머신 비전 시스템의 핵심 구성 요소 인 산업용 카메라는 머신 비전 시스템에서 그 중요성이 자명합니다. 다른 분류에 따라 카메라는 여러 유형으로 나뉩니다.
1. 컬러 카메라, 흑백 카메라 :
흑백 카메라는 빛의 강도 신호를 이미지 그레이 값으로 직접 변환하고 회색 이미지를 생성합니다. 컬러 카메라는 장면에서 빨간색, 녹색 및 파란색 구성 요소의 빛 신호를 획득하여 컬러 이미지를 출력 할 수 있습니다. 컬러 카메라는 흑백 카메라보다 더 많은 이미지 정보를 제공 할 수 있습니다. 컬러 카메라를 구현하는 두 가지 주요 방법, 프리즘 분광법과 Bayer 필터링이 있습니다. 프리즘 분광 컬러 카메라는 광학 렌즈를 사용하여 입사광의 R, G, B 성분을 분리하고, 3 개의 빛 신호를 3 개의 센서에서 전기 신호로 변환하고, 최종적으로 출력 디지털 신호를 합성하여 컬러 이미지를 얻습니다. .
2. CCD 카메라, CMOS 카메라
칩의 주요 차이점은 빛을 전기 신호로 변환하는 방식에 있습니다. CCD 센서의 경우 픽셀에 빛이 조사되고 픽셀이 전하를 생성하며,이 전하는 소량의 출력 전극을 통해 전달되어 전류, 버퍼 및 신호 출력으로 변환됩니다. CMOS 센서의 경우 각 픽셀은 자체적으로 전하를 전압으로 변환하는 동시에 디지털 신호를 생성합니다.
3. 대상 표면 유형별 분류 : 영역 스캔 카메라, 라인 스캔 카메라
카메라는 센서 기술뿐만 아니라 센서 아키텍처를 기반으로도 구분할 수 있습니다. 센서 아키텍처에는 영역 스캔과 라인 스캔의 두 가지 주요 센서가 있습니다. 에어리어 스캔 카메라는 일반적으로 출력이 모니터에 직접 표시되는 경우에 사용됩니다. Line scan 카메라는 연속 이동 물체 이미징 또는 연속 고해상도 이미징이 필요한 곳에 사용됩니다. 라인 스캔 카메라의 자연스러운 적용은 직물, 종이, 유리, 강판 등과 같은 정지 이미지 (웹 검사)에서 연속 제품을 이미지화하는 것입니다. 동시에 라인 스캔 카메라는 전자 산업의 비 정지 이미지 감지에도 적합합니다. 독일 Kappa 카메라와 마찬가지로 CCD 사양에 따라 라인 어레이와 영역 어레이로 나눌 수도 있습니다.
4. 출력 모드로 분류 : 아날로그 카메라, 디지털 카메라
카메라 데이터 출력 모드에 따라 아날로그 카메라와 디지털 카메라로 구분되며, 아날로그 카메라는 아날로그 신호를 출력하고 디지털 카메라는 디지털 신호를 출력합니다. 아날로그 카메라와 디지털 카메라를 더 세분화 할 수 있습니다. 예를 들어 독일 Kappa 카메라에는 USB 2.0 인터페이스, EE 1394 a / Fire Wire, Camera Link 인터페이스 및 Gigabit Ethernet 인터페이스도 포함됩니다. 아날로그 카메라는 프로그레시브 스캔과 인터레이스 스캔으로 구분되며 인터레이스 스캔 카메라에는 EIA, NTSC, CCIR, PAL 및 기타 표준 형식이 포함됩니다. 인터페이스 기술에 대한 자세한 소개는 획득 카드 및 획득 기술 섹션을 참조하십시오.
산업용 디지털 카메라를 선택할 때 물체 이미징의 속도를 충분히 고려해야합니다. 예를 들어, 촬영 과정에서 노출 중에 피사체가 움직이지 않는다고 가정하면 비교적 간단하고 저렴한 산업용 카메라를 사용할 수 있습니다. 정지 또는 느리게 움직이는 피사체의 경우 고정 또는 느리게 움직이는 피사체를 촬영하는 데 에어리어 스캔 산업용 카메라가 가장 적합합니다. 전체 영역을 한 번에 노출해야하므로 노출 시간 동안 움직임이 있으면 이미지가 흐려질 수 있지만 노출 시간을 줄이거 나 플래시를 사용하여 모션 블러를 제어 할 수 있습니다. 빠르게 움직이는 물체의 경우 움직이는 물체를 사용할 때 에어리어 스캔 산업용 카메라를 사용할 때는 노출 시간 동안 산업용 카메라에서 움직이는 물체의 수를 고려해야하며, 물체의 픽셀로 표현할 수있는 가장 작은 특징, 즉 물체 해상도도 고려해야합니다. 움직이는 물체의 이미지를 수집 할 때의 경험 법칙 즉, 수집 된 물체의 움직임이 1 픽셀 미만인 시간 내에 노출이 발생해야합니다. 수집 한 물체가 1cm / 초의 일정한 속도로 움직이고 물체 해상도가 1 픽셀 / mm로 설정된 경우 필요한 최대 노출 시간은 초당 1/10입니다. 물체가 카메라 센서에서 정확히 1 픽셀과 동일한 거리를 이동하기 때문에 최대 노출 시간을 사용하면 일정량의 흐림이 발생합니다. 이 경우 일반적으로 피사체가 반 픽셀 이내로 움직 이도록하기 위해 노출 시간을 최대 값 (예 : 초당 1/20)보다 빠르게 설정하는 경향이 있습니다. 동일한 물체가 1cm / 초의 속도로 움직이고 물체 해상도가 1 픽셀 / 미크론 인 경우 1 초에 필요한 최대 노출은 1/10000입니다. 노출 설정의 속도는 사용하는 카메라에 따라 다릅니다. 좋은 이미지를 얻기 위해 물체에 충분한 빛을 줄 수 있습니까?

다양한 유형의 디지털 카메라 렌즈에는 고유 한 특성을 가진 일련의 기술 사양이 있습니다 (관련 렌즈의 사양에서 찾을 수 있음). 여기서는 사진에서 자주 언급하고 이해해야하는 "가장 가까운 초점 거리"와 "가장 가까운 초점 거리"를 소개합니다. "최대 배율"의 두 가지 기술 사양은 나중에 렌즈의 다른 기술 사양에 소개됩니다.
내 이해로는 주로 초점 거리와 가장 가까운 초점 거리와 관련이 있습니다.

특정 응용 분야에 적합한 산업용 렌즈를 선택할 때 다음 요소를 고려해야합니다.
• 시야-이미지 영역의 크기.
• 작동 거리 (WD)-카메라 렌즈와 관찰되는 물체 또는 영역 사이의 거리.
• CCD- 카메라 이미징 센서 장치의 크기.
• 이러한 요소는 일관된 방식으로 처리되어야합니다. 물체의 너비를 측정하는 경우 수평 CCD 사양 등을 사용해야합니다. 측정 단위가 인치 인 경우 피트 단위로 계산 된 다음 밀리미터로 변환됩니다.

다음 예를 참조하십시오. 1/3”C- 마운트 CDD 카메라 (수평 4.8mm)가 있습니다. 물체에서 렌즈 전면까지의 거리는 12”(305mm)입니다. 시야 또는 물체의 크기는 2.5”(64mm)이고 변환 계수는 1”= 25.4mm (반올림)입니다.
 
FL = 4.8mm x 305mm / 64mm
FL = 1464mm / 64mm
FL = 23mm 렌즈에서 요구하는대로
FL = 0.19 인치 x 12 인치 / 2.5 인치
FL = 2.28 인치 / 2.5 인치
FL = 0.912 인치 x 25.4mm / 인치
FL = 23mm 렌즈에서 요구하는대로
참고 : 작동 거리를 물체에서 이미지까지의 거리와 혼동하지 마십시오. working distance는 렌즈 전면에서 관찰되는 물체까지의 거리입니다. 물체에서 이미지까지의 거리는 CCD 센서와 물체 사이의 거리입니다. 렌즈의 필요한 초점 거리를 계산할 때 작동 거리를 사용해야합니다.

머신 비전 프로젝트에서 산업용 렌즈는 중요한 구성 요소 중 하나이므로 머신 비전 솔루션을 결정할 때 산업용 렌즈를 어떻게 선택해야합니까?

1. 고객의 머신 비전 솔루션에 필요한 렌즈 시야, 광학 배율 및 작동 거리를 명확히합니다.
산업용 렌즈를 선택할 때 일반적으로 모션 제어를 용이하게하기 위해 테스트 대상 물체보다 시야가 약간 더 큰 렌즈가 선택됩니다.

2. 피사계 심도 요구 사항 :
피사계 심도 요구 사항의 경우 조리개는 가능한 한 작아야합니다. 배율을 선택하려면 프로젝트 허가에 따라 가능한 한 낮은 배율의 산업용 렌즈를 사용하십시오. 프로젝트 요구 사항이 더 엄격하다면, 저는 피사계 심도가 높은 정교한 산업용 렌즈를 선택하는 경향이 있습니다.

3. 카메라 칩 크기 및 카메라 인터페이스 :
각 렌즈는 일치하는 카메라 인터페이스와 칩 크기 사양을 가지고 있습니다. 예를 들어 2/3 "산업용 렌즈는 2/3"의 가장 큰 산업용 카메라 경사면을 지원하며 1 "이상의 산업용 카메라는 지원할 수 없습니다.

4. 광원과의 조화에주의를 기울이고 적합한 산업용 렌즈를 선택하십시오.
다양한 사양의 렌즈에는 선택할 수있는 일치하는 광원이 있습니다.

5. 고객의 설치 환경 :
대체 솔루션의 경우 고객이 장비의 크기를 변경하는 것은 비현실적이며, 광학 매개 변수가 비슷하고 크기가 다른 렌즈는 필요에 따라 선택할 수 있습니다.

       머신 비전 기술은 컴퓨터 과학의 중요한 분야로 광학, 기계, 전자, 컴퓨터 소프트웨어 및 하드웨어와 같은 기술을 통합하고 컴퓨터, 이미지 처리, 패턴 인식, 인공 지능, 신호 처리, 광 기계 통합 등을 포함합니다. 영역. 초기 개발 이후 20 년 이상의 역사를 가지고 있으며 산업 자동화, 특히 현재의 디지털 이미지 센서, CMOS 및 CCD 카메라, DSP, FPGA, ARM 및 기타 임베디드의 개발과 함께 기능과 응용 프로그램이 점차 향상되고 촉진되었습니다. 기술, 이미지 처리 및 패턴 인식 기술의 급속한 발전은 머신 비전의 발전을 크게 촉진했습니다.

       요컨대, 머신 비전은 인간의 눈 대신 기계를 사용하여 다양한 측정과 판단을 내리는 것입니다. 생산 라인에서 이러한 측정과 판단을하는 사람들은 피로와 개인 간의 차이로 인해 오류와 오류를 일으키지 만 기계는 지칠 줄 모르고 꾸준히 작동합니다. 일반적으로 머신 비전 시스템에는 조명 시스템, 렌즈, 카메라 시스템 및 이미지 처리 시스템이 포함됩니다. 각 애플리케이션에 대해 시스템의 작동 속도와 이미지 처리 속도, 컬러 또는 흑백 카메라 사용 여부, 감지 대상의 크기 또는 감지 대상에 결함이 있는지 여부, 필요한 시야각, 해상도가 필요한 정도 및 대비가 필요한 정도를 고려해야합니다. 기다림. 기능적 관점에서 일반적인 머신 비전 시스템은 이미지 획득 부분, 이미지 처리 부분 및 모션 제어 부분으로 나눌 수 있습니다.

 완전한 머신 비전 시스템의 주요 작업 프로세스는 다음과 같습니다.
       1. 공작물 포지셔닝 감지기는 물체가 카메라 시스템의 시야 중심으로 이동했음을 감지하고 트리거 펄스를 이미지 획득 부분으로 보냅니다.
       2. 영상 획득 부는 미리 설정된 프로그램과 지연에 따라 카메라와 조명 시스템에 각각 시작 펄스를 보냅니다. 
       3. 카메라가 현재 스캔을 중지하고 새 프레임 스캔을 다시 시작하거나 카메라가 시작 펄스가 도착하기 전에 대기 상태에 있고 시작 펄스가 도착한 후 프레임 스캔을 시작합니다. 
       4. 카메라가 새 프레임 스캔을 시작하기 전에 노출 메커니즘을 열면 노출 시간을 미리 설정할 수 있습니다.
       5. 또 다른 시작 펄스가 조명을 켭니다. 조명이 켜지는 시간이 카메라의 노출 시간과 일치해야합니다.
       6. 카메라가 노출 된 후 이미지 프레임의 스캔 및 출력이 공식적으로 시작됩니다. 
       7. 영상 획득 부는 아날로그 비디오 신호를 수신하여 A / D를 통해 디지털화하거나 카메라에서 디지털화 된 디지털 비디오 데이터를 직접 수신합니다. 
       8. 이미지 획득 부분은 프로세서 또는 컴퓨터의 메모리에 디지털 이미지를 저장합니다. 
       9. 프로세서는 측정 결과 또는 논리 제어 값을 얻기 위해 이미지를 처리, 분석 및 인식합니다.

       10. 처리 결과는 파이프 라인의 이동을 제어하고 위치를 결정하며 이동 오류를 수정합니다.

       위의 워크 플로에서 머신 비전이 비교적 복잡한 시스템임을 알 수 있습니다. 대부분의 시스템 모니터링 개체는 움직이는 물체이기 때문에 시스템과 움직이는 물체 사이의 일치 및 조정 된 동작이 특히 중요하며, 이는 시스템의 각 부분의 동작 시간과 처리 속도에 엄격한 요구 사항을 부과합니다. 로봇, 비행 물체 안내 등과 같은 일부 응용 분야에서는 전체 시스템 또는 시스템 일부의 무게, 부피 및 전력 소비에 대한 엄격한 요구 사항이 있습니다.

머신 비전 시스템의 장점은 다음과 같습니다.
       1. 비접촉 측정은 관찰자와 관찰자에게 어떠한 손상도 일으키지 않으므로 시스템의 신뢰성이 향상됩니다.
       2. 그것은 사람의 눈에 보이지 않는 적외선 측정을 사용하는 것과 같이 넓은 스펙트럼 응답 범위를 가지고있어 사람의 눈의 가시 범위를 확장합니다.

       3. 장시간 안정적으로 작업 할 경우 인간이 동일한 물체를 장시간 관찰하기는 어렵지만 머신 비전은 측정, 분석 및 인식 작업을 장시간 수행 할 수 있습니다.

       머신 비전 시스템의 응용 분야는 점점 더 넓어지고 있습니다. 산업, 농업, 국방, 교통, 의료, 금융, 스포츠, 엔터테인먼트, 기타 산업 분야에서 널리 사용되고 있으며 우리 생활, 생산, 일의 모든 측면에 침투했다고 말할 수 있습니다.

       산업용 렌즈는 산업용 카메라의“눈”입니다. 깨끗한 화질은 렌즈를 깨끗하게 유지해야만 얻을 수 있습니다. 카메라가 작동 할 때 필연적으로 렌즈에 지문과 먼지가 더러워집니다. 제 시간에 청소하지 않으면 렌즈 코팅이 침식 될 수도 있습니다. 바닥. 렌즈에 묻은 먼지를 청소할 때는 불기, 솔질, 닦는 작업 순서를 따라야합니다.

도구 / 재료
       콤비네이션 1, 에어 블로잉 + 브러시 + 초소형 부직포 렌즈 용지.
       조합 두, 공기 불어 + 브러시 + 초 미세 섬유 렌즈 천 + 전문 세척액.
       조합 세, 먼지 제거 압축 공기 탱크 + 초 미세 섬유 렌즈 천 + 전문 청소 액체 + 짧은 면봉.
 
단계 / 방법
       1. 먼지 제거를 위해 공기 송풍 또는 압축 공기 캐니스터를 사용하여 렌즈에서 큰 먼지 입자를 불어 내십시오.
       2. 브러시를 사용하여 먼지를 위에서 아래로 부드럽게 털어냅니다.
       3. 더 잘 지워지지 않는 얼룩이 생기면 초극세 부직포 렌즈 용지 또는 초극세 섬유 렌즈 천을 사용하여 중앙에서 주변으로 나선형 바깥 쪽 순서로 닦으십시오.

       4. 줌 링과 초점 링의 가동 부분과 렌즈의 스위치 버튼은 소량의 렌즈 세정액에 적신 짧은 면봉을 사용하여 닦습니다.

지침:
       1. 저가형 렌즈 용지, 렌즈 천 등을 사용하면 먼지 나 보푸라기가 발생할뿐만 아니라 다른 먼지 자체도 유지되며 반복적으로 닦으면 렌즈 유리가 긁힐 수 있습니다.
       2. 열등한 고무로 에어 블로잉하는 경우 노화 및 접착력이 약하고, 일부는 성형 제조시 탈컴 파우더 이형 성형 공정을 사용하여 청소 된 부분에 원래의 먼지를 불어 넣어 장비에 2 차적인 손상을 입힐 수 있습니다. 타락.
       3. 보통의 얼룩은 초극세 부직포 렌즈 종이나 초극세 섬유 렌즈 천으로 직접 닦을 수 있으며, 얼룩이 심할 경우 전문 세정액으로 닦으십시오.

       제조에서 CCD와 CMOS의 주요 차이점은 CCD는 반도체 단결정 재료에 집적되고 CMOS는 금속 산화물이라고하는 반도체 재료에 집적되어 있다는 것입니다. 작동 원리에는 본질적인 차이가 없습니다. Sony 및 Panasonic과 같은 소수의 CCD 제조업체 만이이 기술을 익혔습니다. 더욱이 CCD 제조 공정이 더 복잡하고 CCD를 사용하는 카메라의 가격이 상대적으로 비쌉니다. 사실, 기술 변화 이후 CCD와 CMOS의 실제 효과 사이의 차이가 많이 줄어 들었습니다. 또한 CMOS의 제조 비용과 전력 소비가 CCD보다 훨씬 낮기 때문에 많은 카메라 제조업체가 CMOS 감광 소자를 사용합니다. 이미징 측면 : CCD 이미징 투과성 및 선명도는 동일한 픽셀에서 매우 우수하며 기본적으로 정확한 색 재현 및 노출을 보장 할 수 있습니다. 그러나 CMOS 제품은 평균 투과율, 실제 물체에 대한 색 재현 능력이 약하고 노출이 약한 경향이 있으며, 자체 물리적 특성으로 인해 CMOS와 CCD의 이미지 품질 사이에는 여전히 일정한 거리가 있습니다. 그러나 저렴한 가격과 높은 집적도로 인해 카메라 분야에서 널리 사용되었습니다.

       CCD는 비교적 성숙한 이미징 장치이며 CMOS는 미래의 이미징 장치로 간주됩니다. CMOS 구조가 비교적 단순하고 기존의 대규모 집적 회로 생산 공정과 동일하기 때문에 생산 비용을 절감 할 수 있습니다. 원칙적으로 CMOS 신호는 포인트 단위의 충전 신호이고 CCD는 동작 단위의 전류 신호이며 전자는 더 민감하고 빠르며 전력 효율이 높습니다. 현재의 고급 CMOS는 일반 CCD보다 나쁘지는 않지만 CMOS 프로세스는 그다지 성숙하지 않으며 일반 SMOS는 일반적으로 해상도가 낮고 이미징이 불량합니다.

       CCD 또는 CMOS, 기본적으로 둘 다 실리콘 포토 다이오드를 사용하여 빛을 전기로 변환합니다. 이 변환의 원리는 "태양 광"을 손에 들고있는 컴퓨터의 "태양 전지"효과와 유사합니다. 빛이 강할수록 전기가 강해집니다. 반대로 빛이 약할수록 전기가 약해집니다. 빛 이미지는 다음과 같이 변환됩니다. 전자 디지털 신호.

       CCD와 CMOS의 구조를 비교하면 ADC의 위치와 개수가 가장 큰 차이입니다. 간단히 말해서, 이전 강의 "CCD 감광 소자의 작동 원리 (1 부)"에서 언급 한 내용에 따르면. CCD가 노출 될 때마다 셔터가 닫힌 후 픽셀 전송 프로세스가 수행되고 각 행의 각 픽셀 (픽셀)의 전하 신호가 순차적으로 "버퍼"로 전달되어 하단에있는 라인으로 안내되어 증폭을 위해 CCD 옆에있는 증폭기로 출력됩니다. , 그런 다음 ADC 출력을 직렬로 연결합니다. 비교적으로 CMOS 설계의 각 픽셀은 ADC (증폭 및 아날로그 디지털 신호 변환기)에 직접 연결되어 신호가 직접 증폭되어 디지털 신호로 변환됩니다.

두 가지의 장단점 비교

CCD 및 CMOS

       구조의 기본적인 차이로 인해 둘 사이의 성능 차이를 나열 할 수 있습니다. CCD의 특징은 전송 중에 왜곡없이 신호를 완전히 유지하는 것입니다 (전용 채널 설계). 통합 처리를 위해 각 픽셀을 단일 증폭기로 수집하여 데이터의 무결성을 유지할 수 있으며 CMOS 프로세스가 비교적 간단하고 전용 채널이 없습니다. 디자인하므로 먼저 확대 한 다음 각 픽셀의 데이터를 통합해야합니다.

       전반적으로 CCD 및 CMOS 설계의 적용은 이미징 효과를 반영하므로 ISO 감도, 제조 비용, 해상도, 노이즈 및 전력 소비를 비롯한 다양한 유형의 차이가 발생합니다.

       ISO 감도 차이 : CMOS의 각 픽셀에는 증폭기와 A / D 변환 회로가 포함되어 있기 때문에 너무 많은 추가 장치가 단일 픽셀의 감광 영역의 표면적을 압축하므로 동일한 픽셀에서 동일한 크기의 센서, CMOS 감도 CCD보다 낮을 것입니다.

       비용 차이 : 반도체 산업에서 일반적으로 사용되는 MOS 프로세스의 CMOS 응용 프로그램은 모든 주변 설비를 한 번에 단일 칩에 통합하여 칩 처리 비용과 수율 손실을 줄일 수 있습니다. 비교적 CCD는 전하 전송을 사용하여 정보를 출력하므로 별도로 개발해야합니다. 전송 채널에서 픽셀 장애 (Fail)가 발생하면 전체 신호 행이 혼잡 해 전송이 불가능하므로 CCD의 수율이 CMOS보다 낮습니다. 또한 전송 채널이 추가되고 ADC 및 기타 주변 장치 인 CCD가 추가됩니다. 제조 비용은 CMOS보다 상대적으로 높습니다.

       해상도 차이 : "감도 차이"의 첫 번째 포인트에서 CMOS의 각 픽셀 구조가 CCD보다 복잡하기 때문에 감광 조리개가 CCD만큼 크지 않습니다. 같은 크기의 CCD와 CMOS 감광체를 비교할 때 CCD 감광체 분석 정도는 일반적으로 CMOS보다 낫습니다. 그러나 크기 제한을 초과하면 업계의 현재 CMOS 감광성 원본은 1,400 만 화소 / 풀 프레임 설계에 도달 할 수 있습니다. CMOS 기술의 볼륨 속도 이점은 대형 감광성 원본, 특히 전체 필름 제조의 어려움을 극복 할 수 있습니다. 너비는 24mm x 36mm입니다.

       노이즈 차이 : CMOS는 각 감광 다이오드 옆에 ADC 증폭기가 장착되어 있으므로 메가 픽셀 단위로 측정하면 100 만 개 이상의 ADC 증폭기가 필요합니다. 균일하게 제조 된 제품이지만 각 증폭기에는 더 많은 적어도 약간의 차이가 있고 증폭 및 동기화 효과를 얻기가 어렵고 단일 증폭기의 CCD에 비해 CMOS가 마침내 더 많은 노이즈를 계산합니다.

       전력 소비 차이 : CMOS 이미지 전하 구동 방식이 활성화되고 포토 다이오드에서 생성 된 전하가 바로 옆에있는 트랜지스터에서 증폭되어 출력되지만 CCD는 패시브이며 각 픽셀에서 전하를 만들기 위해 전압을인가해야합니다. 전송 채널로 이동합니다. 인가 전압은 일반적으로 12V 이상이어야하므로 CCD는보다 정밀한 전원 공급 회로 설계와 내전압이 필요하며 높은 구동 전압은 CCD의 전력을 CMOS보다 훨씬 높게 만듭니다.