Датчик зрения: технический анализ и применение

Датчики технического зрения используются в различных отраслях промышленности, включая робототехника, автомобилестроение и видеоигры. Датчики зрения разрабатывались в течение десятилетий, и технология значительно улучшилась. В этой статье рассматриваются основы датчиков зрения и дается обзор того, как они работают. Мы также рассмотрим некоторые важные технические термины, которые необходимо знать при работе с датчиками зрения. Наконец, мы обсудим некоторые области применения датчиков зрения, чтобы Вы могли увидеть, как они используются в реальных приложениях сегодня!

Принцип работы датчика зрения

Датчики зрения обычно собираются из камеры, дисплея, интерфейса и компьютерного процессора. В первую очередь он использует эти компоненты для автоматизации промышленных процессов и решений. Он регистрирует измерения объектов и принимает решения "прошел/не прошел". Он также поддерживает контроль качества анализируемой продукции. Датчик технического зрения со встроенным процессором можно назвать интеллектуальная камера. Умная камера способна не только получать изображение, но и обрабатывать его. Эта камера допускает различные уровни встроенного зрения и является любимым примером датчика зрения для фотографов-любителей.

Датчики зрения используют изображения для определения присутствия, ориентации и точности конкретного объекта. Он поддерживает захват и обработку изображений. Он также может использовать один датчик для многоточечного обнаружения. Датчик технического зрения предназначен для обмена данными между камерой и компьютерным блоком. Он сравнивает и анализирует захваченное изображение с эталонным изображением, хранящимся в памяти. Предположим, датчик технического зрения настроен на состояние настройки восьми болтов, вставленных в корпус. Затем он может быстро идентифицировать несоответствующие детали в процессе проверки. Эти несоответствующие компоненты могут быть компонентами только с семью болтами или несоосными болтами на машине. Кроме того, он может правильно оценивать положение и угол поворота деталей машины.

Существует четкая разница между этими датчиками и системами обнаружения изображений. Они делают установку и эксплуатацию устройства чрезвычайно простой. Они также отличаются от других датчиков общего назначения. Типичным примером является один датчик технического зрения, который может обнаруживать несколько точек. Он также позволяет обнаруживать объекты с непостоянным положением цели.

Датчики зрения доступны в монохромных и цветных моделях. Монохроматическая модель в основном определяет диапазон интенсивности между белыми и черными областями. Камера захватывает изображение модели. Оптический приемник (совместимый с CMOS) пропускает захваченное изображение через камеру. Затем он преобразует его в электрический сигнал. Он поддерживает распознавание формы, ориентации и яркости объектов. Свет, полученный цветовой моделью, делится на красный, зеленый и синий. Это позволяет людям идентифицировать цвет объекта по разнице в его интенсивности.

Анализ технических терминов датчика технического зрения

• Пиксель: Это основная светочувствительная единица на светочувствительном устройстве. Это та небольшая единица изображения, которую камера может распознать. Проще говоря, это комбинация изображений и элементов.
• Градации серого: Интенсивность света, которому подвергается объект. Он классифицирует интенсивность света, которому подвергается объект, от черного до белого. Имеет в общей сложности 256 уровней серого.
• Рабочее расстояние: Расстояние от оправы объектива до объекта
• Поле зрения (FOV): Физическая область, которую можно увидеть с помощью камеры. Ее поле зрения рассчитывается из общих значений источника света и активной области:
  Продольная длина камеры эффективная площадь (V) / оптическая кратность (M)= поле зрения (V)
  Поперечная длина камеры эффективная площадь (H) / оптическая кратность (M)= поле зрения (H)
  Вертикальная длина (V) или горизонтальная длина (M) эффективной площади камеры = размер одного пикселя камеры × количество эффективных пикселей (V) или (H)
• Глубина резкости: Расстояние между передней и задней частью резкого изображения объекта в фокусе.
• Фокусное расстояние (f): Расстояние от центра линзы до ее фокальной точки
• Объектив с фиксированным фокусом: Фокусное расстояние объектива. Объектив с фиксированным фокусом нельзя регулировать. Люди не могут его регулировать.
• Зум-объектив: Регулируемое фокусное расстояние объектива.
• Краевая яркость: процентное соотношение центральной и периферийной освещенности
• Функция передачи модуляции (MTF): Изменение интенсивности поверхности объекта. Эта функция отражает эффективность визуализации объектива и контрастность изображаемого объекта.
• Бинаризация: Преобразует цвета концентрации 256-го порядка в черно-белые. Обычно за процессом бинаризации следует измерение белых пикселей.
• Затвор: Устройство, используемое для управления временем воздействия света на фотографический элемент.
• Диафрагма: Устройство, которое контролирует количество света, попадающего в организм через линзу. Обычно оно расположено внутри объектива. Число f часто используется для обозначения размера диафрагмы.
• Цикл ввода изображения: Время получения изображения.
• Точность: Разница между измеренным значением и истинным значением
• Репликация Значение: Разница в значениях по результатам множественных тестов
• Разрешение: Количество черно-белых линий, видимых в середине 1 мм. Его единица измерения - (lp)/мм.
• Время экспозиции: Процесс, посредством которого свет воспринимается на поверхности светочувствительного устройства
• Промышленные камеры - интерфейс объектива

Типы датчиков зрения

Датчики зрения и изображения можно разделить на две категории в соответствии с их структурой и компонентами. Эти две категории - приборы с зарядовой связью и комплементарные металлооксидные полупроводники CMOS. В приборах с зарядовой связью используется высокочувствительный к свету полупроводниковый материал. Он преобразует свет в электрический заряд и превращает его в цифровой сигнал с помощью микросхемы аналого-цифрового преобразователя.

В КМОП используются полупроводники, изготовленные из двух элементов - кремния и германия. Этот материал позволяет ему сосуществовать в КМОП с полупроводниками N и P уровня. Ток, генерируемый обоими, может быть записан и интерпретирован в изображение микросхемой обработки. Датчики изображения типа ПЗС работают с очень низким уровнем шума. Датчик также может поддерживать хорошее состояние в тусклых условиях окружающей среды. Датчик изображения типа CMOS имеет лучшее качество, чем обычный датчик. Он может поддерживать низковольтный источник питания.

Система технического зрения против датчика технического зрения

Термины «система технического зрения» и «датчик технического зрения» часто используются взаимозаменяемо, но есть некоторые тонкие различия:

• Датчик зрения — это отдельная камера или датчик изображения, который фиксирует визуальную информацию. Он преобразует оптическую информацию в цифровые изображения, которые можно обрабатывать. Примеры включают камеры CMOS, камеры CCD и т. д.
• Система технического зрения включает несколько датчиков технического зрения и дополнительные компоненты для более совершенного восприятия, анализа и интерпретации визуальной информации. Система технического зрения обычно включает в себя:
  • Несколько камер с разными объективами, перспективами, полями обзора и т. д. для стереовидения, панорамного обзора и т. д.
  • Аппаратное/программное обеспечение для обработки изображений для таких задач, как улучшение изображения, сегментация, распознавание объектов, трехмерная реконструкция, отслеживание и т. д.
  • Световое оборудование для правильного освещения сцены.
  • Механические компоненты для управления позиционированием и фокусировкой камеры.
  • Вычислительная мощность для обработки визуальных данных в режиме реального времени.

Таким образом, система машинного зрения обеспечивает более целостное решение для машинного восприятия с использованием камер и соответствующего аппаратного/программного обеспечения. Датчики технического зрения являются ключевыми компонентами системы технического зрения, но система также включает в себя дополнительные элементы.

Системы машинного зрения полезны для таких приложений, как автономные транспортные средства, роботизированное зрение, визуальный осмотр, наблюдение, распознавание лиц, распознавание жестов, отслеживание и многое другое. Датчики единого зрения имеют более ограниченные возможности для сложных задач машинного восприятия.

Суммируя, система технического зрения предназначена для того, чтобы наделить машины визуальным «зрением», а датчик технического зрения предназначен для захвата визуальной информации в виде цифровых изображений. Хорошая система технического зрения опирается на высококачественные датчики технического зрения, но обеспечивает гораздо более сложную визуальную функциональность.

Особенности датчика зрения

Установка

При использовании камер в датчиках зрения люди подвержены повреждениям и потерям. Упрочнение сумки для камеры и объектива помогает предотвратить повреждение камеры. Камеры в этих датчиках технического зрения постоянно устанавливаются в процессе производства. Постоянная установка гарантирует, что камера сможет регистрировать правильное поле зрения во время использования. Большинство людей также предпочитают использовать подставки, подлокотники и ударные крепления для размещения и защиты камеры.

Инспекция

Датчики зрения могут быть запрограммированы на обнаружение множества различных признаков. Например:

• Датчики зоны могут обнаружить некоторые отсутствующие элементы, такие как отверстия, в обрабатываемой детали. Он осматривает блистерную упаковку, чтобы убедиться, что каждая блистерная упаковка заполнена.
• Датчик дефектов проверяет наличие дефекта изделия. Например, царапины на поверхности и посторонние частицы на упаковочном материале.
• Совместите датчик для проверки положения этикетки. Он сравнивает полученный образец с эталонным образцом. Он проверяет положение этикетки на упаковке путем сравнения.
• Детали для проверки датчиков классификации. Он использует несколько режимов для осмотра и ориентации деталей. Мы можем использовать его в операционной, чтобы убедиться, что все компоненты хирургического набора находятся на своих местах.

Применение датчиков технического зрения

Датчик пиксельного счетчика

Датчик счетчика пикселей предназначен для измерения объекта по отдельным пикселям, имеющим одинаковое значение серого цвета в вычисленном изображении. Датчик имеет уникальный подход к определению формы, размера и оттенка отдельных объектов. Датчик определяет значения оттенков серого на объектах путем их группировки. Датчики подсчета пикселей обычно используются следующим образом:

• Анализ сварных точек
• Проверка отсутствия резьбы в металлических деталях
• Обнаружение метки регистра
• Анализ количества клея для швов
• Обнаружение контраста во время сборки
• Проверка правильности формы изделий, отлитых под давлением
• Расчет количества отверстий в роторе

Считыватель кодов

Считыватели кодов - одно из самых популярных применений датчиков технического зрения. Датчик позволяет считывать штрих-коды и определенные двухмерные коды. Эти специфические двумерные коды представляют собой двумерные коды, которые читатель может читать слева направо. Считыватель кодов может распознавать и декодировать штрих-код. Ридер также поддерживает чтение домино, головоломки судоку и множество различных стилей шрифтов. Мы можем использовать этот тип датчика зрения следующими способами:

• Чтение этикеток для упаковки продуктов
• Классификация продуктов
• Обнаружение цветовой метки
• Обнаружение дефектов

Связанное чтение:

• Считыватели бесконтактных карт: плюсы и минусы
• Руководство для начинающих по считывателям RFID-карт и их использованию

Датчик профиля

Датчики контура в основном используются для распознавания и присвоения ранее определенных объектов. Датчик анализирует форму и контур конкретных объектов и объектов в конвейере обработки. Он также выполняет вторичную идентификацию проходящих объектов. Профильные датчики часто проверяют структуру, ориентацию, положение и целостность объектов. Областями применения профильных датчиков являются:

• Контроль качества
• Проверка пробивных отверстий в стальных прутках
• Проверка автомобильных колесных гаек
• Определение положения ложки в упаковке
• Определение других положений датчиков
• Проверка правильности центровки автомобильных деталей

3D сенсор

3D датчики сканирование поверхности и глубины объекта. Они обычно используются для анализа наличия объекта в пакете. Они также помогают определить объект по его размеру. Общими областями применения этих датчиков являются:

• Измерение непрозрачных твердых веществ и сыпучих материалов в резервуарах или силосах
• Убедитесь, что в ящике имеется полная квота бутылок.
• Расчет размера и объема упаковки на складе и в распределительном центре

Как выбрать правильный датчик зрения?

По мере того, как датчики технического зрения находят все более широкое применение, наши возможности начинают расширяться. Глаз системы машинного зрения - это камера. Сердцем камеры является датчик изображения. Что касается вариантов датчиков, нам нужно учитывать относительно больше. К ним относятся его точность, стоимость системы и понимание требований приложения. Часто мы можем сузить круг поиска, имея общее представление об основных характеристиках датчика. Мы сможем сократить время на поиск подходящего датчика.

В конкретном применении мы можем определить выбор датчика по трем различным элементам. Это динамический диапазон, скорость и отзывчивость. Некоторые люди говорят, что динамический диапазон - это способность к детализации. Этот диапазон определяет качество изображения, которое может захватить система. Скорость сенсора - это количество изображений, которые сенсор может производить в секунду. Также есть выход изображений, которые может получить система. Отзывчивость - это эффективность, с которой датчик преобразует фотоны в электроны. Отзывчивость определяет уровень яркости, который необходим системе для получения полезного изображения. Разработчики систем могут изучить эти характеристики на своих эталонах. Эти характеристики помогут им сделать правильные суждения.

Большинство людей используют датчики зрения в автоматизированные технологические линии. Он помогает компании определить качество продукта в пределах данной партии. Он также помогает в обеспечении однородности продукта. Датчики технического зрения также могут использоваться в самых разных отраслях промышленности. К таким отраслям относятся пищевая промышленность, производство напитков, сборочные линии литья под давлением, робототехника и общее производство.

О датчиках технического зрения Часто задаваемые вопросы

1. Что такое датчики зрения и как они работают?

   Датчики зрения используют камеры и алгоритмы обработки изображений для захвата, анализа и интерпретации визуальных данных. Они захватывают изображения физического объекта и используют алгоритмы для извлечения полезной информации.

2. Какие существуют типы датчиков технического зрения?

   Доступны различные типы датчиков технического зрения, включая 2D и 3D, цветные, тепловые и инфракрасные датчики.

3. Как видеосенсоры справляются с захватом и обработкой изображений?

   Датчики AVision захватывают и обрабатывают изображения с помощью камер, объективов и алгоритмов обработки изображений, которые извлекают полезную информацию из захваченных изображений.

4. Какие протоколы связи используются в системах видеосенсоров?

   Различные протоколы связи, используемые в системах видеосенсоров, включают Ethernet, RS-232, USB и беспроводные протоколы.

5. Как видеосенсоры управляют питанием для долговременной работы?

   Видеосенсоры управляют питанием для долговременной работы, используя компоненты с низким энергопотреблением, энергоэффективные конструкции и энергосберегающие режимы.

6. В чем разница между датчиками 2D и 3D Vision?

   Датчики 2D Vision захватывают двухмерные изображения, а датчики 3D Vision захватывают трехмерные изображения, обеспечивая более точное восприятие глубины.

7. Как датчики технического зрения реагируют на изменения освещения и условий окружающей среды?

   Датчики зрения реагируют на изменения освещения и условий окружающей среды с помощью адаптивных алгоритмов и методов компенсации освещения.

8. Как можно интегрировать датчики технического зрения с другими автоматизированными системами для максимальной эффективности?

   Датчики технического зрения можно интегрировать с другими автоматизированными системами с помощью API и протоколов, что обеспечивает обмен данными и совместимость.