Die Wahl der richtigen Hardware für ein Bildverarbeitungssystem
Während die meisten Bildverarbeitungssysteme eine ähnliche Sammlung von Hardware enthalten, gibt es für jede Komponente spezifische Auswahlmöglichkeiten – und sie müssen alle nahtlos zusammenarbeiten.
Die genaue Konfiguration eines Bildverarbeitungssystems hängt von den Anforderungen des Auftrags ab: Wenn Sie mit der Anwendung beginnen, können Sie mit einem Anbieter zusammenarbeiten, um die genaue Konfiguration zu bestimmen, die Sie benötigen.
Mono vs. Farbsensoren
Bildverarbeitungssensoren sind monochromatisch, d. h., jedes Pixel erkennt nur die Intensität des darauf fallenden Lichts, nicht die Farbe. Sie können Farbbilder mithilfe von Rot-, Grün- und Blaufiltern aufnehmen, aber bei der überwiegenden Mehrheit der industriellen Anwendungen sind monochromatische Bilder die bessere Wahl. Da Farbfilter die Lichtintensität reduzieren, werden sie nur verwendet, wenn Farbe für eine bestimmte Aufgabe unbedingt erforderlich ist.
Bildsensoren
Das Herzstück eines jeden Bildverarbeitungssystems ist ein Bildsensor, der Lichtenergie in elektrische Signale umwandelt, die von einer Software analysiert werden können.
Bildsensoren sind Festkörper-Halbleiterchips mit Millionen von Fotodetektoren, den so genannten Pixeln, die Licht in elektrische Signale umwandeln. Die beiden wichtigsten Technologien sind CCD (charge-coupled device) oder CMOS (complementary metal oxide semiconductor). Die CMOS-Technologie ist zwar neuer und nimmt dank niedrigerer Kosten und schnellerer Verarbeitungsgeschwindigkeiten einen immer größeren Marktanteil ein, aber CCD-Sensoren werden immer noch für Anwendungen verwendet, die extrem hochwertige Bilder erfordern.
Rollläden vs. globale Rollläden
Bildverarbeitungskameras verwenden elektronische Blenden, um zu bestimmen, wie die Pixel dem Licht ausgesetzt werden. Trotz der Verwendung des Wortes „Verschluss“, wie bei einer alten mechanischen Kamera, ist der Verschluss ein Teil der Art und Weise, wie ein Sensor das auf ihn fallende Licht verarbeitet, und nicht etwas Separates.
Ein Rolling-Shutter-Bildsensor belichtet Zeilen von Pixeln nacheinander. Diese Art von Sensor ist kostengünstiger, aber wenn sich das abzubildende Ziel schnell bewegt, kann das Bild verzerrt werden.
Ein Global Shutter-Bildsensor kann alle seine Pixel auf einmal belichten. Ihre Herstellung ist zwar komplizierter, aber die Preise sind gesunken, und sie werden in vielen industriellen Anwendungen eingesetzt.
Zusätzliche Sensorfunktionen
Sensoren weisen eine Vielzahl von Eigenschaften auf, darunter Größe, Auflösung, Pixelgröße, Bildrate, Empfindlichkeit und Dynamikbereich. Jede Wahl kann sich auf andere Eigenschaften und auf die Kosten auswirken. Die Sensoren können auch einen breiteren Spektralbereich als das menschliche Auge abdecken und Licht bis ins Infrarot (IR) erkennen, was bei einigen industriellen Anwendungen nützlich ist.
Es gibt keine einfache Antwort auf die Frage „Welchen Sensor soll ich verwenden?“ Die Sensoren sollten je nach ihrem spezifischen Zweck ausgewählt werden, sei es für ein schnelles Fließband, bei dem eine hohe Bildrate unerlässlich ist, oder für die Erfassung winziger Details in einem komplexen Produkt, bei dem die Auflösung und der Dynamikbereich wichtiger sein könnten.
Objektive für die Bildverarbeitung
Objektive sammeln und fokussieren Licht auf Bildsensoren. Sie sind so auf den Sensor abgestimmt, dass sie den lichtempfindlichen Bereich vollständig ausleuchten, und zwar mit einer Auflösung, die der Pixelgröße des Sensors entspricht oder größer ist.
Manuelle Objektive müssen neu fokussiert werden, wenn sich die beobachteten Objekte verändern oder wenn sich die Kamera bewegt.
Dies kann jedoch zeitaufwendig sein, wenn Sie dies häufig tun oder wenn eine große Anzahl von Kameras eingestellt werden muss. In diesen Situationen sind Autofokus-Objektive optimal.
Autofokus-Objektive passen ihren Fokus bei Bedarf automatisch an und sparen so Zeit, wenn häufige Änderungen zu erwarten sind.
Flüssiglinsen sind eine spezielle Untergruppe von Autofokus-Objektiven, die ihre Form während der Aufnahme anpassen, um die Schärfe zu erhalten. Außerdem sind sie kleiner und widerstandsfähiger gegen Stöße und Vibrationen als mechanische Autofokus-Objektive mit ähnlichen Spezifikationen.
Deckt ab
Eine Kameraabdeckung, auch Gehäuse genannt, schützt Ihre teure Bildverarbeitungskamera vor Staub, Öl, Wasser, Lebensmittelpartikeln, Stößen und anderen Gefahren, die mit dem Betrieb in einer industriellen Umgebung verbunden sind.
Abdeckungen können auch Wärme ableiten, Kabelverbindungen schützen und Manipulationen verhindern.
Schutzhüllen werden danach bewertet, wie gut sie die Kamera schützen, wobei IP67 die übliche Einstufung für eine staubdichte Kamera in einer industriellen Umgebung ist. Die Schutzart IP67 bedeutet auch, dass das Gehäuse wasserdicht ist, sodass der Betriebsbereich sicher abgespritzt werden kann.
Zusätzliche Anforderungen an die Hardware des Bildverarbeitungssystems
Ein weiterer Faktor bei der Wahl der Art der Verarbeitung ist die erforderliche Hardware. Aufgrund der erforderlichen parallelen Verarbeitung müssen für Deep Learning in der Regel anspruchsvolle parallele Prozessoren, sogenannte GPUs, eingesetzt werden. Edge Learning erfordert weniger Verarbeitung, und regelbasierte Algorithmen am wenigsten.
Einige Industriekameras haben eine integrierte oder eingebettete Verarbeitung. Solche Kameras können in der Regel sowohl die regelbasierte als auch die Edge-Learning-Verarbeitung völlig eigenständig durchführen. Deep Learning erfordert möglicherweise einen leistungsfähigeren Prozessor in einem separaten PC.