انتخاب دوربین سیستم دید ماشینی مناسب

از دوربین‌ها برای ثبت تصاویر اشیا و موقعیت‌هایی که زیر نظر هستند، برای کاربردهای تصویری بسیاری استفاده می‌شود؛ همچون دید دستگاه یا اتوماسیون ماشین. دوربین‌ها اجزایی بصری هستند که با لنزهای تصویربرداری ارتباط برقرار می‌کنند. دوربین‌ها شامل سنسورهایی هستند که با این هدف طراحی شده که نور متمرکز شده روی لنزهای تصویربرداری را ثبت کند. دوربین‌ها با انواع مختلفی از سنسورهای تصویر ساخته می‌شوند: همچون سنسورهای CCD یا CMOS که مناسب اکثر کاربردهای تصویری دوربین‌ها هستند. دوربین‌ها به شکل گسترده در فرآیند کنترل تولید، مدیریت جریان اشیا و میکروسکوپی کاربرد دارند. در این راهنما به دوربین‌های نظارتی نمی‌پردازیم و در مقالاتی دیگر در مورد آن‌ها صحبت خواهیم کرد.

چطور یک دوربین دید ماشینی انتخاب کنیم؟

برای انتخاب یک دوربین دید ماشینی، چندین عامل مهم را باید در نظر بگیریم. اول از همه مهم است که اطمینان حاصل کنید که دوربینی انتخاب می‌کنید که برای کاربرد مورد نظر شما مناسب باشد. مثلا ویژگی‌های دوربینی که برای کنترل تولید استفاده می‌شود، مشابه با دوربین هدایت‌گر ربات نیست.

سپس مهم است که طیف بازرسی (طیف بینایی) مورد نیاز برای کاربرد خود را در نظر بگیرید. مثلا آیا نیاز است که دوربین شما، دید مادون قرمز یا فرابنفش داشته باشد؟

همچنین باید بین انواع مختلف سنسورهای دوربین، یکی را انتخاب کنید: CCD یا CMOS یا میکروبولومتر یا FPA یا غیره.

در نهایت مهم است که رابط مناسب را از بین رابط‌های موجود انتخاب کنید: USB 2.0 یا USB 3.0 یا GigE یا CameraLink یا PoE یا VGA.

انتخاب بین این امکانات و آپشن‌ها، به کاربرد و بودجه‌ی شما بستگی دارد.

در هنگام انتخاب دوربین دید ماشینی باید این موارد را در نظر بگیرید:

٭ کاربردها.

٭ طیف بازرسی.

٭ سنسور تصویر.

٭ رابط.

هدف شما از این بازرسی بصری چیست؟

دوربین دید ماشینی شما باید با کاربرد مورد نظر شما سازگار باشد. یعنی اولویت شما باید این باشد که هدف از این بازبینی بصری را دقیقا مشخص کنید و بدانید که چه نوع تابشی، به شما بهترین طیف بازرسی مورد نیاز را ارائه می‌کند. به طور مثال، اگر دوربین شما برای نظارت بر فرآیند استفاده می‌شود، احتمالا گستره‌ی وسیعی از بازرسی در امواج مرئی مورد نیاز است؛ در حالتی که یک دوربین در کوره نصب شده است، احتمالا طیف کمتری را در امواج مادون قرمز نیاز دارد.

انواع مختلفی از دوربین‌ها با معیارهای مختلف بازرسی و طیف وجود دارد: دوربین هایی که تنها به المان‌های مرئی حساس هستند، دوربین‌های مادون قرمز (استفاده از دید حرارتی / دمانگاری)، دوربین‌های ایکس-ری یا X-Ray (که از مواد نرم عبور کرده و در نتیجه برای تصویربرداری پزشکی بسیار مفید است)، دوربین‌های فرابنفش (این نوع دوربین هم در تصویربرداری پزشکی بسیار کاربرد دارد) و دوربین‌های چند طیفی (multi-spectral) که بیشترین طیف بازرسی و بینایی را دارند چون شامل تمام بازه‌ها می‌شوند.

از آن جایی که شی یا فرآیندی که بر آن نظارت می‌شود، در محیطی صنعتی است، ضروری است که نحوه‌ی ادغام و نصب دوربین‌ها را نیز در نظر بگیرید (و همچنین نحوه‌ی محافظت از المان‌های شکننده). در نتیجه دوربین‌هایی که برای کوره‌ها استفاده می شوند، در یک قاب محافظ قرار می‌گیرند که در برابر دمای بالا مقاوم است.

دوربین دید ماشینی مادون قرمز Lumasense

نکاتی که در مورد هدف بازرسی دوربین خود باید در نظر بگیریم:

٭ تابش مناسب.

٭ طیف بازرسی و بینایی دوربین.

٭ نحوه‌ی ادغام و نصب دوربین در محیط صنعتی.

٭ رابط.

بهتر است از کدام نوع سنسور دوربین استفاده کنیم؟

چهار نوع سنسور تصویر وجود دارد: سنسورهای CCD، سنسورهای CMOS، میکروبولومترها و سنسورهای FPA (یا آرایه‌ی کانونی سطح).

برای انتخاب سنسور مناسب، مهم است که قبل از خرید طیف بازرسی (بینایی) مورد نظر خود را بدانید، به طور مثال یک سنسور CCD نمی‌تواند تصویربرداری مادون قرمز انجام دهد. همچنین تصمیم شما به کیفیتی که دنبال آن هستید و بودجه‌ای که دارید وابسته است.

سنسور تصویر Teledyne CMOS

انواع مختلف سنسورهای تصویر:

٭ CCD.

٭ CMOS.

٭ FPA.

٭ میکروبولومترها (microbolometer).

چه زمانی بهتر است سنسور CCD انتخاب کنیم؟

سنسورهای CCD ارزان ‌قیمت هستند. همچنین این سنسورها در مقایسه با قیمت خود، کیفیت مناسبی را ارائه می‌کنند. از طرفی طیف بازرسی این سنسورها تنها در برابر المان‌های مرئی حساس است. علاوه بر این، یک عیب این سنسورها این است که در برابر روشنایی و تلألو حساسیت بالایی دارند و تعدادی الکترون های انگلی دارند که با بالا رفتن دما به شکل قابل توجه افزایش پیدا می‌کند. در نتیجه برای جلوگیری از نویز حرارتی، ضروری است که این سنسورها را خنک کنیم. باید ذکر شود که سنسورهای CCD جدیدتر، تکنولوژی پیشرفته‌تری دارند، در نتیجه کیفیت بالاتری نیز خواهند داشت و کیفیت آن‌ها نزدیک به سنسورهای CMOS شده است.

سنسور تصویر Teledyne CCD

این سنسورها به شکل گسترده در اسکنرها استفاده می‌شوند.

مزایای سنسور CCD:

٭ ارزش مناسب نسبت به قیمت / کیفیت.

معایب سنسور CCD:

٭ تنها حساس به المان‌های مرئی.

٭ حساس به روشنایی و تلألو.

٭ با بالا رفتن دما، حساس به نویز.

بیشتر بخوانید: انتخاب کفش‌های ایمنی مناسب

بیشتر بخوانید: انتخاب پرینتر سه‌بعدی مناسب

چه زمانی بهتر است سنسور CMOS انتخاب کنیم؟

سنسورهای CMOS گران قیمت‌تر از سنسورهای CCD هستند و البته مزایایی نیز دارند.

اول از همه کیفیت آن‌ها نسبت به سنسورهای CCD بالاتر است (البته تکنولوژی آخرین نسل سنسورهای CCD کیفیت این دو سنسور را به یکدیگر نزدیک‌تر کرده است). علاوه بر این، سنسورهای CMOS با کار در نور کم سازگاری بیشتری دارند، در نتیجه اگر نور کم باشد، مشکلی به وجود نمی‌آید.

همچنین نسبت به سنسورهای CCD سرعت خوانش بالاتری دارند و از نظر مصرف انرژی نیز بهینه‌تر هستند. سنسورهای CMOS در رقابت با سنسورهای CCD هستند و برای کاربردهای یکسان از این دو سنسور استفاده می شود (همچون اسکنرها، آزمایشگاه‌ها، نظارت بر خطوط بسته بندی و غیره).

مزایای سنسور CMOS:

سنسور تصویر Photon Focus CMOS

٭ کیفیت بسیار بالا.

٭ حساسیت مادون قرمز.

٭ مقاوم در برابر تلألو.

٭ سرعت خوانش بالا.

٭ بهینگی مناسب انرژی.

معایب سنسور CMOS:

٭ گران قیمت.

چه زمانی بهتر است سنسور میکروبولومتر انتخاب کنیم؟

سنسورهای میکروبولومتر، تنها برای دوربین‌های حرارتی استفاده می‌شوند و معمولا فقط از تابش مادون قرمز استفاده می‌کنند. دوربین‌های میکروبولومتر سبک هستند و از نظر مصرف انرژی بهره‌وری خوبی دارند و رابط خروجی آن‌ها بسیار سریع است. با این حال این دوربین‌ها بسیار گران قیمت هستند. علاوه بر این، در برابر سنسورهای خنک‌شده همچون سنسورهای CCD حساسیت کمتری در برابر الکترون‌های انگلی با افزایش دما دارند. این مساله باعث ایجاد مشکلات رزولوشن می‌شود. البته باید اشاره کرد که نسل جدید تکنولوژی این سنسورها اکثر مشکلات را تا حدی حل کرده و بهره‌وری این سنسورها افزایش پیدا کرده است.

به لطف وزن کم، ابعاد کوچک و مصرف کم انرژی، سنسورهای میکروبولومتر را می‌توان روی کلاه های ایمنی یا دستگاه‌های قابل حمل نیز نصب کرد.

مزایای سنسور میکروبولومتر:

دوربین میکروبولومتر Chauvin Arnoux

٭ سرعت خوانش خوب.

٭ بهینگی انرژی.

٭ سبک.

معایب سنسور میکروبولومتر:

٭ گران قیمت.

٭ حساسیت فقط در برابر مادون قرمز.

٭ حساسیت به نویز حرارتی.

چه زمانی سنسور FPA انتخاب کنیم؟

مزیت اصلی سنسورهای FPA، حساسیت بسیار بالا و کیفیت تصویر فوق‌العاده‌ی آن ها است. از طرفی رزولوشن تصویر این سنسورها زیاد بالا نیست (۳۲۰ در ۲۴۰ پیکسل). این سنسورهای تصویر معمولا بسیار بزرگ و گران‌قیمت هستند و در هدایت سلاح و دوربین‌های بازرسی استفاده می‌شوند و همچنین در تصویربرداری‌های فضایی و پزشکی نیز کاربرد دارند.

مزایای سنسور FPA:

سنسور تصویر Teledyne FPA

٭ حساسیت بسیار بالا.

٭ کیفیت تصویر فوق العاده.

معایب سنسور FPA:

٭ بسیار گران قیمت.

٭ رزولوشن تصویر پایین.

٭ ابعاد سنسور بزرگ.

از چه رابطی استفاده کنیم؟

بعد از این که تعیین کردید که چه نوع سنسوری نیاز دارید، حال باید انتخاب کنید که از چه نوع رابطی استفاده کنید. در ادامه رابط‌های موجود و رایجی که تولیدکنندگان دوربین از آن‌ها استفاده می‌کنند را با هم بررسی می‌کنیم. هر یک مزایا و معایبی دارند:

رابط USB 2.0: سیستم ارتباطی ارزان‌قیمت که باید با کابل به دوربین متصل شود (طول کابل می‌تواند تا ۵ متر باشد). توان عملیاتی آن تا ۴۸۰ Mbps است و این سیستم ممکن است برای مخابره‌ی داده قابل اطمینان نباشد و USB 3.0 جایگزین آن شده است.

رابط USB 3.0: این رابط ویژگی‌هایی مشابه با USB 2.0 دارد اما توان عملیاتی آن بالاتر و مخابره‌ی آن قابل اطمینان‌تر است.

رابط CameraLink (کمرا لینک): این رابط، توان عملیاتی بسیار بالایی دارد (تا سقف ۶Gbits/s) و برای رزولوشن‌های بالا، ایده‌آل است. از طرفی بسیار گران قیمت است. طول کابل این رابط می‌تواند تا ۱۰ متر باشد.

رابط GigE (یا گیگا اترنت): رابطی بسیار ارزان قیمت است و توان عملیاتی تا ۱ Gbit/s دارد و اگر به استفاده از طول کابل بالا نیاز داشته باشید، تا سقف ۱۰۰ متر می‌توانید از این رابط استفاده کنید.

رابط PoE (یا برق روی اترنت): توان عملیاتی آن تا ۱ Gbit/s است و مزیت اصلی آن این است که می‌تواند در یک کابل برق علاوه بر داده، برق دستگاه را نیز تامین کند.

رابط VGA (آرایه گرافیکی ویدیویی): VGA می‌تواند تا رزولوشن ۶۴۰ در ۴۸۰ را پشتیبانی کند و تا ۲۵۶ رنگ را پوشش می‌دهد. به دلیل محدودیت‌ها و قدیمی شدن، این رابط کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

انواع رابط‌های موجود:

رابط‌های دوربین ماشینی Vision Research

٭ USB2 و USB3.

٭ CameraLink.

٭ GigE.

٭ PoE.

٭ VGA.

٭ FireWire.

٭ PAL/NTSC.

دوربین صنعتی ۱۲ مگاپیکسلی Baumer

 به چند مگاپیکسل نیاز دارید؟

هر چقدر حساسیت دوربین شما بیشتر باشد، تصاویر واضح‌تر خواهد بود، حتی اگر نور کم باشد. در نتیجه کیفیت تصویر به حساسیت دوربین و رزولوشن تصویر بستگی دارد. هر چقدر تعداد مگاپیکسل‌ها بیشتر باشد، تصویر شما شفاف‌تر و دقیق‌تر خواهد بود. اگر می‌خواهید جزییات را با دقت بالا ببینید، ما توصیه می‌کنیم که از دوربینی با رزولوشن بالای یک مگاپیکسل استفاده کنید. البته به خاطر داشته باشید که فرمت H.264 نیز به شدت قدرتمند است.

همچنین به یاد داشته باشید که این روزها دوربین‌های مگاپیکسلی بسیار رایج و مقرون به صرفه هستند.

بیشتر بخوانید: انتخاب تسمه انتقال نیروی مناسب

بیشتر بخوانید: انتخاب ماشین فرز مناسب

کاربردهای اصلی دوربین سیستم دید ماشینی

دوربین دید ماشینی Microscan

دوربین‌های دید ماشینی (یا دید دستگاه) را می‌توان برای انواع مختلفی از کاربردها استفاده کرد. از کاربردهای آن‌ها می‌توان به کنترل تولید، مدیریت جریان اشیا، بازرسی سطوح (برای این هدف باید دوربین شما روی میکروسکوپ نصب شود)، تولید قطعات الکترونیکی یا هدایت و راهنمایی ربات اشاره کرد. برای هر یک از این کاربردها، دوربین مناسبی وجود دارد.

به طور مثال برای مدیریت جریان تولید در یک خط بسته بندی، می‌توانید از دوربین CCD استفاده کنید که یک سرمایه گذاری کم هزینه به حساب می‌آید. در این حالت مهمترین مساله، سرعت اسکن کردن دوربین (با واحد فریم در ثانیه یا fps) و رزولوشن آن (با واحد مگاپیکسل) می‌باشد. دقت کنید کاربردهایی که دوربین‌های CCD برای آن‌ها مناسب هستند، می‌توان با دوربین‌های CMOS نیز پوشش داد، اما هزینه‌ی آن بیشتر خواهد شد.

دقت بسیار بالای دوربین‌های FPA این امکان را فراهم می‌کند که هم در هدایت ربات و هم در تصویربرداری پزشکی از آن‌ها استفاده شود.

اگر می‌خواهید دوربین شما جریان گرما را شناسایی و اندازه‌گیری کند، ما دوربین‌های میکروبلومتر را پیشنهاد می‌کنیم.

سطح عملکرد هر دوربین

در یک دوربین، نسبت به خود سنسور، قطعات الکترونیکی تاثیر کمتری بر عملکرد دارند.

برخی از دوربین‌ها رزولوشن تصویر خوبی دارند اما حساسیت آن‌ها پایین است و هیچ نوعی نویز حرارتی به دلیل حساسیت ضعیف سنسور ندارد.

در دوربین های دیگر، حساسیت بسیار بالایی برای ایجاد یک تصویر قابل دیدن در شرایط نور کم نیاز است و رزولوشن این دوربین‌ها چندان قابل توجه نیست و به دلیل حساسیت بالای سنسور، ریسک بالای نویز حرارتی وجود دارد.

در نهایت فراموش نکنید که لنزهای متصل شده به دوربین هم بسیار مهم هستند. کیفیت اپتیکال این لنزها، حداکثر دیافراگم و طول کانونی آن‌ها، تاثیری مستقیم بر کیفیت تصاویر ثبت شده روی سنسور می‌گذرد.

دوربین دید ماشینی Machine Vision Plus

معمولا قیمت با عملکرد دوربین‌ها رابطه‌ای مستقیم دارد.

عوامل موثر بر عملکرد دوربین:

٭ حساسیت (ISO).

٭ رزولوشن (پیکسل).

٭ سرعت (فریم در ثانیه).

٭ نویز حرارتی (از سنسور).

٭ فضای مورد نیاز.

دوربین هوشمند (Smart) چیست؟

دوربین هوشمند، دوربینی است که می‌تواند تصاویر را ثبت کرده و آن‌ها را تفسیر کند.

این دوربین‌ها معمولا مزایایی مازاد بر دوربین‌های دیگر دارند.

اول از همه، آن‌ها خودمختاری در پردازش و تفسیر تصاویر دارند (یعنی نیازی نیست که آن ها را به کامپیوتر متصل کنید).

علاوه بر این، بعد از تفسیر تصاویر، می‌توانند یک عملیات خودکار را کنترل کرده و در فرآیندی که بر آن نظارت می‌کند مداخله کنند.

در نهایت، این دوربین‌ها جمع و جور هستند و در نتیجه فضای زیادی هم اشغال نمی‌کنند و نصب آن‌ها در خطوط تولید بسیار ساده است.

دوربین هوشمند ETV

مزایای دوربین‌های هوشمند:

٭ خودمختاری (هوشمندی داخلی).

٭ پردازش تصویر به صورت داخلی.

٭ تفسیر تصویر به صورت داخلی.

٭ کنترل دیجیتال عملیات خودکار.

٭ فضای کمی نیاز دارد.

٭ نصب ساده.

روندهای جدید بازار

باید اشاره کرد که سنسورهای تصویر در سال‌های اخیر پیشرفت‌های قابل توجهی داشته است. یکی از روندهای موجود در بازار، دستیابی به پیکسل‌های بیشتر برای دستیابی به رزولوشن بهتر و همچنین حساسیت بالاتر (سنسورهای تصویر backlit) است. در حوزه تکنولوژی CCD، سنسورها به بهره‌وری بالاتری دست پیدا کرده‌اند و امکانات آن ها نزدیک به سنسورهای تکنولوژی CMOS شده است. در نتیجه رزولوشن تصویر افزایش پیدا کرده است اما محدودیت نویز حرارتی در نور پایین بیشتر شده است.

در مورد رابط موجود، مخابره‌ی داده‌ها با سرعت بیشتری از قبل انجام می‌شود. در نتیجه می‌توان تصاویر با رزولوشن بالا را بدون افت کیفیت، در مسافت‌ها و فواصل طولانی مخابره کرد و به اشتراک گذاشت، بدون آن که از محیطی صنعتی خارج شویم. یکی از روندهای بازار در سال‌های آتی، مخابره‌ی داده به صورت بی‌سیم، به طور مثال با وای‌فای خواهد بود.

در نهایت تقریبا اکثر تولیدکنندگان، امروزه دوربین‌های هوشمند را نیز در مجموعه‌ی محصولات خود قرار داده‌اند. این دوربین‌ها می‌توانند تصاویر را پردازش و تفسیر کرده و عملیات اتوماتیک را به شکل مستقیم کنترل کنند. این روند در بازار بسیار محبوب بوده و خودمختاری و هوشمندی بیشتری را به دوربین‌ها می‌بخشد.

دوربین دید ماشین Kappa

روندهای جدید دوربین‌ها در بازار:

٭ رزولوشن بالا.

٭ حساسیت بالا.

٭ ارتباط سریع‌تر.

٭ هوشمندی داخلی.

٭ خودمختاری.

٭ مینیاتوری و کوچک‌تر شدن دوربین‌ها.

بیشتر بخوانید: انتخاب سختی‌سنج مناسب

بیشتر بخوانید: انتخاب بالابر زنجیری مناسب

بیشتر بخوانید: انتخاب لیفتراک مناسب