در جنگل انتخاب

در جنگل انتخاب

در این مطلب از سایت نوین ایلیا صنعت میخواهیم به شما در یک انتخاب مناسب کمک کنیم پس با مطلب در جنگل انتخاب همراه ما باشید.

در جنگل انتخاب دوربین- چگونه میتوانم دوربین مناسب خود را برای سیستم پردازش تصویر پیدا کنم؟

در مواجهه با چالش طراحی یک سیستم پردازش تصویر، شما ممکن است خود را در جنگلی واقعی از گزینه‌ها در میان طیف گیج کننده‌ای از مدل‌های دوربین، خواص مربوطه، و یژگی‌های مفید و برنامه‌های کاربردی پیدا کنید. آنچه اکنون شما نیاز دارید؛ یک راهنما است. کسی که در مسیر، بوته‌ها را کوتاه کند و تا رسیدن شما به پایان سفر تصمیم گیری برای انتخاب دوربین مناسب ماشین بینایی در کنار شما باشد . با ما در اکتشاف گام به گام تمام معیارهای مربوطه همراه باشید. این امر به شما برای تصمیم‌گیری درست در یک زمان، جهت انتخاب بهترین تجهیزات نسبت به نیازهای شما کمک میکند با چشمی باز شروع کنید. از خود این دو سؤال را بپرسید:

• چه چیزی را میخواهم با دوربین ببینم؟
• چه ویژگی برای دوربین من، جهت ارائه دقیق اطلاعات لازم است؟

قبل از ورود به بحث اطلاع داشته باشید که در حوزه پردازش تصویر، مرکز کنترل سیستم پردازش تصویر جهت بالا بردن کیفیت دارای نقش مهمی می باشد.

پاسخ‌ها معمولا باعث ایجاد یک راهنمای اولیه خوب و در جهت یکی از این دو گزینه خواهد بود:

‌

[sliding_box image=”19646″ title=”دوربینهای شبکه (IP)”]

[sliding_box image=”19647″ title=”دوربینهای صنعتی (MV)”]

دوربین‌های شبکه، فیلم ضبط می‌کنند. آن‌ها اغلب در کاربردهای قدیمی نظارت و در ترکیب با دوربین‌های صنعتی استفاده می‌شوند.

برخی از ویژگی‌های معمولی این دوربین‌ها:
• اغلب در جعبه‌هایی قرار داده شده‌اند که نسبت به تکان و آب‌وهوای خشن، مقاوم است. آن‌ها برای استفاده در داخل یا خارج از خانه مناسب هستند.
• انواع توابع مانند: حالت شب/روز و فیلترهای ویژه‌ی فروسرخ، باعث ارائه کیفیت تصویر فوق‌العاده حتی در شرایط آب‌وهوای نامناسب و نور بسیار ضعیف می‌شود.
• آن‌ها تصاویر ضبط‌شده‌ی خود را فشرده می‌کنند. این حجم از اطلاعات را حتی می‌توان در دوربین، ذخیره نمود. با اتصال به یک شبکه، از لحاظ تئوری تعداد نامحدودی از کاربران می‌توانند به دوربین دسترسی داشته باشند.

در مقابل، دوربین‌های صنعتی:
• تصاویر را به‌صورت غیر فشرده (خام) و مستقیم به رایانه ارسال می‌نمایند؛ پس‌ازآن، رایانه مسئول پردازش حجم نسبتاً زیادی از اطلاعات است. مزیت این روش، آن است که هیچ داده‌ای از تصویر از دست نمی‌رود.
• دوربین‌های صنعتی شامل دو فناوری هستند: دوربین‌های اسکن منطقه‌ای و خطی (Area & Line scan). آن‌ها تصاویر را به‌گونه‌ای متفاوت که وابسته به نوع کاربرد بینایی ماشین است؛ ضبط می‌کنند.

گردش: دوربین‌های اسکن خطی و اسکن منطقه‌ای چگونه تصاویر را ضبط می‌نمایند؟!

تصویر از تعداد مشخصی خط تشکیل‌شده است.

دوربین‌های اسکن منطقه‌ای، دارای سنسوری مستطیل شکل با خطوط متعدد از پیکسل‌ها هستند که هم‌زمان در معرض نور قرار می‌گیرند. درنتیجه داده‌های تصویر در یک گام ساده ثبت می‌شوند.  همچنین در راهی مشابه، پردازش می‌شوند.

در مقابل دوربین‌های اسکن خطی، از سنسوری متشکل تنها از ۱، ۲ و یا ۳ خط  پیکسل تشکیل‌شده‌اند. داده‌های تصویری به‌صورت خط به خط ضبط می‌گردند؛ با این خطوط، نهایتاً تصویری کامل تولید می‌گردد. این سؤال که آیا دوربین اسکن منطقه‌ای و یا خطی باید استفاده شود؛ وابسته به برنامه‌ی کاری شما و الزامات آن است.

دوربین‌های اسکن منطقه‌ای، معمولاً در گزینه‌های مختلف صنعتی مانند: علوم پزشکی و زیست شناسی، ترافیک و حمل‌ونقل و یا در امنیت و نظارت، اغلب به‌عنوان یک مکمل برای دوربین‌های شبکه مورداستفاده قرار می‌گیرند.

دوربین‌های اسکن خطی، برای بازرسی محصولات، زمانی که از روی کانوایر منتقل می‌شوند؛ در سرعت‌های بسیار سریع، استفاده می‌گردند. این اسکن، شامل صنایع معمولی مانند: چاپ، مرتب‌سازی و بسته‌بندی، مواد غذایی و آشامیدنی و انواع کاربردهای بازرسی سطح است.

دوربین‌های شبکه برای انواع بازرسی از کنترل فرایند خطوط حمل‌ونقل و دستگاه‌های بسته‌بندی و تولید تا دستگاه‌های نظارت بر ترافیک مورداستفاده قرار می‌گیرند. آن‌ها معمولاً در مکان‌هایی مانند بانک‌ها، دانشگاه‌ها، شرکت‌ها، ساختمان‌های عمومی و همچنین در تدارکات و مراکز حمل‌ونقل مانند بندرها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تصمیم شماره ۲: دوربین تک‌رنگ یا رنگی؟

ارتباط میان تصمیم نسبتاً ساده و جواب، توسط پاسخ به سوال رو برو روشن می‌شود. نوع کاربرد شما چیست؟ عکسی که شما نیاز دارید دارای چه خصوصیتی است؟ آیا شما به‌عکس رنگی برای سنجش اطلاعات نیازمند هستید یا آنکه تصاویر تک‌رنگ برای شما کافی هستند؟ اگر رنگ اجباری نباشد؛ درنتیجه دوربینی تک‌رنگ به ‌طورمعمول انتخاب بهتری است؛ چراکه آن‌ها دارای حساسیت بیشتری هستند و جزئیات تصویر را دقیق‌تر ارائه می‌کنند. برای بسیاری از برنامه‌های کاربردی، به ‌عنوان‌مثال در سامانه ترابری هوشمند، اغلب ترکیبی از دوربین‌های سیاه‌وسفید و رنگی برای برآوردن نیازهای قانون خاص ملی، مورد استفاده قرارگرفته‌اند.

تصمیم شماره ۳: نوع سنسور، فناوری شاتر، نرخ فریم

در جنگل انتخاب

این مرحله شامل انتخاب سنسور مناسب، ساخته‌شده از فناوری CMOS یا CCD، انتخاب نوع فناوری شاتر: سراسری (global) یا پلکانی (rolling) است. پارامتر بعدی توجه به نرخ فریم است؛ نرخ فریم به معنای: تعداد تصاویری است که دوربین در هر ثانیه، تصویر برداری می‌کند.

برای دوربین‌های اسکن منطقه‌ای این حجم می‌تواند، تا حد زیادی وابسته به رابط و یا اینکه، آیا نرخ پایین ۱۰ فریم در ثانیه و یا  سرعت‌بالا (سریع) ۳۴۰ فریم در ثانیه، استفاده شود؛ متفاوت است. نرخ فریم فقط  وابسته به سوژه‌ای است که دوربین در سیستم پردازش تصویر باید ثبت نماید.

تصمیم شماره ۴: وضوح، سنسور، اندازه پیکسل

وضوح

رابطه‌ای بسیار قوی بین این سه فاکتور وجود دارد (که به‌زودی در همین مقاله توضیح داده خواهد شد)

به دنبال مشخصات دوربین هستید که عبارت ۱۰۸۸×۲۰۴۸ را می‌خوانید. دقیقاً این عبارت به شما چه چیزی می‌گوید؟ این توصیفی از تعداد پیکسل در هر خط -در این مورد ۲۰۴۸ پیکسل برای خطوط افقی و ۱۰۸۸ پیکسل برای خطوط عمودی- است. ضرب این دو باهم، وضوح ۲،۲۲۸،۲۲۴ یا 2.2 مگا پیکسل (میلیون پیکسل، یا MP به‌اختصار) را نشان می‌دهد.

برای تعیین وضوح موردنیاز شما، انجام برخی از عملیات ساده ریاضی، فوراً به شما کمک خواهد کرد:

وضوح= (اندازه تصویر)\(اندازه جزئیات که باید مورد بازرسی قرار بگیرند)

انواع سنسور

گردش : CCD یا CMOS؟

تفاوت اساسی در میان فناوری دو سنسور، در تکنولوژی ساخت آن‌ها است.

در تراشه‌های CMOS، قسمت الکترونیکی که نور (به‌طور خاص: فوتون‌ها) را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند؛ مستقیماً بر روی سطح حسگر قرارگرفته‌اند. این امر سبب شده است که این نوع از حسگرها سریع باشند و به‌سرعت داده تصویر را تولید نمایند. حسگرهای CMOS به‌طور گسترده در بازار خانگی، مانند تولید دوربین‌های SLR مورداستفاده قرار می‌گیرند.

سنسورهای CCD از کل سطح حسگر برای به دست آوردن نور، بدون وجود قطعه مبدل الکترونیکی که بر روی سطح حسگر قرارگرفته باشد؛ استفاده می‌کنند. این امر سبب می‌شود که فضای خالی بیشتری برای دریافت نور در سطح حسگر باشد؛ که این به معنای جذب بیشتر نور است. حسگرهایی با این فناوری درنتیجه دارای حساسیت بسیار بالا نسبت به نور هستند؛ سود بزرگ در کارهایی با نور کم مانند ستاره‌شناسی مشخص می‌گردد. حسگرهای CCD کیفیت تصویر فوق‌العاده‌ای در کارهای کندتر ارائه می‌کنند. اگرچه معماری آن‌ها به گونه‌ای است که برای انتقال و پردازش تصویر به‌طور فزاینده‌ای، ایجاد محدودیت کرده است.

در طول این سال‌ها، فناوری CMOS تا حدی پیشرفت کرده است که در حال حاضر این فناوری تقریباً برای تمام برنامه‌های پردازش تصویر مناسب است. حسگرهای CMOS ویژگی‌های زیر را ارائه می‌نمایند:

[ihe-vc hover_effect=”square effect3 bottom_to_top” image_id=”23314″ title=”حسگر CCD در کنار حسگر CMOS در دوربین اسکن منطقه‌ای”]

• عملکرد قوی
• نرخ بالای تصویر
• کیفیت بالا
• مصرف کم انرژی
• بازده کوانتومی خوب

گردش: CCD یا CMOS؟

شاترهای سراسری (global) و پلکانی (rolling) چگونه کار می‌کنند؟

این ویژگی‌ها  به آن‌ها در تسخیر جایگاه‌هایی که قبلاً توسط سنسورهای CCD تحت سلطه درآمده بودند؛ کمک کرد. یکی از ویژه‌های ارزشمند نسل امروز CMOS، نرخ بالای تصویر، بدون ایجاد افت کیفیت در تصویر است.

روند موجود در بازار سنسورها به‌طور فزاینده‌ای به سمت CMOS است. به‌ویژه پس از سونی -یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان سنسور CCD- که اعلام نموده است که تولید سنسور CCD را متوقف خواهد نمود.

فناوری‌های شاتر

این مرحله شامل انتخاب سنسور مناسب، ساخته‌شده خواه از CMOS یا CCD و انتخاب نوع روش شاتر: شاتر سراسری (global) یا پلکانی (rolling) است. توجه بعدی، انتخاب نرخ فریم است که به معنای: تعداد تصاویری است که دوربین در هر ثانیه، تصویر برداری می‌کند.

شاتر پلکانی، تصویر را خط به خط در معرض نور قرار می‌دهد. وابسته به زمان نوردهی انتخاب‌شده، اعوجاج -اثر شاتر پلکانی- می‌تواند رخ دهد. بااین‌حال، هیچ نیازی به کنار گذاشتن شاتر پلکانی نیست؛ چراکه در بسیاری از کارها با تنظیم زمان درست نوردهی و استفاده از یک فلش خارجی، می‌توان این عیب را برطرف نمود.

شاتر سراسری به نور اجازه می‌دهد؛ تا نور در یک‌لحظه به‌کل سطح سنسور تابانده شود. شاتر سراسری، انتخابی بهینه برای اموری است که در آن اشیاء با سرعت‌بالا در حال حرکت هستند. مانند: امورحمل‌ونقل، تدارکات،  بازرسی نشریات و …

نرخ فریم

مترادف با  فریم در ثانیه یا fps: نرخ خط(line rate) یا فرکانس خط(line frequency) در دوربین‌های اسکن خطی استفاده می‌شود. نرخ فریم، تعداد بیشینه ضبط و انتقال تصاویر توسط سنسور را معین می‌کند.

نرخ فریم بالاتر، سنسور سریع‌تر.

=> حسگری سریع‌تر، تصاویر بیشتری در هر ثانیه ضبط می‌کند.

=> تصاویر بیشتر، حجم بیشتر داده.

گردش: چگونه وضوح موردنیاز خود را تشخیص دهیم؟

فرض کنید شما نیازمند داشتن تصویری دقیق از رنگ چشم یک فرد تقریباً دومتری در حالت ایستاده در یک نقطه خاص هستید:

برای تشخیص واضح جزئیات به اندازه ۱ میلی‌متر، شما نیازمند وضوح ۴مگا پیکسل هستید.

اندازه پیکسل و سنسور:

واقعیت # ۱: اول، قسمت آسان آن: حسگر بزرگ و پیکسل با سطوح بزرگ می‌توانند، نور بیشتری ذخیره نمایند. نور، سیگنال استفاده‌شده توسط حسگر برای تولید و پردازش داده‌های تصویر است. تا اینجا، به همین سادگی است. حالا با ما بمانید: سطح موجود بیشتر دارای نسبت بهتر سیگنال به نویز (SNR)، به‌ویژه برای پیکسل‌های بزرگ با اندازه 3.5 میکرومتر یا بیشتر است. مقدار بالای SNR به معنای کیفیت بیشتر تصویر است. مقدار ۲۴ برای SNR یک نتیجه مطلوب است.

واقعیت # ۲: حسگر بزرگ‌تر فضای بیشتری برای جاگیری پیکسل‌ها  محیا می‌کند که این خود سبب وضوح بالاتر می‌شود. سود واقعی، بدین شکل است که هر پیکسل به اندازه کافی بزرگ خواهد بود که SNR مطلوبی –برخلاف بیشتر حسگرهای کوچک- تولید می‌کند. هنگامی‌که فضای کمتری در دسترس است؛ درنتیجه پیکسل‌ها کوچک‌تر خواهند بود.

واقعیت # ۳: حسگرهای بزرگ و شمار زیادی از پیکسل‌های بزرگ تا زمانی که فرآیند دریافت نور درست نباشد؛ کمکی به ما نخواهند کرد. آن‌ها فقط زمانی می‌توانند از پتانسیل کامل خود بهره‌مند شوند؛ که از یک عدسی (لنز) مناسب با وضوح‌بالا استفاده نمایند.

واقعیت # ۴:  حسگرهای بزرگ، همیشه گران‌تر هستند؛ چراکه فضای بیشتر به معنای سیلیکون بیشتر است.

تصمیم شماره ۵: رابط‌ها و اندازه بدنه‌ی دوربین

رابط (interface)

رابط دارای نقش ارتباطی -ارسال داده‌ی تصویر از سخت‌افزار(حسگر دوربین) به نرم‌افزار(اجزایی که پردازش تصاویر انجام می‌دهند)- بین دوربین و رایانه را ایفا می‌کند؛ پیدا کردن بهترین رابط برای کار شما به معنای پیدا کردن تعادلی مطلوب از عملکرد، هزینه‌ها و سطح اطمینان با سنجش یک سری از عوامل در برابر یکدیگر است.

با توجه به خواسته کاریتان، شما می‌توانید بین CameraLink، GigE و یا USB 3.0 برای یافتن بهترین مشخصات اقدام نمایید. که این امر جهت ارسال داده تصاویر از دوربین به رایانه با سرعت و امنیت کافی انجام می‌گردد.

گردش: استانداردها و فناوری‌های رابط

GigEVision،USB3Vision و CameraLink فناوری‌های استاندارد موجود هستند که سازگاری رابط دوربین با اجزای مشخص‌شده‌ و ابزارها را تضمین می‌نمایند. هرکدام از این استانداردها مطابق نیازی خاص مانند: پهنای باند، تنظیم چند دوربین و طول کابل طراحی‌شده‌اند. برای مثال: FireWire و USB2.0 فناوری‌های قدیمی‌تری هستند که به خاطر محدودیت‌های خود برای پردازش تصویر نوین توصیه نمی‌شوند.

در جنگل انتخاب

بدنه‌ی دوربین

به‌طور مستقیم،  انتخاب رابط با اندازه بدنه دوربین در ارتباط است. این مسئله ازنظر یکپارچه‌سازی کلی  سیستم بینایی بسیار مهم است. در برنامه‌هایی که  دوربین‌ها در کنار یکدیگر سازمان‌یافته‌اند (شناخته‌شده به‌عنوان multi-camera setups) هر میلی‌متر از فضا مهم است.

مسئله‌ی اندازه، بخصوص در تنظیم چندین دوربین

تصمیم شماره ۶: ویژگی‌های مفید دوربین

تمام دوربین‌های باسلر مجهز به ویژگی‌هایی مفید، برای افزایش کیفیت تصویر هستند.

زمانی که در حال طراحی سیستم پردازش تصویر خود هستید، شما احتمالاً با این سه ویژگی کلیدی روبرو خواهید شد:

AOI (محدوده مورد نظر)

این امکان به شما دسترسی می‌دهد تا مناطق مجزایی را درون فریم تصویر انتخاب نمایید. مزیت این کار این خواهد بود که شما فقط قسمتی از تصویر را پردازش می‌کنید که مرتبط با هدف شما است. لذا این امر سبب بالا رفتن سرعت سیستم و دریافت اطلاعات از دوربین می‌‌شود. جهت اطلاع بیشتر می توان مطلب ROI را از همین وب سایت نیز مطالعه نمایید.

Autofeatures (تنظیم خودکار)

دوربین‌های باسلر ویژگی‌های خاصی از جمله: تنظیم خودکار اکسپوژر و بهره (Gain)  را در اختیار شما قرار می‌دهند. به‌وسیله تنظیم خودکار بهره و اکسپوژر، تصویر شما همیشه روشنایی نسبتاً ثابتی در شرایط مختلف نوری خواهند داشت.

Sequencer

Sequencer برای خواندن دسته تصویر از یک دنباله (Sequence) مورد استفاده قرار می‌گیرد. این بدان معنی است که AOIهای  مختلفی قابل برنامه‌ریزی هستند و توسط Sequencer بصورت خودکار و پی‌درپی خوانده می‌شوند.

آیا مسیر پیش‌رو را واضح می‌بینید؟

تقریبا به هدف رسیده‌اید! بعد از گذشت از جنگل ضوابط و تجهیزات، پس از جرأت برای اکتشاف در مسیر تصمیم‌گیری‌های ضروری، شما فقط چند قدم از  آزمون نهایی فاصله دارید: انتخاب دوربین مناسب!