نحوه انتخاب دوربین برای برنامه بینایی ماشین

برای سال جدید فکر کردیم مفید است که به اصول اولیه بازگردیم تا بفهمیم چگونه دوربین مناسب را برای یک برنامه بینایی ماشین انتخاب کنیم. با گزینه‌های روزافزون، می‌خواهیم گزینه‌های موجود را بررسی کنیم و بفهمیم چرا از دوربین‌های IVS خاصی در ماشین‌هایمان استفاده می‌کنیم. جهت خرید دوربین ماشین بینایی و دوربین پردازش تصویر ، دوربین صنعتی با کارشناسان ایمیجین سورس تماس حاصل فرمایید.

توانایی دوربین برای گرفتن تصویری با نورپردازی صحیح از شی مورد بازرسی به رابطه مستقیم بین سنسور و لنز بستگی دارد. وظیفه حسگرها تبدیل نور (فوتون) از لنز به سیگنال های الکتریکی (الکترون) است. به طور معمول، این کار را با استفاده از یک دستگاه شارژ (CCD) یا فناوری نیمه‌رسانای اکسید فلزی مکمل (CMOS) انجام می‌دهد که الکترون‌ها را به تصویری متشکل از پیکسل‌ها دیجیتالی می‌کند. سپس می توان تصویر را برای تجزیه و تحلیل به پردازنده ارسال کرد. نور کم پیکسل های تیره ایجاد می کند و نور روشن پیکسل های روشن تری ایجاد می کند.

پارامترهایی مانند اندازه قطعه و تلورانس‌های بازرسی به اطلاع‌رسانی وضوح حسگر مورد نیاز کمک می‌کنند و اطمینان از انتخاب مناسب برای کاربرد مورد نیاز بسیار مهم است. درجات بالاتر دقت در اندازه گیری به سطوح بالاتری از وضوح سنسور نیاز دارد.

بسته به نیاز برنامه، سیستم‌های بینایی ماشین اغلب از تعدادی دوربین تشکیل شده‌اند. اینها می توانند تک رنگ و/یا رنگی باشند و با سیستم کنترل ضبط، تفسیر و سیگنال دهند تا راه حل مورد نیاز را ارائه دهند.

اسکن خط (حسگرهای 1 بعدی)

دوربین‌های اسکن خطی، تنها خطوطی از تصاویر را جمع‌آوری می‌کنند و معمولاً برای بازرسی اجسام متحرکی که از کنار دوربین منتقل می‌شوند، استفاده می‌شوند. آنها همچنین می توانند برای اجسام متحرک، بسیار بزرگ یا اجسام استوانه ای قابل چرخش مفید باشند. در مواردی که اطلاعات رنگ مهم است، این امر را می توان با دوربین های اسکن خطی نیز به دست آورد.

از آنجایی که دوربین فقط یک خط را می گیرد، می تواند با محدودیت های خاصی همراه باشد. برای مثال، نورپردازی باید بسیار دقیق باشد و از آنجایی که دیافراگم دوربین باید بیشتر اوقات باز بماند و عمق میدان را کاهش دهد، می‌تواند عکاسی از اشیاء در فواصل مختلف را مشکل‌تر کند.

اسکن ناحیه (سنسورهای دو بعدی)

در دوربین‌های اسکن ناحیه‌ای، سنسور دارای ماتریس بزرگی از پیکسل‌های تصویر است که یک تصویر دو بعدی را در یک چرخه نوردهی ایجاد می‌کند. از آنجایی که دوربین‌های اسکن ناحیه‌ای یک ناحیه مستطیلی را می‌گیرند، معمولاً نصب نورپردازی با عملکرد بالا با این تنظیمات بر خلاف دوربین‌های اسکن خطی آسان‌تر است.

دوربین‌های اسکن ناحیه‌ای همچنین امکان گرفتن تصاویر با نوردهی کوتاه را با استفاده از نور استروبی که نور زیادی را در مدت زمان کوتاهی به سنسور می‌آورد، ممکن می‌سازد. از این رو دوربین‌های اسکن ناحیه در اکثر برنامه‌ها برای گرفتن تصویر استفاده می‌شوند.

انتخاب دوربین برای برنامه بینایی ماشین

تصویربرداری دو بعدی و سه بعدی

دید ماشینی سه بعدی به غلبه بر چالش های پیچیده، با دقت بالا و در زمان واقعی کمک می کند، جایی که محدودیت های عملی دید دو بعدی به این معنی است که به سادگی نمی توان از آن استفاده کرد. بخصوص دید دوبعدی در کاربردهایی محدود است که:
● اطلاعات شکل برای انجام یک کار حیاتی است.
● حساسیت به مسائل نوری وجود دارد.
● دستیابی به سطوح کنتراست بالا دشوار است.
● حرکت اجسام ممکن است دقت تصویر را مختل کند.
● تصویربرداری از شکل سه بعدی، فرم یا حجم یک ضرورت است.
البته، برای بسیاری از کاربردهای ساده، این مسائل هیچ نتیجه ای ندارند و بنابراین دید دو بعدی، با استفاده از دوربین های اسکن خطی یا اسکن منطقه، کاملاً مناسب است.

با این حال، اهمیت تصویر سه بعدی در صنعت بینایی ماشین در حال افزایش است. همانطور که در پست های قبلی اشاره شد، اگرچه زمان بیشتری است، پردازشگر و نرم افزار فشرده است، اما پیشرفت های سریع در فناوری، الگوریتم ها و نرم افزار به این معنی است که این سیستم ها در حال حاضر بیش از حد قادر به هماهنگی با نیازهای توان عملیاتی خط تولید هستند.

از آنجایی که سیستم‌های بینایی ماشین سه‌بعدی داده‌های اضافی بعد سوم را به‌طور قابل اعتمادی ضبط می‌کنند، از جنبه‌های نور، کنتراست، و فاصله تا شی که توسط همتایان دوبعدی خود متحمل می‌شوند مصون هستند.

به این ترتیب برخی از کاربردهای کلیدی تصویربرداری سه بعدی عبارتند از:
● اندازه گیری حجم، ارتفاع، ضخامت، سوراخ ها، منحنی ها و زاویه ها.
● هدایت ربات، جمع آوری سطل زباله برای قرار دادن، بسته بندی یا مونتاژ،
● کنترل کیفیت در جایی که مدل های 3 بعدی CAD استفاده شده است.
● درک فضای سه بعدی و ابعاد مورد نیاز است.
● بازرسی اشیاء با کنتراست کم.

چهار روش متداول جداگانه برای تصویربرداری سه‌بعدی وجود دارد:
1. مثلث‌سازی مبتنی بر اسکن، رابطه زاویه‌ای بین جسم مورد اسکن، لیزر و دوربین را توصیف می‌کند. این رویکرد شامل پرتاب لیزر بر روی سطح یک جسم است که سپس توسط دوربین از زاویه اندازه گیری متفاوت مشاهده می شود. هر گونه انحراف از خط نشان دهنده تغییرات شکل است و خطوط از اسکن های متعدد را می توان در یک نقشه عمق یا ابر نقطه جمع آوری کرد، که تصویر سه بعدی را نشان می دهد. اغلب از چندین دوربین استفاده می شود که خطوط لیزری را از زوایای مختلف ردیابی می کند و سپس مجموعه داده ها را در یک پروفایل واحد ادغام می کند. این به غلبه بر مشکلات مربوط به “سایه کردن” وضعیتی کمک می کند که در آن یک خط لیزر منفرد از عبور از بخش هایی از یک جسم، توسط قسمت های دیگر همان شی مسدود شده است.
2. دید استریو ، همانطور که از نام آن پیداست، مبتنی بر استفاده از دو دوربین است، تقریباً مانند یک جفت چشم انسان. با استفاده از تکنیک مثلث سازی، دو تصویر دو بعدی گرفته شده برای محاسبه یک تصویر سه بعدی استفاده می شوند.
3. زمان پرواز دوربین های سه بعدی مدت زمانی را که یک پالس نور طول می کشد تا به جسم برسد و برای هر نقطه تصویر برگردد اندازه گیری می کند. در نتیجه محدودیت هایی از نظر فاصله قابل استفاده از یک شی و وضوح دارند به این معنی که فقط برای کاربردهای خاص مناسب هستند.
4. نور ساختاریافته از تکنیک های پیچیده نور برای ایجاد الگوهای ساختاری استفاده می کند که اطلاعات سه بعدی را مستقیماً به صحنه دوربین رمزگذاری می کند.