در زمینه توسعه سریع اتوماسیون صنعتی و تولید هوشمند، بازرسی بینایی ماشین به بخش ضروری و مهم خطوط تولید مدرن تبدیل شده است. به عنوان سخت افزار اصلی سیستم بازرسی بصری، عملکرد تصویربرداری دوربین های صنعتی مستقیماً بر دقت و پایداری نتایج بازرسی تأثیر می گذارد. به خصوص در محیط های کم نور، اینکه آیا دوربین های صنعتی می توانند به طور پایدار تصاویر با کیفیت بالا تولید کنند، به یکی از شاخص های مهم برای اندازه گیری عملکرد کلی آنها تبدیل شده است.
1. کاربردهای بازرسی بینایی صنعتی در نور کم
کاربردهای بازرسی بینایی صنعتی را معمولاً می توان به سه دسته عمده تقسیم کرد: اندازه گیری ابعاد و موقعیت یابی، تشخیص عیب سطحی، و تشخیص و شناسایی لوگو. در میان آنها، اندازه گیری ابعادی عمدتا برای تشخیص طول، عرض، ارتفاع و سایر ابعاد هندسی قطعه کار استفاده می شود. در کاربردهای عملی، تشخیص دو بعدی رایج ترین است. تشخیص عیب سطحی بر روی نواحی ناهموار از خواص فیزیکی یا شیمیایی موضعی روی سطح جسم مورد اندازهگیری تمرکز میکند، مانند خراشها، گودالها، لکههای روی سطح محصولات فلزی یا پلاستیکی، قلع کمتر، قلع بیشتر، لحیم کاری از دست رفته و سایر مسائل روی برد PCB. تشخیص لوگو عمدتاً برای تعیین اینکه آیا محتوای چاپ شده صحیح، کامل و موقعیت دقیق است استفاده می شود.
در محیط تولید واقعی، به دلیل ساختار بسته تجهیزات، فضای محدود ایستگاه کاری، جذب نور توسط ماده مورد آزمایش یا ملاحظات صرفه جویی در انرژی، اغلب مشکل نور کافی در محل بازرسی وجود دارد. محیط های کم نور منجر به روشنایی ناکافی تصویر، افزایش قابل توجه نویز و از دست دادن اطلاعات دقیق می شود، بنابراین نیازهای بالاتری را برای قابلیت های تصویربرداری و پایداری دوربین های صنعتی ایجاد می کند. بنابراین، آزمایش و تجزیه و تحلیل عملکرد تصویربرداری در شرایط نور کم برای انتخاب و کاربرد سیستمهای بینایی صنعتی اهمیت زیادی دارد.
2. ترکیب اولیه سیستم بازرسی بینایی صنعتی
یک سیستم کامل بازرسی بصری صنعتی معمولاً از سه بخش اصلی تشکیل شده است: جمع آوری تصویر، پردازش و تجزیه و تحلیل تصویر، مدیریت داده ها و تعامل انسان و رایانه. از منظر سخت افزاری، ماژول اکتساب تصویر عمدتاً شامل تجهیزاتی مانند منابع روشنایی، دوربین های صنعتی، لنزهای صنعتی و کارت های ضبط تصویر می شود. از منظر نرم افزار، ماژول پردازش و تحلیل تصویر عمدتاً شامل الگوریتم های پیش پردازش تصویر و الگوریتم های تشخیص است که برای افزایش ویژگی های هدف و اندازه گیری اندازه کامل یا قضاوت نقص استفاده می شود. مدیریت داده ها و ماژول تعامل انسان و رایانه محصولات را بر اساس نتایج تشخیص مرتب می کند، هشدار می دهد یا ثبت می کند.
در کاربردهای تشخیص نور کم، اهمیت ماژول ثبت تصویر به ویژه برجسته است. توانایی دوربین در گرفتن سیگنالهای نور، سطح کنترل نویز و عملکرد محدوده دینامیکی مستقیماً بر اثر پردازش الگوریتمهای بعدی تأثیر میگذارد و حتی تعیین میکند که آیا کل سیستم بصری میتواند پایدار عمل کند یا خیر.
3. پارامترهای کلیدی دوربین مورد توجه در تست های تصویربرداری در نور کم
در طول تست تصویربرداری در نور کم دوربین های صنعتی، لازم است بر روی پارامترهای اصلی زیر تمرکز کنید. این پارامترها به طور مشترک عملکرد تصویربرداری واقعی دوربین را در شرایط پیچیده نور تعیین می کنند.
1. وضوح و جزئیات تصویربرداری
رزولوشن یکی از اساسی ترین شاخص های عملکرد دوربین های صنعتی است و با تعداد پیکسل های سنسور تصویر تعیین می شود. دوربینهای اسکن ناحیهای معمولاً وضوح را بر حسب تعداد پیکسلهای افقی و عمودی، مانند 1080×1920 بیان میکنند. در کاربردهای عملی، اغلب به صورت 1K، 2K، 4K و غیره بیان می شود.
در همان میدان دید، هرچه وضوح بالاتر باشد، دوربین اطلاعات دقیق تری می تواند ارائه دهد. در محیطهای کمنور، دوربینهای با وضوح بالا به حفظ اطلاعات مؤثرتر تصویر کمک میکنند و تضمینی اساسی برای تشخیص عیب بعدی و اندازهگیری اندازه میدهند.
2. سرعت اکتساب و قابلیت های کنترل نوردهی
سرعت اکتساب دوربین معمولاً با نرخ فریم (fps) یا فرکانس خط (kHz) بیان می شود. برای برنامه های کاربردی تشخیص هدف متحرک، دوربین باید دارای سرعت کافی برای جلوگیری از تاری تصویر یا از دست دادن اطلاعات باشد.
در محیط های کم نور، تنظیمات زمان نوردهی معقول بسیار مهم است. زمانهای نوردهی طولانیتر میتواند به بهبود روشنایی تصویر کمک کند، اما همچنین میتواند باعث تاری حرکت شود. بنابراین، قابلیت کنترل شاتر دوربین و عملکرد اکتساب با سرعت بالا، تضمین های مهمی برای دستیابی به تصویربرداری شفاف در نور کم هستند.
3. سطح نویز و عملکرد نسبت سیگنال به نویز
نویز یکی از بارزترین عوامل در تصویربرداری در نور کم است. طبق استاندارد EMVA1288، نویز دوربین عمدتاً شامل نویز شات مربوط به سیگنال و نویز ذاتی است که توسط مدارهای بازخوانی سنسور و مدارهای پردازش سیگنال معرفی میشوند. علاوه بر این، نویز کوانتیزاسیون نیز در طول فرآیند دیجیتالی سازی تولید می شود.
در شرایط کم نور، قابلیت های کنترل نویز به طور مستقیم بر قابلیت استفاده تصویر تاثیر می گذارد. دوربینهای صنعتی با ویژگیهای نویز کم میتوانند نسبت سیگنال به نویز بالاتری را در محیطهای کمنور حفظ کنند و ویژگیهای هدف را واضحتر و برای تشخیص پایدار مساعد کنند.
4. عمق پیکسل و سطح خاکستری
عمق پیکسل به تعداد بیت های مقیاس خاکستری در تصویر خروجی توسط دوربین اشاره دارد که معمولاً 8 بیت، 10 بیت، 12 بیت یا حتی بیشتر است. هرچه عمق پیکسل بیشتر باشد، سطوح خاکستری قابل بیان بیشتر است، که به تشخیص تفاوت های روشنایی ظریف کمک می کند.
در برنامههای کمنور، عمق پیکسلهای بالاتر میتواند عملکرد مقیاس خاکستری را بهبود بخشد، اما همچنین نیازمندیهای بالاتری را برای سرعت انتقال داده و یکپارچگی سیستم ایجاد میکند. بنابراین، در کاربردهای عملی، باید یک مبادله جامع بر اساس دقت تشخیص و عملکرد سیستم انجام شود.
5. پاسخ طیفی و توانایی تطبیق منبع نور
پاسخ طیفی یک دوربین صنعتی حساسیت آن را به نور با طول موج های مختلف تعیین می کند. با توجه به طیف های مختلف پاسخ، دوربین ها را می توان به دوربین های نور مرئی، دوربین های مادون قرمز و دوربین های فرابنفش تقسیم کرد. در تشخیص نور کم، تطبیق مناسب ویژگیهای پاسخ طیفی دوربین و منبع نور در محل به حداکثر رساندن سیگنالهای مؤثر و بهبود اثر تصویربرداری کلی کمک میکند.
4. اهمیت عملی تست تصویربرداری در نور کم
با انجام آزمایشهای تصویربرداری بر روی دوربینهای صنعتی در محیطهای کم نور، میتوانیم به طور سیستماتیک قابلیتهای بازیابی جزئیات، قابلیتهای کنترل نویز و پایداری تصویربرداری در شرایط کم نور را ارزیابی کنیم. این نه تنها به بهینهسازی انتخاب دوربین کمک میکند، بلکه اتکا به منابع نور با روشنایی بالا را در کاربردهای عملی کاهش میدهد، مصرف انرژی سیستم و پیچیدگی ساختاری را کاهش میدهد.
در سناریوهایی مانند بازرسی اتصال لحیم PCB، بازرسی قطعات الکترونیکی، و بازرسی ظاهری دقیق قطعات، دوربینهای صنعتی با قابلیتهای خوب تصویربرداری در نور کم میتوانند خروجی پایدار را در محیطهای پیچیده حفظ کنند و یک مبنای داده قابل اعتماد برای سیستمهای بازرسی خودکار فراهم کنند.
عملکرد تصویربرداری در محیط های کم نور به یکی از جهت گیری های مهم برای توسعه فناوری دوربین های صنعتی تبدیل شده است. از طریق روش های آزمایش علمی و تجزیه و تحلیل پارامترهای معقول، عملکرد دوربین های صنعتی در کاربردهای عملی را می توان به طور جامع تری ارزیابی کرد. در آینده، با بهبود مستمر فناوری حسگر تصویر و قابلیتهای پردازش سیگنال، دوربینهای صنعتی این کار را خواهند کردزمینه تشخیص نور کم پتانسیل کاربرد بیشتری را نشان می دهد. Smart Vision همچنین به آزمایش و بهینه سازی دوربین های صنعتی و راه حل های بینایی بر اساس نیازهای کاربردی واقعی ادامه می دهد تا پشتیبانی بازرسی بینایی ماشین پایدارتر و کارآمدتری را به مشتریان ارائه دهد.
