انواع دوربین پردازش تصویر

 دوربین های صنعتی که یکی از آنها دوربین پردازش تصویر می باشد، در خصوص هوشمند سازی خطوط تولید و سامانه های بینایی ماشین کاربردهای بسیار زیادی دارند. این دوربینها با کیفیت، رزولوشن و فریم ریت­های مختلفی تولید می­شوند که بر اساس نیاز و کاربرد در ماشین بینایی میتوانید با بررسی دقیق دوربین مورد مناسب را انتخاب نمایید و خروجی مورد نظر را دریافت کنید.

دوربین ­های پردازش تصویر

دوربین های مخصوص پردازش تصویر به دو دسته­ ی کلی تقسیم می­شوند :

  1. دوربین­ های مبنتی بر کامپیوتر(PC Base Camera)
  2. دوربین­های هوشمند (Smart Camera)

دوربین­های مبنتی بر کامپیوتر

دسته دوربین ­های مبتنی بر کامپیوتر و یا اصطلاحا PC Base به دوربین­هایی اطلاق می­شود که صرفاً کار تصویر­برداری را برعهده دارند و هیچ عمل پردازشی برروی عکس انجام نمی­دهند. در سیستم­های ماشین بینایی که از این گونه دوربین­ها استفاده می­کنند، فرآیند سیستم بدین صورت است که ابتدا تصویر توسط دوربین ضبط و برای کامپیوتر ارسال می­شود و سپس درون کامپیوتر تصویر دریافت و در نرم­افزار پردازش تصویر، پردازش می­شود و بر­اساس برنامه نوشته شده، خروجی لازم به کاربر نمایش داده می­شود.

از جمله معایب دوربین­های pc Base می­توان به وابسته بودن اشاره کرد بدین معنا که برای تکمیل فرآیند پردازش تصویر می­بایست تجهیزات دیگری نیز در نظر گرفت، تجهیزاتی از قبیل کامپیوتر، کارت ورودی و خروجی و از همه مهمتر نیاز به برنامه نویسی پردازش تصویر می­باشد. اما در عین اینکه معایب این سیستم را نام بردیم یکی از مهمترین محاسن استفاده از این سیستم این است که به دلیل برنامه نویسی که توسط انسان انجام می­گیرد، قابلیت انعطاف بسیار زیادی در آن وجود دارد و می­تواند نرم­افزاری چه بسا قدرتمند تولید نماید تا پاسخگوی تمامی نیازهای کاربر باشد.

دوربین های PC Base از لحاظ نوع ارتباط با کامپیوتر به دو دسته تقسیم می­شوند:

  1. GigE
  2. USB

دوربین پردازش تصویر GigE

به دوربین­هایی گفته می­شوند که از طریق کابل شبکه با کامپیوتر در حال تبادل اطلاعات باشند. پهنای باند مورد نیاز این دوربین­ها گیگ بر ثانیه می­باشد و نیازمند کارت شبکه­ای است که سرعت انتقال اطلاعات آن یک گیگ برثانیه باشد.

دوربین های USB

این دسته از دوربین­ها، از طریق کابل USB انتقال اطلاعات را انجام می­دهند و از لحاظ کیفیت، تصاویر بهتری را می­توانند انتقال دهند، بدین جهت که سرعت انتقال آن­ها بالاتر از بستر شبکه است. این دوربین­ها از پورت USB 3.0 استفاده می­کنند.

دوربین­های هوشمند

دوربین­های هوشمند و یا به اصطلاح Smart Camera یک دوربین معمولی نیستند و صرفاً تصویر­برداری و گرفتن عکس انجام نمی­دهند بلکه می­توان گفت که علاوه بر تصویر­برداری، پردازش تصویر هم توسط دوربین­های هوشمند انجام می­گیرد. در واقع سیاست کلی این گونه دوربین­ها بدین صورت است که دیگر نیازی به تجهیز دیگری نباشد و کاربر بتواند با استفاده از این گونه دوربین­ها و بدون نیاز به برنامه نویسی پردازش تصویر به خروجی مورد نظر خود برسد. روش کاری دوربین­های هوشمند بدین صورت است که عکس توسط دوربین گرفته شده و درون دوربین با توجه به الگوریتم­های پردازشی و همچنین با توجه به تنظیمات و خواسته­های کاربر تصویر را پردازش کرده و در نهایت خروجی کار را به کاربر نمایش می­دهد. البته ناگفته نماند این گونه دوربین­ها بدلیل گسترده بودن نیاز کاربران و الگوریتم­های پردازشی و بالا بودن هوش انسان در برنامه نویسی، هیچ گاه نمیتوانند تمامی نیازهای صنایع و کاربران را تامین کنند و صرفاً می­توانند براساس قابلیت­هایی که سازندگان برای آن­ها در نظر گرفتند خروجی لازم را نمایش بدهند.

متفاضیان دوربین­های هوشمند با طیف گسترده­ای از مدل­های مختلف در بازار مواجه هستند که می­توانند با بررسی دقیق نیاز خود و همچنین مشخصات دوربین­های موجود در بازار به انتخابی متناسب با نیاز خود دست یابند.

انتخاب لنز صنعتی مناسب

دوربین و لنز دو فاکتور بسیار مهم در زمینه پردازش تصویر هستند که انتخاب صحیح آنها تاثیر بسیار مهمی بر روی نتیجه پروژه ما دارد. در این مقاله قصد داریم تا توضیح دهیم که ابتدا چرا به لنز احتیاج داریم و در ادامه با انواع لنز آشنا خواهیم شد. پس از بررسی این مطالب به این موضوع می پردازیم که چگونه انتخاب لنز صنعتی صحیح را انجام دهیم.

عملکرد لنزهای صنعتی

سنسور تصویر به کمک لنز ابتدا نور را دریافت کرده و با تبدیل آن به پالسهای الکتریکی برای کامپیوتر ارسال می کند. کامپیوتر نیز طبق برنامه نویسی انجام شده و الگوریتم های موجود آن را مورد پردازش قرار می دهد و خروجی لازم را صادر می کند. خروجی می تواند تنها ارسال یک سیگنال باشد.
همانطور که عنوان کردیم با تابش نور، تصاویر از طریق لنز دریافت می شود و این بدان معنا است که در کنار کیفیت لنز، کیفیت نور نیز بسیار مهم و موثر است. چنانچه نور مناسب نباشد، لنز حتی اگر با کیفیت هم باشد، نمی تواند تصویر مناسبی را تحویل کامپیوتر بدهد.

آیریز IRIS

تمام لنزهایی که در دوربین های صنعتی بکار می روند، بخشی وجود دارد که وظیفه دارد تا نور عبوری از لنز تنظیم نماید. این بخش را آیریز | IRIS می نامیم.آیریزها به دو دسته تقسیم می شوند :AUTO IRIS, MANUAL IRIS. در ادامه قصد داریم تا به بررسی این دو نوع IRIS بپردازیم.

۱٫ AUTO IRIS

این دسته از لنزها قادرند تا در هر ساعت از شبانه روز بصورت اتوماتیک به وسیله موتور کوچکی که در آنها تعبیه شده است، نور مناسب را برای لنز تامین کرده و تصاویری با وضوح بالا و کیفیت مناسب شکل گیرد.

۲٫ MANUAL IRIS

برخلاف ایریز های سری خودکار، این آیریز ها تنها در شرایطی تصاویر با کیفیت را ایجاد می کنند که نور مناسب وجود داشته باشد. نور این نوع از لنزها به صورت دستی و یا منوال تامین می گردد. در ابتدای مقاله اشاره کردیم که در پردازش تصویر، نور یکی از فاکتور های بسیار موثر و مهم در این زمینه است. در مواقعی لازم است که نور کاملا ثابت باشد تا همیشه بتوانیم نتیجه یکسانی را در خروجی به دست اوریم. این نوع از  لنزها در موارد این چنینی بسیار کارامد و مفید هستند.

فاصله کانونی در دوربین صنعتی

فاصله کانونی نیز یک فاکتور مهم در فرایند پردازش تصویر است. اندازه لنز همان فاصله کانونی دوربین است که بر اساس میلی متر سنجش می شود.فاصله کانونی، زاویه دوربین صنعتی است که نقش به سزایی در تصاویر دریافتی در پردازش تصویر دارد.عددی که اندازه لنز را مشخص میکند، هر چه بزرگتر شود تصویر بسته تری را دریافت می کنیم و با هرچه کوچکتر شدن اندازه لنز، تصویر ما نیز افزایش می یابد.

انواع لنز دوربین صنعتی

به لحاظ عملکرد و کاربرد می توانیم لنزهای موجود برای دوربین های صنعتی را سه دسته تقسیم کنیم:
۱- لنزهای فیکس یا فاصله کانونی ثابت
۲- لنزهای متغییر یا وریفوکال Varifocal
۳- لنز موتورایز
۱- لنز فیکسهمانگونه که از نام این نوع از لنز ها مشخص است، ثابت هستند و امکان تغییر و یا تنظیم دلخواه را ندارند. یعنی توسط این لنز (پس از نصب شدن بر روی دوربین صنعتی) شما همواره تصویر یکسانی را دریافت خواهید.از آنجایی که زاویه دید این لنزها همواره ثابت است، می توانید در شرایطی که زاویه دید و عمق دید ثابتی دارید آنها را بکار ببرید. پس اگر شرایط شما به گونه ای است که امکان تغییر زاویه دید وجود دارد می بایست در انتخاب لنز صنعتی خود بسیار دقت کنید زیرا به هیچ عنوان استفاده از این نوع لنزها را به شما توصیه نمی کنیم.

رایج ترین و پر استفاده ترین لنزها در دسته لنزهای با فاصله کانونی ثابت لنزهای ۲٫۸ ،۳٫۶ و۴ میل­متر می باشند.

۲- لنز متغیر

نوع دیگری از لنزهای صنعتی، لنزهای وریفوکال می باشند که بر خلاف نوع پیشین، فاصله کانونی آنها متغیر است. یعنی اگر در شرایطی که قصد دارید لنز را بکار ببرید، امکان تغییر عمق دید و تغییر زاویه دید وجود دارد، می توانید در انتخاب لنز صنعتی خود به سراغ لنزهای وریفوکال بروید. این لنزها دارای دو چرخ دنده بر روی لنز هستند که با تغییر یکی از آن چرخ دنده ها زاویه دید و فاصله کانونی تنظیم می شود. چرخ دنده ی دیگر کمک می کند تا وضوح تصویر افزایش یافته و در واقع عمل Focus انجام پذیرد. نکته ای که وجود دارد این است که اگر بخواهید این دو ویژگی را بر روی لنز تنظیم کنید، لازم است تا به صورت فیزیکی تنظیمات را بر روی چرخ دنده ها انجام دهید. در واقع امکان تنظیم نرم افزاری وجود ندارد.

۳-لنز موتورایز

این لنز به لحاظ عملکرد و کارایی کاملا مشابه با لنزهای سری وریفوکال هستند. به این معنا که شما می توانید زاویه دید و فوکِس را بر روی این لنز ها به صورت دلخواه انجام دهید. تفاوت اصلی این است که در لنزهای وریفوکال کاربر مجبور است تا تنظیمات لازم را به صورت دستی و فیزیکی بر روی چرخ دنده های لنز اعمال کند، اما در این نوع لنزها امکان تنظیم از راه دور وجود دارد و شما می توانید به وسیله موتور های موجود در دوربین، از طریقه نرم افزار نیز تنظیمات را انجام دهید.

 دیافراگم چیست؟

دیگر ویژگی ای که شما باید در انتخاب لنز صنعتی به آن توجه کنید، دیافراگم لنز دوربین صنعتی است. دیافراگم روزنه ­ای است که نور را از طریق خود به دوربین هدایت می کند. f.stop واحد اندازه­ گیری دیافراگم لنز است. با کاهش میزان f.stop، دیافراگم بازتر خواهد شدو نتیجتا نور بیشتری به لنز می رسد، و بر عکس ، هرچه این عدد افزایش یابد دریچه بسته تر شده و نور کمتری نیز وارد لنز دوربین می شود.

عمق میدان لنز، وابسه به دیافراگم است. اندازه روزنه دیافراگم اثر مستقیمی بر روی  عمق میدان تصویر دارد. کوچکتر شدن روزنه دیافراگم منجر به افزایش وسعت عمق میدان می شود که این ویژگی در زوم و فوکوس کارآمد است.

زمانی که دیافراگم باز باشد اجسام نزدیک را شفاف نمایش داده و اجسام دور را بصورت تار نشان می­دهد در صورتی­که اگر دیافراگم کوچک باشد تمام قسمت­های تصویر را به شکل کاملاً شفاف نمایش می­دهد.

راهنمای انتخاب شماره فاصله کانونی لنز مناسب

یکی از دغدغه ­های کارشناسان پردازش تصویر در هنگام نصب دوربین­های صنعتی، انتخاب نوع لنز مناسب برای محل و هدف مورد نظر است. اینکه چه لنزی را برای زوم و فوکوس روی بخشی خاص از محیط انتخاب کنید.
همانطور که می­دانید لنزها در اندازه­ های متفاوتی در بازار موجودند. که متداول­ترین آن­ها لنزهای ۴٫۳ ، ۶ ، ۸ ،۱۲ و یا ۱۶ میلیمتری هستند.­
در تصاویر زیر دوربین در موقعیت یکسان و فاصله ۱۰ متری از ساختمان روبرو نصب شده است. با تغییر لنزها تصاویر را با هم مقایسه می­کنیم. با توجه به تصویر مربوط به لنز ۴٫۳ میلیمتری، واضح است که برای دید کامل­تر باید این لنز را انتخاب کنیم. هرچه به لنز ۱۶ میلیمتری پیش می­رویم زوم بیشتر شده و دامنه دید کاهش می یابد.

تصویر گرفته شده با لنز ۴.۳

تصویر گرفته شده با لنز ۴.۳

لنز ۶ میلیمتری

نحوه انتخاب لنز صنعتی مناسب

لنز ۸ میلیمتری

 

ماشین بینایی و پردازش تصویر در ایران