Чи усуває промислова камера з глобальним затвором розмиття руху краще, ніж камери з ролинг-затвором?

Під час знімання швидко рухомих об’єктів у промислових середовищах якість зображення значною мірою залежить від того, як сенсор реєструє світло. А промислова камера з глобальним затвором одночасно експонує всі пікселі, що є основою її переваги над альтернативами з ролинг-затвором. Ця фундаментальна відмінність визначає, чи надає ваша система зображення чіткі й надійні дані чи страждає від спотворень, які погіршують подальшу обробку.

Коротка відповідь — так: глобальний затвор камера машинного бачення ефективніше усуває розмиття руху, ніж типи з ролінг-шатером у більшості промислових завдань інспекції та автоматизації. Однак розуміння того, чому це так, і в яких випадках ця перевага є найважливішою, допомагає інженерам та закупівельним командам приймати розумніші рішення щодо закупівель. У цій статті детально розглядаються механізми роботи, практичні переваги та доцільність застосування промислових камер машинного зору з глобальним шатером у порівнянні з камерами з ролінг-шатером.

Як механізми шатера впливають на чіткість зображення

Основна відмінність у часі експозиції пікселів

Камера машинного зору з глобальним затвором захоплює всі пікселі точно в один і той самий момент. Сенсор зчитує весь кадр одразу, тобто жодна частина зображення не захоплюється раніше або пізніше за іншу. Саме така одночасна експозиція робить камеру машинного зору з глобальним затвором надзвичайно ефективною для «заморожування» руху без внесення геометричних спотворень. Натомість сенсор з ролинг-затвором сканує зображення рядок за рядком зверху донизу, тому різні частини кадру експонуються в трохи різні моменти часу.

Коли об’єкт рухається під час такого порядкового сканування рядків, у результаті отримане зображення фіксує цей об’єкт у різних положеннях у різних рядках. Вихідні дані від сенсора з ролинг-затвором можуть демонструвати спотворення у вигляді нахилу, коливань або відомого ефекту «желе». Камера машинного зору з глобальним затвором повністю уникне таких артефактів, оскільки вся площа сенсора зчитується в єдиний синхронізований момент, незалежно від швидкості руху об’єкта.

Розмиття в русі проти спотворень ролинг-затвору

Розмиття руху та спотворення через послідовний затвор — це дві різні проблеми, які інженери часто плутають. Розмиття руху виникає, коли тривалість експозиції достатньо велика, щоб об’єкт помітно змістився по сенсору протягом цього інтервалу. Камера машинного зору з глобальним затвором все одно може демонструвати розмиття руху, якщо час експозиції встановлено надто великим. Однак, використовуючи коротку експозицію, камера машинного зору з глобальним затвором фіксує чіткий, недеформований знімок, оскільки всі пікселі фіксуються одночасно. Камери з послідовним затвором, навіть при дуже короткій експозиції, залишаються схильними до геометричних спотворень, коли об’єкти або сама камера рухаються між скануваннями рядків. Саме тому камера машинного зору з глобальним затвором є більш надійним інструментом у випадках, коли рух неминучий.

Промислові застосування, де глобальний затвор переважає

Інспектування високошвидкісної виробничої лінії

На швидкісній виробничій лінії компоненти, етикетки та поверхневі ознаки проходять через зону зображення за кілька мілісекунд. Камера машинного бачення з глобальним затвором ідеально підходить для таких умов, оскільки вона усуває спотворення, які інакше спотворювали б геометрію перевіряних деталей. Незалежно від того, чи йдеться про зчитування штрих-кодів, вимірювання розмірів чи виявлення дефектів поверхні, камера машинного бачення з глобальним затвором забезпечує стабільну точність кадр за кадром, якої камери з роликовим затвором просто не можуть досягти в тих самих умовах.

Надійність машинного зору з глобальним затвором у високошвидкісних застосуваннях безпосередньо зменшує кількість хибних відхилень та забезпечує більш надійні рішення «прийнято/відхилено». Коли система інспекції інтегрована з роботизованою установкою для захоплення й розміщення, точні дані про положення, які надає камера машинного зору з глобальним затвором, гарантують правильну реакцію робота. Будь-яка просторова деформація, спричинена ролинг-затвором, поширюватиме помилки на весь автоматизований робочий процес.

Робототехніка, АСР (автономні візки) та рухомі платформи для камер

Застосування, у яких сама камера перебуває в русі, створюють додаткову складність. Камера машинного зору з глобальним затвором, встановлена на роботизовані маніпулятори або автономні транспортні засоби, отримує чисті зображення навіть під час прискорення, гальмування або вібрації платформи. Сенсори з ролинг-затвором особливо вразливі в таких сценаріях, оскільки рух корпусу камери призводить до такої самої розбіжності в часі зчитування рядків, як і рух об’єкта. Інженери, що інтегрують системи машинного зору в мобільні платформи, постійно віддають перевагу камерам машинного зору з глобальним затвором саме з цієї причини. Камера машинного зору з глобальним затвором усуває значний фактор із процесу калібрування системи й спрощує загальний дизайн конвеєра обробки зображень.

Коли можна розглянути використання ролинг-затвору

Статичні сцени та розгортання, чутливі до вартості

Було б неточним стверджувати, що камера машинного зору з глобальним затвором є правильним вибором для кожної задачі. У сценаріях, коли і камера, і об’єкт знімання повністю нерухомі, камера з рулінг-затвором може створювати такі самі чіткі й точні зображення за нижчою ціною. Станції сканування документів, контроль якості з фіксованим фокусом на нерухомих виробах та певні мікроскопічні установки часто не передбачають будь-якого значущого руху протягом часу експозиції. У цих випадках камера з рулінг-затвором працює задовільно, і додаткові витрати на камеру машинного зору з глобальним затвором можуть бути не виправданими.

Вартість є справжнім чинником у масштабних розгортаннях, де потрібні десятки або сотні камер. Камери машинного зору з глобальним затвором, як правило, мають вищу ціну через складнішу архітектуру сенсора. Групи закупівель, які працюють в умовах жорстких бюджетних обмежень, іноді оцінюють, чи справді профіль руху у їхньому застосуванні вимагає камери машинного зору з глобальним затвором, перш ніж прийняти таке рішення.

Компроміси між чутливістю та динамічним діапазоном

Датчики з ролінг-шторою, зокрема конструкції з підсвічуванням з зворотного боку, можуть забезпечувати вищу чутливість до світла в деяких конфігураціях. Для глобальної штори машинного зору з архітектурою підсвічування з переднього боку може знадобитися більш інтенсивне освітлення або триваліший час експозиції, щоб досягти еквівалентної якості сигналу в умовах слабкого освітлення. Однак у багатьох сучасних конструкціях камер машинного зору з глобальною шторою цей розрив значно зменшено. Інженерам слід оцінювати повний контекст системи, у тому числі налаштування освітлення та умови навколишнього середовища, замість того щоб вважати, що чутливість сама по собі визначає кращий варіант.

Питання та відповіді

Чи завжди глобальна штора машинного зору запобігає розмиттю руху?

Глобальна штора машинного зору безумовно запобігає спотворенню типу «ролінг-штора», однак розмиття руху все одно може виникнути, якщо час експозиції надто довгий порівняно зі швидкістю об’єкта. Використання достатньо короткого часу експозиції з глобальною шторою машинного зору одночасно усуває як спотворення, так і розмиття.

Чи є камера машинного зору з глобальним затвором придатною для кольорового зображення?

Так, камери машинного зору з глобальним затвором доступні як у монохромному, так і в кольоровому варіантах. Кольорові моделі камер машинного зору з глобальним затвором використовують сенсори з фільтром Байера й забезпечують точне відтворення кольорів рухомих об’єктів без кольорових розмиттів, які можуть виникати на кольорових сенсорах з ролинг-затвором.

Як вибрати правильну роздільну здатність камери машинного зору з глобальним затвором?

Вибір роздільної здатності камери машинного зору з глобальним затвором залежить від поля зору, найменшого елемента, який потрібно розпізнати, та необхідної частоти кадрів. Моделі камер машинного зору з глобальним затвором вищої роздільної здатності забезпечують більш деталізоване зображення, але вимагають більшої пропускної здатності та обчислювальної потужності, тому найбільш практичним підходом є підбір роздільної здатності згідно з реальними вимогами до перевірки.