 Kamery przemysłowe i systemy wizyjne w ofercie kamlab.pl |
by Krzysztof A. Kamiński |
Kamery przemysłowe i systemy wizyjne w ofercie Guru Control Systems
Kamery wideo to w potocznym rozumieniu urządzenia pozwalające na nagrywanie filmów. W rzeczywistości są to rejestratory składające się z właściwej kamery, obiektywu, okularu i wielu elementów pomocniczych.
Zadaniem kamery jest akwizycja obrazu rzutowanego poprzez układ optyczny na czujnik i przekształcenie
go na sygnał, który może być przesłany do innego urządzenia w celu wyświetlenia, zarejestrowania lub analizy.
Takim docelowym urządzeniem może być monitor albo rejestrator. W ciągu ostatnich 20 lat nastąpił ogromny postęp w technologii tych urządzeń, głównie dzięki opracowaniu przetwornika CCD. Przedtem w kamerach stosowano lampy obrazowe takie jak widikon, co przekładało się na duże gabaryty i wysoki pobór mocy.
Kamery te miały parametry czasowe i rozdzielczość obrazu ograniczone do standardu telewizyjnego. Nie nadawały się dobrze do większości zastosowań w przemyśle nie tylko ze względu na rozmiary i zawodność ale także z powodu braku precyzyjnego mechanizmu wyzwalania.
Współczesne kamery przemysłowe do systemów wizyjnych mają niewielkie wymiary i wyrafinowaną elektronikę, zapewniającą precyzyjne wyzwalanie, szybką migawkę, dużą czułość i wiele innych ważnych funkcji. Dzięki nim „widzenie maszynowe” znajduje zastosowanie w coraz większej liczbie sektorów przemysłu i nauki, zastępując systemy pomiaru kontaktowego i dostarczając metod do kontroli jakości i automatyzacji procesów.
Kamery przemysłowe Kamery przemysłowe podzielić można na urządzenia do zastosowań w systemach bezpieczeństwa, nadzoru i monitoringu oraz te, które przeznaczone są do systemów akwizycji, analizy i przetwarzania obrazów.
Firma Guru Control Systems od wielu lat zajmuje się dystrybucją uniwersalnych i dedykowanych systemów wizyjnych, kamer przemysłowych oraz wyposażenia dodatkowego, takiego jak obiektywy, oświetlenie i framegrabbery. W 2005 roku wprowadziła do swojej oferty kamery i systemy wizyjne firmy JAI.
Kamery przemysłowe można dzielić na kategorie względem bardzo różnych kryteriów: – zasada pracy, tj. skanowanie powierzchniowe lub liniowe, – rodzaj czujnika - CCD lub CMOS, – rodzaj sygnału wyjściowego - analogowy lub cyfrowy, – rodzaj interfejsu – zespolony analogowy sygnał wizyjny, cyfrowy równoległy (RS-422, LVDS), cyfrowy w standardzie Camera Link, IEEE- 1394 (FireWire), USB i gigabitowy sieciowy (Gigabit Ethernet).
Firma JAI produkuje kamery we wszystkich standardach interfejsu z wyjątkiem FireWire i USB. Koncentruje się na rozwijaniu technologii kamer z gigabitowymi interfejsami sieciowymi jako najbardziej zaawansowanymi dla profesjonalnych zastosowań. W zakresie kamer FireWire i USB, kamer ultraczułych i superszybkich Guru Control Systems oferuje urządzenia innych producentów.
W artykule zaprezentowane zostaną na przykładzie kilku najnowszych konstrukcji firmy JAI najnowsze kierunki rozwoju kamer przemysłowych z segmentu machine vision. Przedstawione są również zaawansowane podsystemy wizyjne wspomnianej firmy, które przeznaczone są do systemów kontroli ruchu pojazdów.
O firmie JAI
Firma JAI została założona w 1963 roku, jej główna siedziba mieści się w Danii. Firma ma także oddziały w Japonii, Wielkiej Brytanii i USA. Na przestrzeni lat produkcja JAI koncentrowała się na wysokiej jakości, łatwych w użyciu kamerach, wyposażonych w szeroki zakres funkcji. Przykładowo jako pierwsza firma wprowadziła ona jako standard w kamerach interfejs RS-232.
W 2003 roku JAI przejęła amerykańską firmę Pulnix - znaczącego producenta zaawansowanych kamer
przemysłowych z zakresu systemów wizyjnych.
Obecnie JAI produkuje szeroką gamę kamer przemysłowych z wyjściami analogowymi, złączami CameraLink, Mini-CameraLink i GbE. W ofercie są także kamery z wbudowanymi inteligentnymi algorytmami i interfejsem Ethernet 100Mb/s. Firma dostarcza także kamery z głowicą oddzielną od układu sterującego (remote head), kamery 3CCD, kamery na zakres bliskiej podczerwieni (near IR) i kamery magapikselowe.
W ofercie znajdują się zarówno wersje kolorowe, jak i monochromatyczne, o szerokim zakresie rozdzielczości, a także kamery o dużych możliwościach wstępnej obróbki obrazu (pre-processing). Wszystkie są konstruowane tak, by były łatwe do zastosowania w różnych dziedzinach.
Najbardziej obiecujące są obecnie dwa kierunki rozwoju technologii kamer przemysłowych. Pierwszym z trendów jest integracja interfejsów gigabitowych sieci, a drugim – wbudowywanie komputera w kamerę.
Gigabitowy Ethernet w kamerze
Gigabitowe interfejsy sieciowe zapewniają 10-krotnie większą przepustowość niż klasyczna sieć 100- BaseT. Jednak dodatkowe narzuty przesyłu wynikający ze standardowego protokołu TCP/ IP zmniejszają atrakcyjność tego rozwiązania w wymagających zastosowaniach ze względu na mały rozmiar pakietów i duże obciążenie procesora.
Dlatego stworzono zmodyfikowany protokół, który wykorzystuje pakiety jumbo. W tym celu opracowano wysokowydajny sterownik zmniejszający obciążenie procesora do kilku procent. Ponadto komitet standaryzacyjny składający się z około 40 członków i wspierany przez AIA (Automated Imaging Associacion), doprowadził do stworzenia standardu łączenia kamer opartego o Ethernet gigabitowy. Standard ten został nazwany GigE Vision.
Zastosowanie interfejsu tego typu w kamerze daje wiele korzyści. Jest on w pełni wspierany przez przemysł komputerowy, pozwala na proste wykonywanie kabli połączeniowych zgodnie z ogólnie znanym standardem, umożliwia również na stosowanie połączeń na odległość do 100m bez wykorzystania switchy. Charakteryzuje się także dużą szybkością transmisji. Wykorzystanie interfejsu GigE Vision umożliwia tworzenie małych kamer o dużej wydajności i niewielkich cenach.
Dla standardu GigE Vision opracowano wiele różnych bibliotek i narzędzi programistycznych. Firma JAI bezpłatnie dostarcza pakiety deweloperskie zawierające mechanizmy do obsługi warstwy transportu GigE Vision, zarządzania ustawieniami kamery, obsługi strumieni wideo, tworzenia i usuwania buforów dla obrazów oraz inicjowania i kończenia pobierania obrazów. Ponadto oprogramowanie to pozwala zarządzać oknami podglądu, dokonywać konwersji pobieranych obrazów i przetwarzać balans bieli dla matryc typu Bayer, tworzyć pliki obrazów, a nawet przetwarzać je w podstawowym zakresie.
Przykładowe kamery GigE Vision firmy JAI
TM-4200 GE to zaawansowana kamera megapikselowa, w której wykorzystuje się technologię Dual-Tap AccuPixel progresive scan. Wielkość użytego w niej sensora to 1,2”, a rozdzielczość 2048x2048 pikseli (4,2 megapiksela). Pozwala ona na nagrywanie 15 klatek na sekundę w trybie dual-tap i ma 12-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy o stosunku SNR wynoszącym 54dB. Kamera ta ma automatyczny balans kanałów i LUT 8- lub 10-bit. Ponadto wspiera funkcję kompensacji uszkodzonych pikseli, tryb PIV, zmienny częściowy obszar skanowania VPS, tryb binning 2x2 i oczywiście interfejs gigabitowy. Dostępna jest także wersja z interfejsem Camera Link.
TM-2040 GE to kamera wykorzystująca technologię Dual-Tap Accu-Pixel progressive scan. Jej sensor ma wielkość 1” i rozdzielczość 1600x1200 pikseli. Kamera umożliwia akwizycję 34 klatek na sekundę w trybie dual-tap. Ma automatyczny balans kolorów oraz 8- lub 10-bitowy LUT. Tak jak poprzedni model wspiera kompensację uszkodzonych pikseli, tryb PIV, zmienny obszar skanowania, binning i dostępna jest w wersji Camera Link. Ponadto ma asynchroniczny reset i bezzwłoczną migawkę.
Kolejny model – CV-M9 GE to zaawansowana kamera 3CCD. Wspiera technologię progressive scan, a jej sensor ma wielkość 1/3” i rozdzielczość 1024x768 pikseli na każdy kolor. Ma 8- lub 10-bitowy przetwornik i umożliwia rejestrację obrazów z częstością 30 klatek na sekundę. Wspiera tryb częściowego obszaru skanowania i vertical binning. Redukuje cieniowanie chromatyczne i pozwala na indywidualną kontrolę światła dla składników R, G i B.
Innymi urządzeniami są CV-A10 GE / CV-A70 GE. Obydwa wspierają technologię progressive scan i mają sensor o wielkości 1/2” i rozdzielczości 782x582 pikseli. Pierwsza z nich jest monochromatyczna, a druga kolorowa. Mają 8- lub 10-bitowy przetwornik i umożliwiają rejestrację obrazów z częstością do 60 klatek na sekundę. Wspierają tryb częściowego obszaru skanowania, binning, automatyczną migawkę i sekwencyjne wyzwalanie. Mają wyjście automatycznej przesłony i programowalne wejścia i wyjścia ogólnego przeznaczenia.
Wbudowana inteligencja
Drugim kierunkiem rozwoju na który JAI kładzie szczególny nacisk są kamery z wbudowaną inteligencją. W wielu zastosowaniach nie jest potrzebne rejestrowanie bardzo dużej liczby obrazów, a raczej wychwycenie właściwego momentu i zarejestrowanie tylko istotnych kadrów. Wyzwolenie akwizycji następuje często w wyniku analizy obrazu. Jeśli z kamerą zostanie zintegrowany komputer z właściwym oprogramowaniem, można dokonywać analizy w urządzeniu i uniknąć przesyłania na odległość wielkich ilości danych.
Przykładem takiego rozwiązaniajest kamera TSC-2030EN. Jest to kamera kolorowa CCD typu progressive scan z wbudowaną funkcjonalnością akwizycji, przechowywania i analizy obrazów. Kamera wykonuje kompresję JPEG pobieranych obrazów i automatycznie dokonuje transmisji FTP do serwera
plików. Jest to realizowane przez zintegrowany komputer z procesorem PowerPC, obsługiwany przez system Linux. Wyposażona jest w interfejs Ethernet 100Mb/s. Jej matryca progressive scan ma wymiar 1” i rozdzielczość 1920x512 pikseli. Zewnętrzny układ wyzwalania umożliwia natychmiastowe przechwycenie obrazu lub sekwencji przed i po zdarzeniu. Możliwe jest także wyzwalanie akwizycji poprzez sieć Ethernet, złącze TTL lub interfejs szeregowy RS-485. Zawiera ona 64MB pamięci RAM w celu buforowania obrazów. Wspiera zarówno statyczną jak i dynamiczną konfigurację łącza w protokole
TCP/IP. Umożliwia znakowanie obrazów datą i identyfikatoremużytkownika, zgodnie z protokołem NTP. Dzięki funkcji ADR (Automatic Dynamic Range) maksymalizuje kontrast zdjęć. Dostępna jest także jej wersja monochromatyczna.
Do zastosowań tej kamery zaliczyć można automatyczne odczytywanie numerów rejestracyjnych pojazdów, identyfikowanie i rozpoznawanie pojazdów, zamianę obrazu na tekst (OCR), wydzielanie obszaru zainteresowania (Region of Interest – ROI) – czyli funkcje ważne dla aplikacji zarządzania transportem (Intelligent Transportation Systems – ITS).
Innym przykładem zaawansowanego urządzenia firmy JAI jest wysoko wyspecjalizowany system IIT Camera System, który przeznaczony jest do monitorowania ruchu pojazdów. W skład systemu wchodzi
monochromatyczna kamera wysokiej rozdzielczości typu progressive scan, obiektyw o sterowanym ustawianiu ostrości (od 3 do 20m) z automatyczną przesłoną oraz wbudowany komputer, który wspiera zewnętrzne lub zależne od treści obrazu wyzwalanie. Wbudowany oświetlacz pozwala na pracę w podczerwieni w nocy, a interfejsy WiMax, WiFi, GPRS, Ethernet, FireWire i USB umożliwiają uniwersalną komunikację. System pozwala na wstawianie pliku danych XML lub zdjęć TIFF. Zapisuje też pliki RAW i JPEG z ustawianym stopniem kompresji. Ponadto całość umieszczona jest w jednej obudowie, zaprojektowanej do pracy ciągłej we wszelkich warunkach pogodowych. Obudowa została wyposażona dodatkowo w ogrzewacz i zabezpieczenie przed kondensacją pary wodnej.
Podsumowanie
Oddział ITS firmy JAI, opracowuje i produkuje zaawansowane systemy do nadzoru ruchu pojazdów, ruchu ulicznego, kontroli prędkości, automatycznego naliczania i kontroli opłat za korzystanie z autostrad, kontroli przestrzegania przepisów drogowych itp. Systemy te w znacznym stopniu usprawniają pracę policji drogowej, służb utrzymania autostrad, służb nadzoru płynności ruchu miejskiego i inne. |
| This article was published on 08/29/2007. |
 |
|
|
|
|
|
| Products related to this article: |
.jpg "CV-A70GE") |
|
The CV-A70GE is based on the CV-A70CL camera, using a Bayer ...
|
 |
|
|
