ビジョン センサー: 技術分析とアプリケーション

ビジョン センサーは、さまざまな業界で使用されています。 ロボティクス、自動車製造、およびビデオゲーム。ビジョン センサーは何十年にもわたって開発されており、技術は大幅に向上しています。この記事では、ビジョン センサーの基本を確認し、そのしくみの概要を説明します。また、ビジョン センサーを使用する際に知っておくべき重要な技術用語についても説明します。最後に、ビジョン センサーのいくつかのアプリケーションについて説明し、今日の実際のアプリケーションでそれらがどのように適用されているかを確認できます。

ビジョンセンサの動作原理

ビジョン センサーは通常、カメラ、ディスプレイ、インターフェイス、およびコンピューター プロセッサから組み立てられます。 主にこれらのコンポーネントを使用して、産業プロセスと意思決定を自動化します。オブジェクトの測定値を記録し、合格/不合格の決定を下します。また、分析可能な製品品質の検査をサポートします。プロセッサが統合されたビジョン センサは、 スマートカメラ.スマートカメラは、画像取得だけでなく画像処理も可能です。このカメラは、さまざまなレベルの組み込みビジョンを可能にし、アマチュア写真家に好まれるビジョン センサーの例です。

ビジョン センサーは、画像を使用して、特定のオブジェクトの存在、向き、および精度を判断します。 画像取得と画像処理をサポートします。また、 シングルセンサー 多点検出用。ビジョン センサーは、カメラとコンピューター処理ユニット間のデータ交換を目的としています。キャプチャした画像をメモリに保存されている参照画像と比較して分析します。ボディにボルト8本を差し込んだ状態でビジョンセンサを設置したとします。その後、検査プロセス中に不適合部品を迅速に特定できます。これらの不適合コンポーネントは、機械のボルトが 7 本しかないコンポーネントまたはボルトの位置がずれているコンポーネントである可能性があります。また、機械部品の位置や回転角度を正確に判断することができます。

これらのセンサーと画像検出システムには明確な違いがあります。 これらにより、デバイスの設置と操作が非常に簡単になります。また、他の汎用センサーとは異なります。典型的な例は、複数のポイントを検出できる単一のビジョン センサーです。また、ターゲット位置が一致しないオブジェクトの検出も可能です。

ビジョンセンサは、モノクロモデルとカラーモデルをご用意。 単色モデルは、主に白と黒の領域間の強度範囲を識別します。カメラがモデルの画像をキャプチャします。光学レシーバー (CMOS 互換) は、キャプチャーされた画像をカメラに渡します。次に、それを電気信号に変換します。物体の形状、向き、明るさの認識をサポートします。カラーモデルが受け取った光は、赤、緑、青に分けられます。それは、人々がその強度の違いによってオブジェクトの色を識別することを可能にします.

ビジョンセンサの専門用語分析

• ピクセル： これは、感光デバイスの基本的な感光ユニットです。カメラが認識できるのは、画像の小さな単位です。簡単に言えば、イメージと要素の組み合わせです。
• グレースケール: オブジェクトがさらされる光の強度。物体がさらされる光の強さを黒から白に分類します。合計 256 のグレー レベルがあります。
• 作動距離: 鏡筒から被写体までの距離
• 視野 (FOV): カメラを使用して見ることができる物理的な領域。その視野は、光源とアクティブ エリアの一般的な値から計算されます。
  カメラ有効領域の縦の長さ(V)/光学倍数(M)=視野(V)
  カメラ有効領域の横長(H)/光学倍数(M)=視野(H)
  カメラ有効領域の縦の長さ（V）または横の長さ（M）＝カメラの1画素の大きさ×有効画素数（V）または（H）
• 被写界深度： ピントが合った物体の鮮明な像の前後の距離。
• 焦点距離 (f): レンズの中心から焦点までの距離
• 固定焦点レンズ: レンズの焦点距離。固定焦点レンズを調整することはできません。人々はそれを規制することはできません。
• ズームレンズ： 調整可能なレンズ焦点距離。
• エッジ輝度: 中央および周辺照明のパーセンテージ
• 変調伝達関数 (MTF): オブジェクト表面の強度変化。レンズの結像性能と被写体のコントラストを表す関数です。
• 二値化: 256次濃度の色を白黒に変換します。通常、2 値化プロセスの後に、白ピクセルの測定が続きます。
• シャッター： 写真要素への露光のタイミングを制御するために使用される装置。
• 絞り: レンズを通して体内に入る光の量を制御する装置。通常、レンズの内側にあります。 F値は、絞りの大きさを示すためによく使用されます。
• 画像入力周期： 画像を取得する時間。
• 精度： 測定値と真値の差
• 複製値: 複数のテストからの値の違い
• 解決： 1mmの真ん中に見える白黒の線の数。単位は(lp)/mmです。
• 曝露時間： 感光デバイスの表面で光が知覚されるプロセス
• 産業用カメラとレンズのインターフェース

ビジョンセンサーの種類

ビジョンセンサーとイメージセンサーは、その構造と構成要素によって2つのカテゴリーに分けられます。 これらの 2 つのカテゴリは、電荷結合デバイスと相補型金属酸化膜半導体 CMOS です。電荷結合デバイスは、非常に感光性の半導体材料を使用します。光を電荷に変換し、アナログ-デジタル変換チップを介してデジタル信号に変換します。

CMOSは、シリコンとゲルマニウムの2つの元素からなる半導体を利用しています。 この材料により、CMOS上でNおよびPレベルの半導体と共存できます。両方によって生成された電流は、処理チップによって記録され、画像に解釈されます。 CCDタイプのイメージセンサーは非常に低ノイズで動作します。センサーは、薄暗い環境条件でも良好な状態を維持できます。 CMOSタイプのイメージセンサーは、通常のセンサーよりも優れた品質です。低電圧電源駆動に対応できます。

ビジョン システムとビジョン センサー

ビジョン システムとビジョン センサーという用語は、しばしば同じ意味で使用されますが、いくつかの微妙な違いがあります。

• ビジョン センサーは、視覚情報をキャプチャする単一のカメラまたはイメージ センサーです。 光学情報を処理可能なデジタル画像に変換します。例としては、CMOS カメラ、CCD カメラなどがあります。
• ビジョン システムには、視覚情報をより高度な方法で認識、分析、解釈するために、複数のビジョン センサーと追加のコンポーネントが組み込まれています。通常、ビジョンシステムには次のものが含まれます。
  • ステレオ ビジョン、パノラマ ビューなどの異なるレンズ、視点、視野などを持つ複数のカメラ。
  • 画像強調、セグメンテーション、オブジェクト認識、3D 再構成、追跡などのタスク用の画像処理ハードウェア/ソフトウェア。
  • シーンを適切に照らすための照明器具。
  • カメラの位置とフォーカスを制御する機械部品。
  • 視覚データをリアルタイムで処理するコンピューティング能力。

そのため、ビジョン システムは、カメラと関連するハードウェア/ソフトウェアを使用して、機械認識のためのより包括的なソリューションを提供します。ビジョン センサーはビジョン システムの主要コンポーネントですが、システムには追加の要素も含まれます。

ビジョン システムは、自動運転車、ロボット ビジョン、外観検査、監視、顔認識、ジェスチャー認識、追跡などのアプリケーションに役立ちます。シングル ビジョン センサーの機能は、複雑な機械認識タスクに対してより制限されています。

要するに、 ビジョン システムは機械に視覚的な「視力」を与えることを目的としていますが、ビジョン センサーはデジタル画像の形で視覚情報を取得することを目的としています。 優れたビジョン システムは、高品質のビジョン センサーに依存しますが、はるかに高度な視覚機能を提供します。

ビジョンセンサーの特長

インストール

ビジョン センサーにカメラを使用すると、人は損傷や損失を被りやすくなります。 カメラバッグとレンズの硬化により、カメラの損傷を防ぎます。これらのビジョン センサーのカメラは、製造プロセス中に恒久的に取り付けられます。恒久的な設置により、カメラは使用中に正しい視野を記録できます。ほとんどの人は、スタンド、アームレスト、およびショック マウントを使用して、カメラを配置および保護することも選択します。

検査

ビジョン センサーは、さまざまな機能を検出するようにプログラムできます。例えば：

• エリア センサーは、加工中の部品に穴などの欠落しているフィーチャを検出できます。 ブリスター パックを検査して、各ブリスター パックが充填されていることを確認します。
• 欠陥センサーは、アイテムの欠陥を検証します。 表面の傷や梱包材の異物など。
• センサーを合わせてラベルの位置を確認します。 生成されたパターンを参照パターンと比較します。パッケージ上のラベルの位置を比較して検証します。
• 分類センサー検査部品。 いくつかのモードを使用して、パーツの検査と方向付けを行います。手術室で使用して、手術キットのすべてのコンポーネントが所定の位置にあることを確認できます。

ビジョン センサー アプリケーション

ピクセルカウンターセンサー

ピクセルカウンターセンサーは、計算された画像で同じグレー値を持つ個々のピクセルを使用してオブジェクトを測定することを目的としています。 このセンサーには、個々のオブジェクトの形状、サイズ、および陰影を判断するための独自のアプローチがあります。センサーは、オブジェクトをグループ化することによって、オブジェクトのグレースケール値を決定します。ピクセル カウント センサーは、通常、次のように使用されます。

• 溶接点の分析
• 金属部品のねじ山欠損の検証
• トンボ検出
• 目地のり量の分析
• 組み立て中のコントラスト検出
• 射出成形品の正しい形状の検証
• ローターの穴の数の計算

コードリーダー

コード リーダーは、最も一般的なビジョン センサー アプリケーションの 1 つです。 このセンサーにより、バーコードや特定の 2 次元コードを読み取ることができます。 これらの特定の二次元コードは、リーダーが左から右に読み取ることができる二次元コードです。コードリーダーは、バーコードを認識してデコードすることができます。リーダーは、ドミノ、数独パズル、およびさまざまなフォント スタイルの読み取りもサポートしています。このタイプのビジョン センサーは、次のように使用できます。

• 製品の包装ラベルを読む
• 製品分類
• カラーマーク検出
• 欠陥マーク検出

関連資料:

• 近接カードリーダー: 長所と短所
• 初心者のためのRFIDカードリーダー入門とその活用法

プロファイルセンサー

輪郭センサーは主に、以前に定義されたオブジェクトを認識して割り当てるために使用されます。 センサーは、処理パイプライン内の特定のオブジェクトとオブジェクトの形状と輪郭を分析します。また、通過するオブジェクトの二次識別も実行します。プロファイル センサーは、多くの場合、オブジェクトの構造、向き、位置、および完全性をチェックします。プロファイル センサーのアプリケーションは次のとおりです。

• 品質管理
• 棒鋼のパンチ穴の検証
• 自動車ホイール ナットの検証
• 包装におけるスプーンの位置の決定
• 他のセンサー位置の決定
• 自動車部品の正しい位置合わせの検証

3Dセンサー

3Dセンサー オブジェクトの表面と深さをスキャンします。 通常、パッケージ内のオブジェクトの存在を分析するために使用されます。また、サイズによるオブジェクトの判別もサポートします。これらのセンサーの一般的な用途は次のとおりです。

• タンクまたはサイロ内の不透明な固体およびバルク材料の測定
• クレートにボトルの完全なクォータが存在することを確認します。
• 倉庫および配送センターでのパッケージのサイズと容積の計算

適切なビジョン センサーを選択するにはどうすればよいですか?

ビジョン センサーがより広く使用されるようになるにつれて、選択肢が増え始めています。マシンビジョンシステムの目はカメラです。カメラの心臓部はイメージセンサーです。センサーのオプションに関しては、比較的多くを検討する必要があります。これらには、精度、システムのコスト、およびアプリケーション要件の理解が含まれます。多くの場合、センサーの主な機能を一般的に理解することで、検索を絞り込むことができます。適切なセンサーを見つけるまでの時間を短縮できます。

特定のアプリケーションでは、3 つの異なる要素によってセンサーの選択を決定できます。 これらは、ダイナミック レンジ、速度、および応答性です。一部の人々は、ダイナミック レンジとはディテールを表現する能力であると言います。この範囲によって、システムがキャプチャできる画像の品質が決まります。センサーの速度は、センサーが 1 秒間に生成できる画像の数です。システムが受信できる画像の出力もあります。応答性は、センサーが光子を電子に変換する効率です。応答性は、システムが有用な画像をキャプチャするために必要な明るさのレベルを決定します。システム開発者は、ベンチマークでこれらの特性を調べることができます。これらの特性は、正しい判断を下すのに役立ちます。

ほとんどの人はビジョンセンサーを使用しています 自動加工ライン.これは、会社が特定のバッチ内で製品の品質を判断するのに役立ちます。また、製品の均一性を確保するのにも役立ちます。ビジョン センサーは、さまざまな業界でも使用できます。これらの業界には、食品、飲料、射出成形組立ライン、ロボット工学、および一般的な製造業が含まれます。

ビジョンセンサーについて FAQ

1. ビジョン センサーとは何ですか? また、どのように機能しますか?

   ビジョン センサーは、カメラと画像処理アルゴリズムを使用して、視覚データをキャプチャ、分析、解釈します。物理的な物体の画像をキャプチャし、アルゴリズムを使用して有用な情報を抽出します。

2. 利用可能なさまざまな種類のビジョン センサーは何ですか?

   利用可能なさまざまなタイプのビジョン センサーには、2D および 3D、カラー、熱、および赤外線センサーが含まれます。

3. ビジョン センサーは、画像のキャプチャと処理をどのように処理しますか?

   AVision センサーは、カメラ、レンズ、およびキャプチャした画像から有用な情報を抽出する画像処理アルゴリズムを使用して、画像のキャプチャと処理を処理します。

4. ビジョン センサー システムで使用されるさまざまな通信プロトコルは何ですか?

   ビジョン センサー システムで使用されるさまざまな通信プロトコルには、イーサネット、RS-232、USB、およびワイヤレス プロトコルが含まれます。

5. ビジョン センサは、長期運用のためにどのように電力管理を処理しますか?

   ビジョン センサーは、低電力コンポーネント、エネルギー効率の高い設計、および省電力モードを使用して、長期動作のための電力管理を処理します。

6. 2D ビジョン センサーと 3D ビジョン センサーの違いは何ですか?

   2D ビジョン センサーは 2 次元の画像をキャプチャし、3D ビジョン センサーは 3 次元の画像をキャプチャするため、より正確な深度認識が可能になります。

7. ビジョン センサは、照明や環境条件の変化をどのように処理しますか?

   ビジョン センサーは、適応アルゴリズムと照明補正技術を通じて、照明と環境条件の変化を処理します。

8. 視覚センサーを他の自動化システムと統合して効率を最大化するにはどうすればよいですか?

   ビジョン センサーは、API とプロトコルを使用して他の自動化システムと統合できるため、データ交換と相互運用性が可能になります。