Was ist eine Machine Vision Camera?
Eine Machine Vision Camera, auch Industriekamera genannt, ist wichtiger Bestandteil eines 2D-Bildverarbeitungssystems. Ihre Hauptfunktion besteht darin, Bilder aufzunehmen, die anschließend durch eine Kombination aus Hardware und Software verarbeitet werden. Die gewonnenen Informationen werden für verschiedene Anwendungen aufbereitet.
Ein typisches Beispiel für eine Bildverarbeitungsanwendung in einem Fertigungssystem ist die Qualitätskontrolle, Anwesenheitskontrolle und Vollständigkeitskontrolle. Hierbei wird ein bestimmtes Merkmal eines Teils analysiert, das auf einem Fließband produziert wird. So kann überprüft werden, ob das Teil den Qualitätskriterien entspricht oder gegebenenfalls aussortiert werden muss.
Kameravarianten der 2D-Bildverarbeitungssysteme
Zu den wichtigsten Kameravarianten in der 2D-Bildverarbeitung zählen Zeilen- und Flächenkameras.
Zeilenkameras
Zeilenkameras kommen vor allem in kontinuierlichen Prüfprozessen zum Einsatz. Sie eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen sich Objekte auf Förderbändern bewegen oder endloses Material verarbeitet wird. Anders als Flächenkameras erfassen Zeilenkameras das Bild nicht auf einmal, sondern zeilenweise. Um ein vollständiges Bild zu erzeugen, muss sich das Objekt während der Aufnahme durch den Sichtbereich der Kamera bewegen. Die Software setzt die einzelnen Zeilen anschließend zu einem Gesamtbild zusammen. In solchen Anwendungen sind sie deutlich schneller als herkömmliche 2D-Kameras und sind daher besonders für Hochgeschwindigkeitsanwendungen geeignet.
Ihre Leistungsfähigkeit übertrifft dabei häufig die der 2D-Kameras, insbesondere bei kontinuierlich laufenden Prozessen. Die Bildqualität hängt dabei wesentlich von Faktoren wie der gleichmäßigen Bewegung des Objekts, dem Aufnahmezeitpunkt, der Zeilenauflösung und der Belichtungszeit ab. Typische Anwendungsbeispiele finden sich in der Qualitätskontrolle von Textilien, Papier, Stoffen und anderen Bahnwaren, bei denen eine lückenlose und präzise Bildaufnahme erforderlich ist.
Flächenkameras
Anders als die Zeilenkamera, die ein Bild Zeile für Zeile aufnimmt, arbeitet die Flächenkamera mit einem Bildsensor, der das gesamte Bild auf einmal erfasst. Das bedeutet, dass sie in der Lage ist, ein komplettes zweidimensionales Bild mit nur einer Aufnahme zu erzeugen.
Flächenkameras sind weit verbreitet und kommen überall dort zum Einsatz, wo eine sofortige, vollständige Abbildung erforderlich ist – etwa in der industriellen Qualitätskontrolle, der medizinischen Bildgebung, in Überwachungssystemen sowie in zahlreichen weiteren Bereichen, in denen hohe Präzision und schnelle Bildverarbeitung erforderlich sind. Besonders gut geeignet sind sie für stationäre Objekte, da hier keine relative Bewegung zwischen Kamera und Objekt notwendig ist.
Ihr Vorteil liegt darin, detailreiche und hochaufgelöste 2D-Bilder präzise aufzunehmen. Besonders für Anwendungen, bei denen eine sehr hohe Bildqualität benötigt wird, kommen Flächenkameras zum Einsatz.
Unterscheidung bei Flächenkameras: Machine Vision Cameras und Smart Cameras
Machine Vision kameralar
Görüntü değerlendirmesi ya Machine Vision kontrol ünitesi ve görüntü işleme yazılımı üzerinden ya da üçüncü taraf bir yazılım yardımıyla bağımsız bir çözüm olarak gerçekleştirilir
Birden fazla kamera tek bir Machine Vision kontrol ünitesine bağlanabilir
Machine Vision kontrol ünitesinin yüksek işleme gücü sayesinde daha hızlı proses süreleri
Çok yüksek çözünürlüklü denetim görevleri için uygundur
Kompakt kamera tasarımı
Kamera seçimi görüntü çipinde başlar
Görüntü çipi nedir?
Monokrom mu, yoksa renkli kamera mı? Neyi, ne zaman kullanmalıyım?
Gerçek görüntü
Monokrom kamerayla görüntü kaydı
Monokrom bir kamera, gri değerleri ayırt edebilir.
Renkli kamerayla görüntü kaydı
Bir renkli kamera, objelerin renk değerlerini ayırt edebilir.
Global veya Rolling Shutter'lı CMOS sensörlerin çalışma prensibi
CMOS görüntü sensörlerinde, bir görüntünün nasıl kaydedileceğini ve okunacağını kontrol eden iki pozlama yöntemi vardır. Bu yöntemler pozlama süresini ve dolayısıyla kamera sensöründe elektronlara dönüştürülen değer olarak verilen ışık miktarını belirler. Global Shutter ve Rolling Shutter arasındaki fark:
Global Shutter
| Tüm görüntü yüzeyi eşzamanlı pozlanır |
| Statik ve dinamik uygulamalar için |
| Hareketli objelerde görüntü bozulması olmaz |
Rolling Shutter
| Satırlar zamansal olarak kaydırılarak aydınlatılır |
| Durağan uygılamalar için |
| Hızlı obje hareketlerinde görüntü bozulmaları (Rolling Shutter efekti) |
| Sabit görüntülerin alınması |
Rolling Shutter Efekti
Sol: Global Shutter, Sağ: Rolling ShutterEndüstriyel görüntü işlemede monokrom ve renkli kameralar arasında ayrım yapılır. Monokrom kameralar gri tonları algılar ve bunu yaparken görüntüdeki parlaklık farklarına yoğunlaşır. Bu sayede, yüzeylerin denetimi ya da objelerin ölçülmesi gibi, ince kontrast ve ayrıntı gerektiren uygulamalar için özellikle uygundurlar.
Renkli bir kamera, objeleri birbirinden ve arka plandan ayırt edebilir. Piksellerdeki kırmızı, yeşil ve mavi filtreler sayesinde 16,7 milyona kadar renk spektrumu yakalanabilir. Bu sayede, monokrom kameralarla ayırt edilemeyen farklı renkteki objeler algılanabilir.
Diğer sensör özellikleri
Görüntü sensörleri veya görüntü çipleri sensör boyutu, çözünürlük, piksel boyutu, kare hızı, ışık hassasiyeti ve dinamik aralık gibi birçok özellikte farklılık gösterir. Çözünürlüğe bağlı olarak endüstriyel görüntü işlemede farklı boyutlarda sensörler kullanılır. Daha büyük modeller genellikle daha yüksek performans sunar, ancak sınırlı alana sahip kompakt kamera sistemleri için daha az uygundur.
Daha küçük görüntü çiplerinin dezavantajlarını en aza indiren daha iyi üretim prosesleri nedeniyle, piyasada daha küçük sensör boyutlarına yönelme eğilimi görülmektedir. Sensör boyutu azaldıkça, her bir piksel için yer de azalır. Bir piksel ne kadar büyükse o kadar fazla ışık alabilir ve bu da uygulamanın ek ışık ihtiyacını buna göre azaltır.
Bu nedenle, özellikle hızlı dinamik prosesler gibi kısa pozlama sürelerine sahip endüstriyel uygulamalarda, güvenilir bir görüntü kalitesi için piksel sayısı ve piksel boyutu arasında dengeli bir oran belirleyicidir.
Görüntü işlemede genellikle kısa pozlama süreleri şart koşulduğundan, örneğin hızlı dinamik uygulamalarda, burada özellikle piksel sayısı ve boyutu arasındaki dengeye dikkat edilmelidir.
Çözünürlük
Kare hızı
Pozlama süresi
Her uygulama için doğru çözünürlük
| Çözünürlük | Hassasiyet | Örnekler |
|---|---|---|
| 1,6 MP | Aşırı yüksek çözünürlük gerektirmeyen uygulamalar | Optik işaret algılama, montaj kontrolü, varlık kontrolü |
| 5 MP | Orta seviye ayrıntı hassasiyeti gerektiren uygulamalar | Ambalaj denetimleri |
| 12 MP | Yüksek hassasiyet gerektiren uygulamalar | İnce mekanik parçaların denetimi |
| 24 MP | Çok yüksek bir çözünürlük ve ayrıntı kesinliği gerektiren uygulamalar | Hatalı yapı parçaları üzerindeki PCB'lerin kontrolü |
2D görüntü işleme sistemlerinin ana bileşenleri
Objektif
Kamera ve aydınlatmayla birlikte objektifler, kayıtların kalitesi için belirleyicidir. Objektifler, sadece ince yapıların analizini kolaylaştırmakla kalmayan hassas bir görüntüleme sağlar. Doğru ve yüksek kaliteli objektifin seçilmesi, algılama ve işleme süresini optimize edebilir.
Machine Vision kameraların arayüzü
Gigabit Ethernet (GigE)
Büyük görsel veri miktarlarının hızlı aktarımı
Protokol standardı sayesinde kolay entegrasyon
- Birden fazla kamera bir ağda çalıştırılabilir
Ayrıca Machine Vision kamerayı PoE (Power over Ethernet) aracılığıyla bir kabloyla bağlama olanağı vardır, böylece hem elektrik beslemesi, hem de veri aktarımı tek bir bağlantı üzerinden gerçekleşir.
Machine Vision kameraların kullanım olanakları
Pozisyon kontrolü
Robotik konumlandırma
Parça ölçümü
Kalite kontrol
Varlık kontrolü
İşlem takibi
Kod okuma
Sektörler arası uygulamalar için güvenilir çözüm
Otomotiv endüstrisi
Otomobil iç kapılarının kalite kontrolü
Motor bloklarının kalite kontrolü
Otomatik vidalama için konum algılama
Elektrik endüstrisi
PCB konum kontrolü
Yapı parçalarının hizalanmasının kontrolü
Fiş konektörü ve kablo denetimi
Paketleme endüstrisi
Ambalajlarda hasar, kirlilik ya da eksik etiket kontrolü
Ambalajlarda etiket kontrolü
PET şişelerde son kullanma tarihi kontrolü
Gıda endüstrisi
İçecek kutularının hizalanması
Ambalajlarda etiket kontrolü
Bağlı kapakların denetimi
