Ali kamera za strojno vizijo z globalnim zaklenitvenim mehanizmom bolje odpravi zamazanost zaradi gibanja kot kamere z vrstičnim zaklenitvenim mehanizmom?

Pri zajemanju hitro se premikajočih predmetov v industrijskih okoljih je kakovost slike močno odvisna od načina, kako senzor zajema svetlobo. naprava za strojno vizijo z globalnim zaklenitvenim mehanizmom hkrati izpostavi vsak piksel, kar je osnova njenih prednosti pred alternativami z vrstičnim zaklenitvenim mehanizmom. Ta temeljna razlika določa, ali vaš sistem za zajemanje slik zagotavlja ostre in zanesljive podatke ali pa trpi zaradi izkrivljanj, ki ogrožajo nadaljnjo obdelavo.

Kratki odgovor je da: naprava z globalnim zaklenitvenim mehanizmom kamera strojne videoposnetke izloči zamazanost zaradi gibanja učinkoviteje kot vrste s kotalnim zatemnitvenim mehanizmom v precejšnjem večini industrijskih kontrolnih in avtomatizacijskih scenarijev. Razumevanje natančnega razloga za to ter tega, kdaj je ta prednost najpomembnejša, pomaga inženirjem in kupovalnim ekipam sprejeti pametnejše odločitve o nakupu. V tem članku so podrobno razloženi mehanizmi, praktične prednosti in primernost uporabe strojnih vizualnih kamor z globalnim zatemnitvenim mehanizmom v neposredni primerjavi z njihovimi nasprotniki z kotalnim zatemnitvenim mehanizmom.

Kako zatemnitveni mehanizmi vplivajo na jasnost slike

Osnovna razlika v času izpostavljenosti pikslov

Kamera za strojno vizijo z globalnim zaklenjenim zaklenjevalnikom zajame vse piksle točno v istem trenutku. Senzor prebere celotno sličico hkrati, kar pomeni, da noben del slike ni zajet prej ali kasneje kot drug del. Ta hkratna izpostavljenost je tisto, kar naredi kamera za strojno vizijo z globalnim zaklenjenim zaklenjevalnikom tako učinkovito pri zamrzovanju gibanja brez vpeljave geometrijske distorzije. Nasproti temu senzor z vrtečim zaklenjevalnikom skenira sliko vrstico za vrstico od zgoraj navzdol, zato so različni deli slike izpostavljeni rahlo različnim časom.

Ko se predmet premika med tem skeniranjem vrstica za vrstico, nastala slika zabeleži predmet v različnih položajih na različnih vrsticah. Izhod senzorja z vrtečim zaklenjevalnikom lahko kaže poševnost, trepetanje ali znani »želejni« učinek. Kamera za strojno vizijo z globalnim zaklenjenim zaklenjevalnikom teh artefaktov povsem izogne, saj je celotno območje senzorja vzorčeno v enem samem sinhronem trenutku, ne glede na to, kako hitro se premika predmet.

Zameglitev gibanja nasproti distorziji vrtečega zaklenjevalnika

Zameglitev gibanja in distorzija z vrstičnim sprožilnikom sta dva različna problema, ki ju inženirji pogosto zmešajo. Zameglitev gibanja nastane, ko je čas izpostavljenosti dovolj dolg, da se predmet med tem časovnim oknom opazno premakne prek senzorja. Kamera za strojno vizijo z globalnim sprožilnikom lahko še naprej kaže zameglitev gibanja, če je čas izpostavljenosti nastavljen preveč dolgo. Vendar s krajšim časom izpostavljenosti kamera za strojno vizijo z globalnim sprožilnikom zajame ostran, nezdistorzirano sliko, saj se vse piksle hkrati zaklenejo. Kamere z vrstičnim sprožilnikom so celo pri zelo kratkih časih izpostavljenosti še naprej občutljive na geometrijsko distorzijo, kadar se predmeti ali sama kamera premikajo med skeniranjem vrstic. To naredi kameri za strojno vizijo z globalnim sprožilnikom bolj zanesljivo orodje, kadar je gibanje neizogibno.

Industrijske aplikacije, kjer se globalni sprožilnik izkaže kot najboljši

Nadzor na hitrostni proizvodni liniji

Na hitro delujoči proizvodni liniji komponente, nalepke in površinske značilnosti v milisekundah prehajajo mimo slikovne postaje. Kamera za strojno vizijo z globalnim zaklenitvenim časom je za te okolja idealno primerna, saj odpravi različico, ki bi sicer napačno prikazala geometrijo pregledanih delov. Ne glede na to, ali gre za branje črtne kode, merjenje dimenzij ali zaznavanje površinskih napak, kamera za strojno vizijo z globalnim zaklenitvenim časom zagotavlja dosledno natančnost s slike na sliko, ki jo kamere z vrstičnim zaklenitvenim časom pod enakimi pogoji preprosto ne morejo doseči.

Zanesljivost strojne vizije s globalnim zaklenitvenim časom v visokohitrostnih aplikacijah neposredno pomeni nižje deleže napačno zavrnjenih izdelkov in zanesljivejše odločitve o sprejetju ali zavrnitvi. Ko je sistem za pregled integriran z robotsko enoto za izbiranje in postavljanje, natančni podatki o položaju, ki jih zagotavlja kamera za strojno vizijo z globalnim zaklenitvenim časom, zagotavljajo pravilno reakcijo robota. Vsaka prostorska distorzija, ki jo povzroči vrstična zaklenitev, bi napake razširila po celotnem avtomatiziranem delovnem procesu.

Robotika, AGV-ji in mobilne platforme za kamere

Aplikacije, pri katerih je sama kamера v gibanju, predstavljajo dodatno izziv. Strojno vizualno kamero z globalnim zaklenitvenim časom (global shutter), nameščeno na robotski roki ali avtonomnem vodjenem vozilu (AGV), zajame čist slike tudi med tem, ko se platforma pospešuje, upočasnuje ali vibrira. Senzorji z vrstičnim zaklenitvenim časom (rolling shutter) so v teh primerih še posebej ranljivi, saj gibanje telesa kamere povzroči enako razliko v času zajema posameznih vrstic kot gibanje predmeta. Inženirji, ki integrirajo vizualne sisteme v mobilne platforme, zaradi tega sistematično izbirajo strojne vizualne kamere z globalnim zaklenitvenim časom. Strojna vizualna kamera z globalnim zaklenitvenim časom odstrani pomembno spremenljivko iz kalibracije sistema in poenostavi celotno oblikovanje vizualnega konvejerskega procesa.

Kdaj je morda smiselno upoštevati vrstični zaklenitveni čas (rolling shutter)

Statične prizore in namestitve, občutljive na stroške

Natančno bi bilo napačno trditi, da je kamera za strojno vizijo z globalnim zaklenitvenim mehanizmom prava izbira za vsako uporabo. V primerih, ko sta tako kamera kot predmet popolnoma nepremična, lahko kamera z vrtečim zaklenitvenim mehanizmom ustvari enako ostre in natančne slike po nižji ceni. Postaje za skeniranje dokumentov, fiksne preverjanja kakovosti nepremičnih izdelkov in določene mikroskopske nastavitve pogosto ne vključujejo nobenega pomembnega gibanja med časom izpostavljenosti. V teh primerih kamera z vrtečim zaklenitvenim mehanizmom deluje zadostno dobro, dodatne stroške kamere za strojno vizijo z globalnim zaklenitvenim mehanizmom pa morda ni utemeljeno plačati.

Cena je dejanski dejavnik pri razširjenih namestitvah, kjer je potrebnih desetk ali celo stotak kamern. Kamere za strojno vid z globalnim zaklenitvenim mehanizmom običajno imajo višjo ceno zaradi bolj zapletene arhitekture senzorja. Ekipe za nabavo, ki delujejo v okviru omejenih proračunskih omejitev, včasih preučijo, ali specifičen profil gibanja njihovega aplikacijskega primera resnično zahteva kamera za strojni vid z globalnim zaklenitvenim mehanizmom, preden se odločijo za to izbiro.

Kompromisi med občutljivostjo in dinamičnim obsegom

Senzorji z vrtečim zaklepom, zlasti oblikovani z osvetlitvijo od zadaj, lahko v nekaterih konfiguracijah ponudijo izjemno občutljivost na svetlobo. Globalni zaklep za strojno vizijo z arhitekturo, osvetljeno od spredaj, morda zahteva višjo intenziteto osvetlitve ali daljše čase izpostavljenosti, da doseže enakovredno kakovost signala v razmerah z nizko osvetlitvijo. Vendar so sodobne konstrukcije globalnih zaklepov za strojno vizijo te razlike znatno zmanjšale. Inženirji naj ocenijo celoten kontekst sistema, vključno z nastavitvijo osvetlitve in okoliškimi pogoji, namesto da bi predpostavili, da je občutljivost sama po sebi edini merodajni dejavnik pri izbiri.

Pogosto zastavljena vprašanja

Ali globalni zaklep za strojno vizijo vedno preprečuje zamazovanje zaradi gibanja?

Globalni zaklep za strojno vizijo brezpogojno preprečuje distorzijo zaradi vrtečega zaklepa, vendar se zamazovanje zaradi gibanja še vedno lahko pojavi, če je čas izpostavljenosti pre dolg glede na hitrost predmeta. Uporaba dovolj kratkega časa izpostavljenosti z globalnim zaklepom za strojno vizijo hkrati odpravi tako distorzijo kot tudi zamazovanje.

Ali je strojno vidna kamera z globalnim zaklenitvenim časom primerna za barvno zajemanje slik?

Da, strojno vidne kamere z globalnim zaklenitvenim časom so na voljo tako v monohromnih kot tudi v barvnih različicah. Barvni modeli strojno vidnih kamer z globalnim zaklenitvenim časom uporabljajo senzorje z Bayerjevim vzorcem in zagotavljajo natančno barvno predstavitev premičnih predmetov brez barvnih obročev, ki se lahko pojavijo pri barvnih senzorjih z vrtečim zaklenitvenim časom.

Kako izbrati ustrezno ločljivost strojno vidne kamere z globalnim zaklenitvenim časom?

Izbira ločljivosti strojno vidne kamere z globalnim zaklenitvenim časom je odvisna od vidnega polja, najmanjše značilnosti, ki jo je treba razločiti, ter zahtevane hitrosti posnetkov. Modeli strojno vidnih kamer z globalnim zaklenitvenim časom z višjo ločljivostjo omogočajo bolj natančno podrobnost, vendar zahtevajo večjo pasovno širino in računske zmogljivosti, zato je najbolj praktičen pristop prilagoditev ločljivosti dejanskim zahtevam pregleda.