Így építsünk bombabiztos gépi látási rendszert

Egy gépi látási rendszer tervezésekor számos faktort kell figyelembe venni. Persze sok múlik a kamerákon, de egyéb körülmények is befolyásolják a végeredményt. Ebben a cikkben 10 olyan pontot sorolunk fel, amelyek meghatározzák, mennyire lesz használható a gépi látási rendszerünk.

1. A környezet

Képrögzítéssel ma már szinte mindenhol találkozhatunk – vállalati és lakóépületekben, ipari és biztonsági célból, földön és levegőben egyaránt. Minden helyzethez meg kell választani a megfelelő rendszert, hiszen az időjárási körülményeket, fényviszonyokat és egyéb faktorokat kompenzálni kell, és a kamerarendszerek gyártói erre képesek is.

2. A szenzor

Egy gépi látási rendszer szíve a használt kamera szenzora, azonban két különböző kamera ugyanazzal a szenzorral szerelve nem biztos, hogy egyforma képet ad, így a többi faktor is. Számos szenzortípus van, de az egyik leggyakrabban használt a kézi fényképezőgépekben is megtalálható APS-C típus. Ha nagyobb szenzort használunk, az több fényt enged be, magasabb felbontású képet nyerhetünk ki. Nem csak a szenzoron múlik a kép azonban, olyan részletek is közrejátszanak, mint a zár típusa vagy a kvantumhatékonyság.

3. Lencse

Miután kiválasztottuk a gépi látási rendszer kameráinak belső alkatrészeit, következhet a lencse. A rendszerek méretét mindig a felhasználás módjához kell igazítani. Nagyobb méretek esetén egy zoom lencsét is érdemes lehet választani. Egy gépi látási rendszerben több kamera van ráállítva egy területre, itt jól jönnek a fix fókusztávolságú lencsék. Minden lencsének specifikus rögzítési rendszere van függően a gyártójától és a használt szenzortól. Gyakran használt felfogatási rendszerek a C- és CS-típusú, valamint az M42. A több választási lehetőség miatt előre érdemes kigondolni, milyen szenzort szeretnénk használni.

A lencse legfontosabb jellemzője a fókusztávolság. Ahogy a fókusztávolság csökken, úgy nő a látószög. Ez azt jelenti, hogy minél nagyobb teret képes belátni a kamera lencséje, annál kisebb távolságra lát el élesen.

4. Megvilágítás

Talán a legfontosabb jellemző. Mindegy, milyen jól képes működni egy kameraszenzor rossz fényviszonyok között, semmi nem fog olyan eredményt hozni, mint egy jól megvilágított munkaterület. Létezik általános megvilágítás, ami úgy a hatékony, ha a megvilágított tárgy kellően messze van a fényforrástól, hogy a képen ne legyenek kiégett foltok. Gyűrű alakú lámpák segítenek a csillogó felületek megcsillanásának csökkentésében, kupolás fényforrások a megmunkált fémalkatrészek esetén használatosak, strukturált fények pedig a 3D-s objektumok feltérképezése során segítenek. Egyes esetekben színes fények segítenek jobban kivehető részleteket megjeleníteni és a kontrasztot növelni.

5. Szűrők

Ha feleslegesen sok fény jut a lencsébe, az a kép részletességét befolyásolhatja, ezért számos szűrő létezik, amelyek bizonyos fénytípusok kiszűrésére alkalmasak. A két fő típus a dikórikus és az abszorptív szűrő. Az előbbi a nem kívánt hullámhosszú fényt visszaveri, utóbbi elnyeli. Lehetőség van fényerősséget szűrni, a polarizált fény kiszűrésével pedig a visszaverődés mérsékelhető, ami például az optikai karakterfelismerő szoftverek működését segíti elő.

6. Képráta

A kamera képrögzítési sebességét képkocka/másodperc (fps) mértékegységben adják meg. Nagyobb fps értékű kamera több képkockát képes csinálni. Ez a szám befolyásolja a képek minőségét, mivel az fps növelésével az exponálási idő arányosan csökken. Az eredmény tisztább kép, mikor például egy gyorsan mozgó futószalagon kell árukat beazonosítani. A rövid exponálási idő hátránya, hogy kevesebb ideje van bejutni a fénynek a szenzorba, ezért magas fps esetén egy nagyobb felbontásra képes szenzor segít, hogy minden képnek megfelelő legyen a fényessége.

7. Zaj és erősítés

Ha rövid idő alatt minél több képet próbálunk készíteni, a kamera erősítési funkciója lehet segítségünkre. Az ok, amiért az erősítést nem lehet végtelenül használni, az, hogy zajossá, zavarossá teszi a képet. Ahogyan az erősítést feljebb csavarjuk, egyre zajosabb lesz a kép. Az erősítés tulajdonképpen a szenzor fényérzékenységének növelését jelenti.

8. Bitmélység és dinamikai tartomány

Ahhoz, hogy pontosan megmérhessünk egyes objektumokat, a gépi látási rendszernek elegendő nagyságú bitmélységének kell lennie. A bitmélység megadja, mennyi színinformáció áll rendelkezésre képpontonként (pixelenként). Minél nagyobb a bitmélység, annál nagyobb a kontraszt a pixelek között. A dinamikai tartomány reprezentálja a kamera képességét arra, hogy a sötét és a világos részekből is elegendő részletet mutasson meg.

Kültéri felhasználásban általában nyolc bites bitmélység elegendő szokott lenni, kivéve például az olyan precíziós feladatokra, mint a fotogrammetria. A nagy dinamikai tartomány (HDR) viszont előnyös a szabadban, mivel napfényben például az égbolt általában túlexponált a képeken, miközben az árnyékokból nem érkezik be elég részlet. Egy lehetséges megoldás lenne az exponálási idő és az erősítés növelése, de ez hátrányosan befolyásolná a fényes részek felvételét. A HDR ebben hatékonyan tud segíteni, a kép minden részén nagy tisztaságot biztosítva.

9. Szoftver

Drága, magas minőségű hardverek is csak annyit tudnak teljesíteni, amennyire a szoftver kéri őket. A szoftverek dolga a képkészítés kontrollálása és a képek feldolgozása, interpretálása a végfelhasználó számára. Az elkészült képeket aztán további gépi látási szoftverek elemzik, ha például minőségellenőrzésre, analízisre vagy további szerkesztésre kerül sor.

10. Interfész

Ahogyan a kameratechnológia fejlődik, egyre több adatot kell tudni kezelni és továbbítani. Számos kamerainterfész áll rendelkezésre, hogy mindenki megtalálja a neki legmegfelelőbbet. A négy leggyakoribb megoldás az USB3, a GigE, a CoaXpress (CXP) és a Camera Link High Speed (CLHS). Amikor gépi látási rendszerhez használt interfészt kell választanunk, gondolnunk kell a kívánt sávszélességre, szinkronizálhatóságra és a beépítés nehézségeire — írja a Machine Design.