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!

Advertisements

A CMOS-é a jövő!

Az ipari kamerákba jelenleg két féle szenzor technológia közül lehet választani – CCD és CMOS szenzorok adják a kínálatot. Bár adott munkára mindig egyedien kell szenzortípust választani, a trend azt mutatja, hogy CMOS szenzortechnológia lesz a jövő. Ez persze nem egyik napról a másikra történt, a CMOS szenzorok az utóbbi években nagyot léptek elő főleg két területen: képkocka sebességben és zajszintben. Azzal, hogy a Sony – mint a világ legnagyobb CCD szenzor gyártója – 2015-ben bejelentette, hogy 2025-re beszünteti a CCD gyártást és minden figyelmét a CMOS-ra szenteli, már hivatalos is a címbéli állítás.

899e1b52bb79ff12

Hogy mi is a különbség a két technológia között? Mindkét típus egy képalkotó szenzor, fényérzékeny diódákkal elektromos jelekké tudják alakítani a szenzorra érkező fényt. A különbség elsősorban ebben az átalakításban rejlik. A CCD technológia a feldolgozás során külön rétegen végzi el az analóg jelek digitálissá alakítását, míg a CMOS szenzorokban az átalakítás pixelenként történik, ezzel helyet elvéve a fényérzékeny felület elől. Emiatt a korai CMOS szenzorokra igaz volt, hogy az olcsóságuk mellett zajos képet adtak, az utóbbi évek technológiai fejlesztéseinek köszönhetően azonban az új generációs CMOS szenzorok már sok tekintetben meghaladták a konkurens technológiát. Ilyen például gépi látás során rendkívül fontos FPS (képkocka sebesség), felbontás (pixel szám), alacsony zajszint. A fejlesztések mellett a technológia megtartotta eredeti jó tulajdonságait is, a jó áron kívül alacsony fogyasztásúak maradtak, így a legújabb USB 3.0 interfészekkel egybegyúrva rendkívül vonzó választás lett a gépi látáson alapuló technológiák számára.