Selezione della telecamera – Come posso trovare la telecamera giusta per il mio sistema di elaborazione delle immagini?
La scelta del giusto sistema di visione può essere travolgente. Il gran numero di modelli, tecnologie e funzioni di telecamere rende spesso difficile la decisione. Siamo qui per aiutarti a tenere traccia di tutto e trovare la fotocamera giusta per la tua applicazione.
Fondamenti dei sistemi di elaborazione delle immagini
Domande a cui rispondiamo in dettaglio nel Libro bianco
Perché le definizioni dei requisiti sono importanti?
Cosa devo sapere sulla risoluzione della fotocamera e sul sensore? Fotocamera a colori o monocromatica? Quali funzioni della fotocamera sono importanti?
Quanto sono importanti la scala e le prestazioni di imaging della fotocamera e quale ruolo gioca la qualità dell'immagine?
Passo dopo passo verso un'elaborazione ottimale delle immagini
Inizia con un analisi. Ponetevi due domande:
Cosa devo vedere con la fotocamera?
Quali caratteristiche sono necessarie affinché la mia fotocamera fornisca esattamente questo?
Le risposte a queste domande stabiliscono la direzione per la scelta della fotocamera giusta.
Decisione n. 1: telecamera a scansione di area, telecamera a scansione lineare o telecamera 3D?
La scelta della telecamera industriale o della sistema di visione adatto dipende dall'applicazione e dai requisiti specifici. Che si tratti di una telecamera adarea, di una telecamera a scansione lineare o di una telecamera 3D, ogni tecnologia offre vantaggi unici ed è ottimizzata per diverse aree di applicazione. Si differenziano principalmente per il modo in cui acquisiscono le immagini, un fattore cruciale per l'applicazione di visione industriale.
Telecamere a scansione d'area
Le telecamere a scansione di area sono dotate di un sensore rettangolare, costituito da numerose file di pixel, tutte esposte esattamente nello stesso momento. Tutti i dati dell'immagine vengono quindi registrati contemporaneamente ed elaborati contemporaneamente.
Le telecamere a scansione di area sono generalmente utilizzate in una varietà di Applicazioniin medico eScienze dellain Traffico e trasporti, o in Sicurezza e sorveglianza.
Telecamere a scansione lineare
Le telecamere a scansione lineare funzionano con un sensore composto da solo 1, 2 o 3 linee di pixel. I dati dell'immagine vengono esposti linea per linea e riassemblati ed elaborati in un'immagine.
Le telecamere a scansione lineare vengono utilizzate per ispezionare prodotti e merci che vengono trasportati su nastri trasportatori, a volte a velocità molto elevate. I settori tipici includono la stampa,lo smistamento,l'imballaggio,l'industria alimentaree tutti i tipi di ispezione delle superfici.
Telecamere 3D
Le fotocamere 3D , d'altra parte, utilizzano tecnologie avanzate dei sensori per acquisire informazioni sulla profondità oltre alle immagini bidimensionali. Questo di solito viene fatto utilizzando tecniche come il tempo di volo (ToF),la visioneo la luce. Queste telecamere misurano la posizione spaziale degli oggetti e creano un modello 3D preciso della scena o dell'oggetto catturato.
Le applicazioni per le fotocamere 3D possono essere trovate nella robotica, automazione, logistica (ad es. per la misurazione del volume o il riconoscimento di oggetti), nelmedicale (ad esempio per la navigazione chirurgica) e nell'industria dell'intrattenimento (per animazioni e realtà virtuale).
Decisione #2: Fotocamera monocromatica o a colori?
Una decisione relativamente semplice e a cui di solito si risponde in base agli obiettivi della tua applicazione, ovver in base all'immagine di cui si ha bisogno. è necessario che sia a colori per valutare i risultati, o è sufficiente il bianco e nero? Se il colore non èobbligatorio, una fotocamera monocromatica è in genere la scelta migliore in quanto è più sensibile e fornisce immagini più dettagliate. Per molte applicazioni, ad esempio nei sistemi di traffico intelligenti, viene spesso utilizzata anche una combinazione di telecamere in bianco e nero e a colori per soddisfare i requisiti legali nazionali specifici per le immagini utilizzabili come prova giuridica
Decisione #3: Tipi di sensore, tecnica dello shutter, frame rate
Questa fase prevede la scelta di un sensore adatto, costruito attorno alla tecnologia dei sensori CMOS o CCD, e la scelta del tipo di shutter: global o rolling. La considerazione successiva è la frequenza dei fotogrammi (frame rate), ovvero il numero di immagini che una fotocamera deve fornire al secondo per gestire il suo task senza problemi.
CCD o CMOS?
La differenza fondamentale tra le due tecnologie di sensori sta nella loro struttura.
i sensori CMOS sono veloci, flessibili e dominano il mercato di massa delle fotocamere, ad esempio nelle fotocamere reflex. Integrano l'elettronica direttamente sulla superficie del sensore, il che consente di leggere i dati delle immagini in modo particolarmente rapido.
I sensori CCD segnano i punti con la massima sensibilità alla luce e un'eccellente qualità dell'immagine, ideale per applicazioni in condizioni di scarsa illuminazione come l'astronomia. Tuttavia, raggiungono i loro limiti in applicazioni frenetiche.
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Tipo di shutter:global o rolling
In questo caso è necessario soddisfare un requisito semplice ma estremamente importante: la tecnologia di chiusura dello shutter deve essere adatta all'applicazione. Questo infatti protegge il sensore della fotocamera dalla luce incidenteaprendosi esattamente al momento dell'esposizione. Il tempo di esposizione selezionato garantisce la penetrazione della giusta "dose" di luce, controllando esattamente per quanto tempo la chiusura deve rimanere aperta. La differenza tra un global shutter e un rolling shutter sta nel modo in cui gestiscono l'esposizione.
To the shutter White Paper
Frame Rate o Frequenza dei fotogrammi
Il termine "frame rate o frequenza dei fotogrammi" è usato in modo intercambiabile con i termini "fotogrammi al secondo" (FPS) o "velocità di linea" (in applicazioni di scansione in linea). Il frame rate indica il numero di immagini che un sensore è in grado di acquisire ed elaborare al secondo.
Maggiore è il frame rate, più veloce è il funzionamento del sensore. Un sensore più veloce consente di ottenere più fotogrammi al secondo, il che a sua volta aumenta il volume dei dati.
Con le telecamere a scansione ad area, la quantità di dati varia in modo significativo a seconda dell'interfaccia utilizzata e della frequenza dei fotogrammi, da un minimo di 10 fps a un veloce 340 fps. Il frame rate necessario o possibile dipende dai requisiti del rispettivo sistema di elaborazione delle immagini.
Decisione #4: risoluzione, sensore e dimensioni dei pixel
Nella scelta della fotocamera giusta, la risoluzione, le dimensioni del sensore e la qualità dei pixel giocano un ruolo centrale. Questi fattori hanno un impatto diretto sulla qualità dell'immagine, sulla sensibilità alla luce e sulla capacità della fotocamera di soddisfare le tue esigenze specifiche.
Risoluzione
La risoluzione di una fotocamera è spesso descritta con una specifica come "2048 x 1088". Questi numeri rappresentano il numero di pixel, in questo caso 2048 pixel orizzontali e 1088 pixel verticali. Moltiplicato, questo si traduce in una risoluzione totale di 2.228.224 pixel o 2,2 megapixel (milioni di pixel, o "MP" in breve).
Per scoprire quale risoluzione richiede la tua applicazione, una semplice formula aiuta:
Risoluzione = Dimensione dell'oggetto / Dimensione del dettaglio da ispezionare
Ad esempio, se si desidera catturare il colore degli occhi di una persona alta circa 2 m e mostrare un dettaglio di 1 mm, il calcolo è:
Risoluzione = Altezza/(Dettaglio occhio) = (2.000 mm)/(1 mm) = 2.000 px in x e y = 4 MP
In questo caso,'avrai bisogno di una fotocamera con almeno 4 megapixel per visualizzare chiaramente i dettagli che desideri.
Sensore e dimensione dei pixel
Fatto #1:
Prima la parte più semplice: le grandi superfici dei sensori e dei pixel possono catturare più luce. La luce è il segnale utilizzato dal sensore per generare ed elaborare i dati dell'immagine. Fin qui, tutto semplice. Ora resta con noi: maggiore è la superficie disponibile, migliore è il rapporto segnale/rumore (SNR), soprattutto per pixel di grandi dimensioni che misurano 3,5 μm o più. Un SNR più elevato si traduce in una migliore qualità dell'immagine. Un SNR di 42 dB sarebbe considerato un risultato solido.
Fatto #2:
Un sensore di grandi dimensioni offre uno spazio più ampio che può contenere più pixel, producendo una risoluzione più elevata. Il vero vantaggio qui è che i singoli pixel sono ancora abbastanza grandi da garantire un buon SNR, a differenza dei sensori più piccoli, dove c'è meno spazio disponibile e quindi devono essere utilizzati pixel più piccoli.
Fatto #3:
Anche i sensori di grandi dimensioni con un numero elevato di pixel non saranno in grado di fare molto senza l'obiettivo giusto (scopri come scegliere l'obiettivo giusto qui). Possono raggiungere il loro pieno potenziale solo se l'obiettivo con cui sono combinati è effettivamente in grado di supportare la loro elevata risoluzione.
Fatto #4:
Inoltre, i sensori di grandi dimensioni sono sempre più costosi, poiché più spazio significa più silicio.
Decisione #5: L'interfaccia e le dimensioni dell'housing
La scelta dell'interfaccia e delle dimensioni dell'housing giuste giocano un ruolo centrale nell'integrazione della telecamera nel sistema di visione. Questi due fattori influenzano non solo le prestazioni tecniche, ma anche la flessibilità e la compatibilità della soluzione complessiva. Di seguito scoprirai come diverse tecnologie di interfaccia e dimensioni dell'housing possono supportare in modo ottimale la tua applicazione.
Interfaccia
L'interfaccia funge da collegamento tra la fotocamera e il PC, inoltrando i dati delle immagini dall'hardware (il sensore della fotocamera) al software (i componenti che elaborano le immagini). Trovare l'interfaccia migliore per la tua applicazione significa trovare l'equilibrio ottimale tra prestazioni, costi e affidabilità soppesando una serie di fattori diversi l'uno contro l'altro.
Gli standard moderni come GigE Vision, USB3 Visione CoaXPress garantiscono la compatibilità con i componenti conformi agli standard, mentre le tecnologie più vecchie come FireWire e USB 2.0 sono meno adatte ai sistemi moderni.
Housing
Direttamente legato alla scelta dell'interfaccia è la dimensione dell'alloggiamento della fotocamera. È importante in termini di integrazione complessiva nel sistema di visione. Nelle applicazioni in cui le telecamere sono organizzate l'una accanto all'altra (note come configurazioni multi-camera), ogni millimetro di spazio è fondamentale per registrare correttamente l'intera larghezza di un nastro di materiale.
Le fotocamere Basler vanno dalle piccole dimensioni dell'housingda 29 mm x 29 mm dei modelli Ace 2 e Dart alle fotocamere con sensori di grandi dimensioni e dimensioni maggiori, come quelle della serie Boost.
Decisione #6: funzioni utili della fotocamera
Le telecamere sono spesso preparate in fabbrica per supportare i loro utenti in varie attività nel miglior modo possibile. Tutte le nostre telecamere sono dotate di una serie di funzioni utili che migliorano la qualità dell'immagine, analizzano i dati delle immagini in modo più efficace e controllano i processi con la massima precisione. Elenco delle features offriamo una panoramica completa di tutte le caratteristiche di tutti i nostri modelli di telecamere.
Quando si progetta il sistema di elaborazione delle immagini, è molto probabile che ci si imbatta in queste tre caratteristiche:
AOI (Area of interest / Area di Interesse)
Consente di selezionare specifiche aree di interesse individuali all'interno dell'inquadratura o più AOI diverse contemporaneamente. Il vantaggio è che vengono elaborate solo le parti dell'inquadratura necessarie per la valutazione dell'immagine, velocizzando così la lettura dei dati della telecamera.
Funzioni automatiche
Le telecamere Basler offrono una serie di cosiddette funzioni automatiche, come la regolazione automatica dell'esposizione e il guadagno automatico. Consentendo ai parametri del tempo di esposizione e del guadagno di adattarsi automaticamente alle mutevoli condizioni ambientali, queste due funzioni automatiche mantengono costante la luminosità dell'immagine.
Sequencer
Il sequencer viene utilizzato per leggere sequenze di immagini specifiche. Ciò significa, ad esempio, che è possibile programmare diversi AOI e quindi leggerli automaticamente in sequenza dal sequencer.
Qual è il modo migliore per confrontare le moderne fotocamere CMOS?
Esiste un numero considerevole di fotocamere di diversi produttori per quasi tutti i modelli di sensori. Nonostante abbiano lo stesso sensore, le fotocamere non sono identiche. Quali aspetti sono importanti quando si confrontano le fotocamere?
I dati EMVA sono obbligatori
La scelta della telecamera giusta per un'applicazione è una questione centrale che ha occupato anche la European Machine Vision Association (EMVA). Il risultato: lo standard EMVA 1288. Questo definisce i metodi per la raccolta dei dati che caratterizzano la qualità dell'immagine e la sensibilità di una telecamera o di un sensore.
Il confronto dei dati EMVA è un must nella scelta di una telecamera, in quanto fornisce informazioni sulla potenza e l'idoneità di una telecamera.
Tuttavia, i dati EMVA non coprono tutti i potenziali problemi, come gli artefatti dell'immagine come il ""dell'otturatore o disturbi variabili nel tempo, come pixel difettosi o lampeggianti. Questi errori sono spesso immediatamente percepibili dall'occhio umano, ma non vengono presi in considerazione nei valori.
Un test approfondito e orientato all'applicazione di una telecamera campione è quindi essenziale. È utile fare affidamento su uno standard affidabile, che spesso solo i produttori di marchi più grandi offrono. Ciò consente di risparmiare tempo nei test e semplifica l'ottimizzazione delle applicazioni.
Bonus: caratteristiche del firmware ed elevata stabilità della trasmissione dei dati
Le fotocamere con lo stesso sensore possono anche comportarsi in modo molto diverso perché il firmware e il software delle fotocamere variano. La conformità con standard come GenICam sarebbe importante qui ("per quanto riguarda" la telecamera), così come la compatibilità con gli standard di interfaccia GigEVision e USB3 Vision. Questi standard regolano e definiscono i canali di comunicazione e le interfacce della telecamera, riducendo lo sforzo di integrazione e fornendo al contempo una qualità affidabile durante la trasmissione dei dati.
Ci possono essere anche una serie di differenze quando si tratta dell'efficienza del firmware e del software associato. Il primo riguarda il lavoro necessario per integrare la telecamera: non tutti i produttori di telecamere sono in grado di offrire ambienti software e driver maturi per il controllo della telecamera o ambienti di programmazione consolidati (compatibili con vari sistemi operativi e linguaggi di programmazione). Questi sono, tuttavia, un must assoluto per qualsiasi grande design-in.
La stabilità dei dati può mostrare ulteriori differenze. Se il firmware della fotocamera è configurato per un frame buffer, ad esempio, ciò aumenterà enormemente la stabilità dei dati, soprattutto con larghezze di banda/frame rate più elevate.
In gran parte, sono le caratteristiche standardizzate o proprietarie che possono migliorare le prestazioni del sistema di visione, anche se alcune ottengono risultati significativamente migliori dallo stesso sensore.
Come posso iniziare? Qual è'il prossimo passo?
La scelta della telecamera giusta è fondamentale per le prestazioni del sistema di visione industriale. I nostri strumenti vi aiutano a trovare i componenti giusti per il vostro sistema di visione o la vostra applicazione. Esplora il nostro portfolio e trova la telecamera che si adatta perfettamente alle tue esigenze.