دوربین های صنعتی پردازش تصویر

به نظر شما آیا می توانیم با یک دوربین معمولی مثل یک دوربین webcam، یک سیستم بینایی ماشین را راه اندازی کنیم؟ برای پاسخ به این سوال باید تفاوت یک دوربین صنعتی با یک دوربین معمولی را بدانیم. دوربین های صنعتی دارای قابلیت هایی مانند سرعت عکس برداری بالا، امکان عکس برداری با سیگنال فشار ضعیف و کیفیت تصویر مناسب هستند. در این مقاله 7 برتری دوربین های صنعتی نسبت به دوربین های معمولی عنوان شده است. این ویژگی ها باعث می شوند در طراحی سیستم های بینایی ماشین از دوربین های صنعتی استفاده کنیم. شکل زیر تصویر چند دوربین Basler را نشان می دهد.

1-عکس برداری دوربین های صنعتی با سیگنال الکتریکی

فرض کنید بخواهیم از یک محصول که بر روی یک نوار نقاله در حال حرکت است عکس بگیریم برای این کار می توانیم یک سنسور نصب کنیم تا به وسیله آن به دوربین بگوییم در چه زمانی عکس بگیرد. به عبارت دیگر دوربین های صنعتی که در بینایی ماشین و پردازش تصویر استفاده می شوند، می توانند با یک سیگنال فشار ضعیف عکس بگیرند.

به عنوان نمونه در شکل زیر می خواهیم سطح مایع درون بطری را تشخیص دهیم. وقتی بطری از جلوی دوربین عبور می کند سنسور حضور درب بطری را تشخیص می دهد و یک سیگنال عکس برداری به دوربین ارسال می شود؛ با دریافت سیگنال عکس برداری، عکس توسط دوربین گرفته می شود و به کامپیوتر ارسال می گردد.

2- سرعت عکس برداری بالا در دوربین های صنعتی

حتما برای شما هم پیش آمده است که از یک جسم در حال حرکت عکس بگیرید. در این صورت وضوح قسمتی از عکس که در حال حرکت است پایین می آید و عکس تار می شود؛ این تاری باعث می شود که یک سری از پیکسل های تصویر تخریب شوند و نتوانیم به درستی عکس را پردازش نماییم. به طور مشابه، وقتی بخواهیم از یک جسم که روی نوار نقاله در حال حرکت است با دوربین معمولی عکس بگیریم تاثیر این حرکت در عکس ظاهر می شود؛ در این حالت اصطلاحا می گوییم عکس تخریب شده است.

تصویر زیر تفاوت عکس برداری از یک گلوله در حالت حرکت با سرعت های مختلف را نشان می دهد. همانطور که در تصویر می بینید چنانچه تعداد عکس بر ثانیه ما 15 عدد در ثانیه باشد، تصویر گرفته شده تار به نظر خواهد رسید. در حالی اگر 100 عکس در ثانیه بگیریم تاثیر حرکت گلوله در عکس قابل مشاهده نخواهد بود.

دوربین های معمولی مانند دوربین های webcam عموما دارای سرعت تصویر برداری پایین هستند؛ به همین دلیل نمی توانیم از این دوربین ها برای عکس برداری از اجسامی که سرعت حرکت آنها بالاست استفاده نماییم. در مقابل دوربین های صنعتی قابلیت عکس برداری با سرعت بالا را دارند و بسته به نیاز می توانیم از دوربین صنعتی با سرعت عکس برداری مناسب استفاده کنیم.

3- کیفیت تصویر بالا و نویز تصویر کم

یکی از عواملی که در اجرای یک پروژه بینایی ماشین بایستی به آن توجه کرد دریافت تصویر با کیفیت مناسب است. چنانچه کیفیت تصویر مناسب باشد برنامه نویسی و اجرای پروژه آسان خواهد شد. دو عامل مهم در کیفیت تصویر نحوه ی نورپردازی و تکنولوژی مورد استفاده در حسگر دوربین است. حسگر دوربین، بخشی از یک دوربین است که نور دریافتی را به تصویر تبدیل می کند. در واقع قیمت یک دوربین به کیفیت حسگر تصویر در آن بستگی دارد.

کیفیت حسگر تصویر دوربین های معمولی و ارزان قیمت پایین است. که باعث می شود تصویر دریافتی از این دوربین ها مناسب نباشد. در طراحی یک سیستم بینایی ماشین می توانیم بسته به نیاز از یک دوربین صنعتی با کیفیت تصویر مناسب استفاده نماییم. شکل زیر تصویر دریافتی از یک دوربین صنعتی را نشان می دهد.

4- برای محیط صنعتی طراحی شده اند.

در کنار ویژگی های ذکر شده برای دوربین های صنعتی، یک نکته مهم برای این دوربین ها آن است که برای محیط صنعتی طراحی شده اند و بدنه این دوربین ها به گونه ای ساخته شده است که در برابر عوامل محیطی مانند نفوذ گرد و خاک ، رطوبت و… مقاوم هستند.

علاوه بر آن دوربین های صنعتی می توانند به راحتی با پیچ بر روی پایه های مختلف نصب شوند. برای نصب این دوربین ها می توان پایه مورد نظر را ساخت یا آن را به صورت آماده خریداری کرد. به عنوان نمونه شکل زیر تصویر یک دوربین صنعتی را نشان می دهد که بر روی یک پایه نصب شده است.

5- قابلیت نصب لنزهای مختلف بر روی دوربین های صنعتی

دوربین های صنعتی فاقد لنز هستند و بسته به نیاز می توانیم بر روی آنها از انواع مختلف لنزهای صنعتی استفاده کنیم. تعداد زیادی از  پروژه های بینایی ماشین با لنزهای معمولی قابل انجام هستند. در شکل زیر تصویر دو نمونه از این لنز ها نمایش داده شده اند.

بدین ترتیب با انتخاب جداگانه یک لنز می توانیم بسته به نیاز خود دوربین را در فاصله مورد نظر از محصول قرار دهیم (به این فاصله اصطلاحا فاصله کاری گفته می شود) و تصاویر مورد نظر از محصول را دریافت کنیم. تصویر زیر انواع دوربین های صنعتی را نشان می دهد.

6- دوربین های صنعتی دارای خروجی الکتریکی قابل کنترل هستند.

اکثر دوربین های صنعتی از جمله دوربین های شرکت  Basler ، دارای خروجی های الکتریکی قابل کنترل هستند. یکی از پرکاربردترین استفاده از این خروجی ها برای روشن کردن لایت است. وقتی می خواهیم از محصول در حال حرکت عکس بگیریم در لحظه عکس برداری لایت را به مدت کوتاهی روشن می کنیم، این کار با استفاده از سیم های خروجی دوربین انجام می شود. در واقع در این حالت با استفاده از خروجی دوربین یک رله را جهت روشن کردن لایت فعال می نماییم.

7 – پارامترهای دوربین های صنعتی قابل تنظیم هستند.

در دوربین های صنعتی بسیاری از پارامترها از قبیل ابعاد تصویر ، شدت نور تصویر و… قابل تنظیم است. تنظیمات دوربین های صنعتی عموما در نرم افزار آنها انجام می گردد. به عنوان مثال تصویر زیر مربوط به نرم افزار دوربین های Basler است که در آن می توان تنظیمات مختلفی را روی دوربین انجام داد.

کنترل کیفیت با دوربین های بینایی ماشین

سرعت عکس برداری (Frame Rate) در دوربین های بینایی ماشین

معرفی دوربین های GigE برای بینایی ماشین و پردازش تصویر