1. Видеокамеры машинного зрения с глобальным затвором

Сегодня современная промышленность не может функционировать без высокопроизводительных производственных линий. Ключевым элементом автоматизации является машинное зрение — технология, основанная на использовании видеокамер с глобальным затвором (Global Shutter) и экстремально высокой скоростью захвата изображения.

Без машинного зрения невозможно эффективное управление технологическими процессами с помощью компьютерных алгоритмов. Скоростные камеры находят применение не только в робототехнике, но и в научных, а также медицинских исследованиях, позволяя фиксировать мгновенные процессы, недоступные человеческому глазу.

Какие применяются камеры скоростного машинного зрения: виды и типы

Камеры с глобальным типом затвора выпускаются в двух основных форм-факторах: корпусные камеры и открытые видеомодули. По сути, видеомодуль в сборе с объективом — это уже готовое к работе устройство.

Специализированный корпус или кожух служит для защиты электроники и удобства крепления на кронштейн для точного позиционирования. При выборе необходимо учитывать условия эксплуатации (температуру, влажность, вибрации), однако важно помнить: корпус — это лишь оболочка, а основную работу выполняет сенсор и процессор видеомодуля.

Корпусная USB камера

Видеомодуль Global Shutter

2. Главные отличия камер машинного зрения: USB-интерфейс

Камеры машинного зрения различаются по типу интерфейса. Рассмотрим модели с USB-интерфейсом: он является универсальным, так как обеспечивает не только высокоскоростной обмен данными, но и одновременное питание видеокамеры.

USB-интерфейсы делятся на два основных типа: USB 2.0 и USB 3.0. В чем их ключевые различия?

• Скорость: USB 3.0 передает данные значительно быстрее, что критично для камер с высоким FPS.
• Стоимость: Камеры стандарта USB 3.0 стоят дороже из-за более сложной электроники.
• Длина кабеля: USB 3.0 ограничивает длину до 3 метров, тогда как USB 2.0 стабильно работает на кабелях до 5 метров.

Спецификация USB 3.0 повышает максимальную скорость передачи информации до 5 Гбит/с, что на порядок больше возможностей USB 2.0. Кроме того, версия 3.0 обеспечивает ток до 900 мА (против 500 мА у 2.0), что важно для стабильного питания мощных сенсоров.

Скорость передачи данных USB 3.x стандартов

3. Камеры машинного зрения с Ethernet интерфейсом (Gigabit Ethernet)

Ethernet — семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных и промышленных сетей. Этот интерфейс — идеальное решение, когда требуется передача огромных массивов информации на большие расстояния (до 100 метров без дополнительных репитеров).

Рис. 1: Камера машинного зрения с интерфейсом Gigabit Ethernet (1 Гбит/с)

Видеокамеры машинного зрения с Ethernet интерфейсом (Gigabit Ethernet)

Камеры с интерфейсом Gigabit Ethernet (1 Гбит/с) востребованы и занимают особую нишу в промышленном секторе.

• Interface: GigE (V2.0/1.2) с поддержкой спецификаций PoE (Power over Ethernet) и IEEE 1588.

В этой статье мы не станем углубляться в детальное описание всех типов интерфейсов, так как это отдельные протоколы связи, не имеющие прямого отношения к самому процессу формирования изображения. К примеру, описание стандарта IEEE 1588 (протокол точного времени) занимает порядка 300 страниц технической документации.

Возможности сенсоров Sony Pregius

Для понимания характеристик приведем спецификации моделей на базе легендарной серии Sony Pregius:

В чем секрет скоростной съемки?

Ответ кроется в самом названии — видеокамеры с возможностью захвата изображения с огромной скоростью кадров в секунду (FPS). Основополагающим фактором здесь является тип затвора.

4. Какая скорость кадров в секунду (FPS) нужна для записи стремительных явлений?

Чем быстрее происходит событие на временном отрезке, тем больше кадров в секунду потребуется для детального покадрового просмотра изображения. Чем больше кадров в запасе, тем выше возможности просмотреть процесс в качественном замедленном воспроизведении (Slow Motion).

Все это удается снять благодаря быстро работающему затвору камеры. При использовании Global Shutter изображение не деформируется и не искажается, в отличие от стандартных камер.

Пример работы скоростной камеры с глобальным затвором в сравнении с Rolling Shutter

Видеопример на основе сравнения CMOS SONY с датчиком глобального затвора:

Теперь, когда мы знаем, что сенсор изображения с глобальным затвором является основным компонентом, необходимо подробнее рассказать о том, какие типы сенсоров сегодня наиболее востребованы и признаны лучшими решениями, разработанными специально для промышленного машинного зрения.

Какие типы сенсоров CMOS SONY востребованы в промышленном компьютерном зрении?

Производители сенсоров изображения с глобальным затвором.
Начнем обзор с корпорации Sony и их специализированных решений. Компания выпускает сенсоры с глобальным затвором, разработанные целенаправленно для скоростных индустриальных камер.

CMOS SONY Pregius: Precision Global Shutter

Pregius — это пиксельная технология с глобальным затвором для КМОП-сенсоров с активными пикселями. В ней применяется уникальная малошумящая ПЗС-структура Sony. Название Pregius происходит от комбинации Precision GS: сочетание низкого уровня шума (характерного для ПЗС) с высокоскоростными характеристиками глобального затвора (GS), необходимых для автоматизации производства (Factory Automation).

Преимущества Pregius заключаются в высокоскоростной обработке сигнала без потери качества. Функции записи определенных областей (ROI) повышают эффективность проверки на производственных линиях.

Эволюция: Новый Pregius S

Технология Pregius S включает структуру с задней подсветкой (BSI). Это позволило уменьшить физический размер пикселя и повысить частоту кадров (FPS), сохранив легендарную производительность Pregius. Использование ламинированной (многослойной) структуры расширило функциональные возможности обработки сигнала прямо на чипе.

В Pregius S удалось преодолеть правило «больше разрешение — меньше светочувствительность». Благодаря архитектуре BSI и оригинальной структуре фотодиода, Sony успешно снизила уровень шума и темнового тока, резко улучшив характеристики чувствительности и насыщения.

Сенсоры изображения ON Semiconductor в промышленных камерах

5. Сенсоры изображения ON Semiconductor (onsemi) в промышленных камерах

• Мировой лидер в разработке сенсоров изображения, созданных специально для задач машинного зрения.

Знакомьтесь — американский производитель микрочипов ON Semiconductor

Onsemi ведет следующую промышленную революцию с помощью самых надежных, интеллектуальных и энергоэффективных технологий. Компания предлагает высокоскоростные датчики для робототехники, сканирования и контроля, помогая OEM-производителям оптимизировать производственные процессы и снижать эксплуатационные расходы.

Технологическое признание: Премия Emmy®

PHOENIX – Onsemi (Nasdaq: ON) был награжден премией Emmy® в области технологий и инженерии Национальной академией телевизионных искусств и наук (NATAS). Эксперты отметили компанию за новаторское проектирование КМОП-датчиков изображения с внутрипиксельной передачей заряда.

Награда присуждена за инновационный дизайн пикселей, обеспечивающий превосходную четкость изображения при частоте 120 кадров в секунду и широкий динамический диапазон.

Рекомендуемые камеры с сенсорами Onsemi

Сегодня недорогие камеры для машинного зрения с глобальным затвором и высокой светочувствительностью крайне востребованы. Одной из таких моделей является камера на базе датчика AR0234CS.

Смотреть камеру на базе AR0234CS в каталоге

 Инновационный прорыв Onsemi: Награды и признание 

Onsemi (Nasdaq: ON) по праву считается лидером в области интеллектуальных сенсоров. За разработку КМОП-датчиков с внутрипиксельной передачей заряда компания была удостоена престижной премии Emmy® в области технологий и инженерии. Эта технология обеспечила превосходную четкость изображения при частоте 120 кадров в секунду и широкий динамический диапазон.

Сегодня недорогие камеры машинного зрения на базе AR0234CS от различных OEM-дизайнеров крайне востребованы. Они позволяют записывать Full HD видео (1080p) со скоростью 120 FPS, минимизируя искажения в высокоскоростных сценах и устраняя артефакты движения.

Профессиональная серия PYTHON

Линейка PYTHON завоевала доверие благодаря инновационной пиксельной архитектуре и способности работать в экстремальных условиях.

6. OmniVision — мировой лидер в разработке сенсоров для промышленных камер

Компания OmniVision сегодня представляет колоссальный ассортимент сенсоров изображения, разработанных специально для широкого спектра высокотехнологичных задач. Продукция компании находит применение в самых разных отраслях:

Сегодня сенсоры изображения Omni пользуются большой популярностью и массово применяются в высокопроизводительных камерах машинного зрения с глобальным затвором.