész kiválasztására az alábbi videóban:

Hogyan működnek a digitális kamerák?

Az előző cikkünkben végigvettük hogyan épül fel egy gépi látás rendszer, most pedig annak legfontosabb egységét, azaz a kamerát vesszük górcső alá.

Manapság már mindenhol digitális kamerák vesznek minket körül, a telefonunktól kezdve, a laptopunkban, tabletünkben, az utcán biztonsági kamerák képében, vagy a közlekedést figyelve, és sok más iparág között a gyártósorok automatizálása is digitális kamerák segítségével történik.

A camera obscurától az analóg filmes kamerákon át fokozatosan jutottunk el a ma már minden részében digitális kamerákig. Ezekben az eszközökben nem csak a képalkotás digitális, hanem az elkészült képek tárolása, vagy továbbítása is.

Az első digitális kamerát a Kodak mutatta be az 1970-es években, na de hogyan is működik ez az alapjaiban azóta is változatlan technológia?

A camera obscura apró lyukához képest, az analóg és digitális kamerákon is optikát használnak a beérkező fény összegyűjtésére. Az optika teszi lehetővé a megfigyelt tárgyra való fókuszálást, közelítést vagy távolítást. A digitális kamera lelke azonban a képalkotó szenzor, ez végzi az optikán át érkező fény digitális képpé való alakítását. Az elkészült képeket a hétköznapokban használt kamerák  memória kártyákon tárolják, azonban az ipari digitális kamerák nagy tárhelyigényű tömörítetlen felvételeit egyből továbbítani kell a feldolgozást vagy tárolást végző PC felé, mely folyamat a kamerák interfészén keresztül történik.

Untitled-7.fw

A kamera legfontosabb része a képalkotó szenzor. Ezek a szenzorok nagyon sok apró, fényre érzékeny területből, azaz pixelből állnak. Minél több fény, azaz foton érkezik adott pixelre, az annál világosabb lesz az elkészülő képen. Színes képeknél azonban nem csak a fény mennyisége, hanem a hullámhossza is számít. A kép minden egyes képpontjára meg kell tudni adni annak egyedi színértékét. Erre a feladatra két módszer terjedt el a digitális képalkotásban.

A leggyakrabban használt az úgynevezett Bayer filter eljárás, ami azt takarja, hogy a szenzor minden egyes pixelén az RGB színtérnek megfelelő színszűrők találhatóak, 50%-ban zöld és 25-25%-ban piros valamint kék színben. Képalkotás során a fény mennyisége és a szín függvényében különböző módszerekkel történő interpolálással tudják meghatározni a kép egy-egy pontjának valós színét.

Screenshot 2015-12-10 13.35.16

A hétköznapok során használt kamerákban jellemzően nem számít ha egy kép elkészítése, és elmentése negyed vagy fél másodpercet is igénybe vesz, azonban ipari alkalmazás során ennél gyorsabb működésre van szükség. Egy gyorsan mozgó tárgyról való éles kép készítéséhez nagyon gyorsnak kell lenni, így egyes ipari kamerák kamerák másodpercenként akár 750 kép (sőt van ami, még ennél  is több) készítésére képes.

További infók és érdekességek angolul tudóknak a Basler alábbi videójában:

Miért jó a PlugFest?

A Basler kamerák designján, kialakításán rengeteget dolgoznak a szakemberek, hiszen a végterméknél az „átjárhatóság”, a kompatibilitás kiemelten fontos ahhoz, hogy az ügyfelek különböző igényei esetén is megmaradjon az alkalmazhatóság.

Eplughhez a szabványosítás a legfőbb kulcs.

Az elmúlt években a gépi látás ipar számos szabványt dolgozott ki, melyek megkönnyítik az integrációt a különböző környezetekben.  Ezek a szabványok alakítják a kamerák kinézetét, illetve azok kölcsönhatását a környezetükkel.

De hogyan lehet úgy megadni a valós környezet rejtette különbségeket, hogy a kialakított felület már az első éles helyzetben tökéletesen megállja a helyét? A válasz egyszerű és rövid: nem lehet.

Az tömör és lehangoló válasz azonban ne okozzon szomorúságot, hiszen ez a tény ad indítékot a fesztiválozásra. Az úgynevezett PlugFest-en azért gyűlnek össze az elektronikai vállalatok designerei, hogy terméküket összepróbálhassák másokéval. A cél természetesen a minél nagyobb kompatibilitás elérése.  Mindenki csatlakoztat mindent mindennel, többek között kábeleket kamerákkal is.

Ez azért jó, mert ha sikeresen akarjuk fejleszteni cégünket, akkor meg kell határoznunk a szükséges feladatokat, követelményeket és elvégezni minden szükséges tesztet, ami a végső megvalósításhoz elengedhetetlen.

A PlugFest definíciója szerint: a szabvány egy olyan megállapodás, melyben nem részesítenek előnyben egyetlen terméket vagy technológiát sem. Szimpatikusan hangzik, nem?

Mark napelemes nyúlketrecet megy építeni

rabbitMark az elmúlt években a Basler blogjának írója volt, és többek között arról szóltak cikkei, hogy milyen menő dolgokra használhatóak a Basler kamerák. Tavaly decemberben azonban egy korszak ért véget, ugyanis Márk elment, hogy gyerekeivel megépítse a „minden nyulak anyja” ketrecet, vagy micsodát, mely internet elérhetőséggel (így blogolhatnak a nyulak) és éjszakai üzemmóddal ellátott kamerákkal is rendelkezik. Meg persze öntisztító rendszerrel és napelemekkel is, melyek az egész szerkezetet energiával látják el. A három nyúl Klopfer, Felix és Lilly névre hallgat.

Ezt visszaolvasva, rá is fér Márkra egy kis alkotói szabadság, viszont a Basler blognak működnie kell a jövőben is. Szerencsére kollégáját Thies Möllert sikerült meggyőznie az oldal továbbírásáról, így a következő, cirka 12 hónapban az eredetileg szoftverfejlesztő urat fogjuk olvasni.

Mark azért búcsúsoraiban még említést tett a Basler első, teljesen vízálló kamerájáról, amit gyorsan bele is vágott az első akváriumba. Csak úgy. A termék egyébként speciális darab, nehezen beszerezhető.