การทดสอบการถ่ายภาพของกล้องอุตสาหกรรมในสภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อย

ในบริบทของการพัฒนาอย่างรวดเร็วของระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมและการผลิตอัจฉริยะ การตรวจสอบด้วยวิชันซิสเต็มได้กลายเป็นส่วนสำคัญและขาดไม่ได้ของสายการผลิตสมัยใหม่ เนื่องจากเป็นฮาร์ดแวร์หลักของระบบตรวจสอบด้วยภาพ ประสิทธิภาพการถ่ายภาพของกล้องอุตสาหกรรมจึงส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำและความเสถียรของผลการตรวจสอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อย กล้องอุตสาหกรรมสามารถให้ภาพคุณภาพสูงได้อย่างเสถียรหรือไม่ กลายมาเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญอย่างหนึ่งในการวัดประสิทธิภาพโดยรวม

1. การใช้งานการตรวจสอบด้วยภาพทางอุตสาหกรรมในที่แสงน้อย

โดยทั่วไป การใช้งานการตรวจสอบด้วยภาพทางอุตสาหกรรม สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทหลักๆ ได้แก่ การวัดขนาดและการวางตำแหน่ง การตรวจจับข้อบกพร่องที่พื้นผิว และการตรวจจับและระบุโลโก้ การวัดขนาดส่วนใหญ่จะใช้เพื่อตรวจจับความยาว ความกว้าง ความสูง และมิติทางเรขาคณิตอื่นๆ ของชิ้นงาน ในการใช้งานจริง การตรวจจับแบบสองมิติเป็นวิธีที่พบได้บ่อยที่สุด การตรวจจับข้อบกพร่องที่พื้นผิวมุ่งเน้นไปที่พื้นที่ไม่เรียบของคุณสมบัติทางกายภาพหรือทางเคมีในท้องถิ่นบนพื้นผิวของวัตถุที่จะวัด เช่น รอยขีดข่วน หลุม จุดบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์โลหะหรือพลาสติก ดีบุกน้อยลง ดีบุกมากขึ้น การบัดกรีหายไป และปัญหาอื่นๆ บนบอร์ด PCB การตรวจจับโลโก้ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อตรวจสอบว่าเนื้อหาที่พิมพ์ถูกต้อง ครบถ้วน และตำแหน่งถูกต้องหรือไม่

ในสภาพแวดล้อมการผลิตจริง เนื่องจากโครงสร้างแบบปิดของอุปกรณ์ พื้นที่เวิร์กสเตชันที่จำกัด การดูดซับแสงโดยวัสดุของวัตถุที่กำลังทดสอบ หรือการพิจารณาเรื่องการประหยัดพลังงาน มักมีปัญหาเรื่องแสงสว่างไม่เพียงพอที่สถานที่ตรวจสอบ สภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อยจะนำไปสู่ความสว่างของภาพไม่เพียงพอ สัญญาณรบกวนเพิ่มขึ้นอย่างมาก และการสูญเสียข้อมูลรายละเอียด ส่งผลให้มีข้อกำหนดที่สูงขึ้นเกี่ยวกับความสามารถในการถ่ายภาพและความเสถียรของกล้องอุตสาหกรรม ดังนั้นการทดสอบและวิเคราะห์ประสิทธิภาพการถ่ายภาพภายใต้สภาพแสงน้อยจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเลือกและการประยุกต์ใช้ระบบการมองเห็นทางอุตสาหกรรม

2. องค์ประกอบพื้นฐานของระบบตรวจสอบด้วยภาพทางอุตสาหกรรม

โดยทั่วไประบบการตรวจสอบด้วยภาพทางอุตสาหกรรมที่สมบูรณ์จะประกอบด้วยสามส่วนหลัก ได้แก่ การได้มาของภาพ การประมวลผลและการวิเคราะห์ภาพ การจัดการข้อมูล และการโต้ตอบระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ จากมุมมองของฮาร์ดแวร์ โมดูลการรับภาพส่วนใหญ่จะประกอบด้วยอุปกรณ์ต่างๆ เช่น แหล่งกำเนิดแสง กล้องอุตสาหกรรม เลนส์อุตสาหกรรม และการ์ดจับภาพ จากมุมมองของซอฟต์แวร์ โมดูลการประมวลผลและการวิเคราะห์ภาพส่วนใหญ่ประกอบด้วยอัลกอริธึมการประมวลผลภาพล่วงหน้าและอัลกอริธึมการตรวจจับ ซึ่งใช้เพื่อปรับปรุงคุณลักษณะของเป้าหมายและการวัดขนาดที่สมบูรณ์หรือการตัดสินข้อบกพร่อง การจัดการข้อมูลและการโต้ตอบระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์จะจัดเรียง แจ้งเตือน หรือบันทึกผลิตภัณฑ์ตามผลการตรวจจับ

ในการใช้งานการตรวจจับแสงน้อย ความสำคัญของโมดูลรับภาพมีความโดดเด่นเป็นพิเศษ ความสามารถของกล้องในการจับสัญญาณแสง ระดับการควบคุมสัญญาณรบกวน และประสิทธิภาพของช่วงไดนามิกจะส่งผลโดยตรงต่อผลการประมวลผลของอัลกอริธึมที่ตามมา และแม้กระทั่งกำหนดว่าระบบภาพทั้งหมดสามารถทำงานได้อย่างเสถียรหรือไม่

3. พารามิเตอร์กล้องหลักที่น่ากังวลในการทดสอบการถ่ายภาพในสภาพแสงน้อย

ในระหว่างการทดสอบการถ่ายภาพในสภาพแสงน้อยของกล้องอุตสาหกรรม จำเป็นต้องมุ่งเน้นไปที่พารามิเตอร์หลักต่อไปนี้ พารามิเตอร์เหล่านี้จะร่วมกันกำหนดประสิทธิภาพการถ่ายภาพที่แท้จริงของกล้องภายใต้สภาพแสงที่ซับซ้อน

1. ความละเอียดและรายละเอียดการถ่ายภาพ

ความละเอียดเป็นหนึ่งในตัวชี้วัดประสิทธิภาพขั้นพื้นฐานที่สุดของกล้องอุตสาหกรรม และถูกกำหนดโดยจำนวนพิกเซลของเซนเซอร์ภาพ กล้องสแกนพื้นที่มักจะแสดงความละเอียดในรูปของจำนวนพิกเซลแนวนอนและแนวตั้ง เช่น 1920×1080; ในการใช้งานจริง มักแสดงเป็น 1K, 2K, 4K เป็นต้น

ภายในขอบเขตการมองเห็นเดียวกัน ยิ่งมีความละเอียดสูงเท่าใด ข้อมูลรายละเอียดที่กล้องสามารถนำเสนอก็จะยิ่งสมบูรณ์ยิ่งขึ้นเท่านั้น ในสภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อย กล้องความละเอียดสูงจะช่วยเก็บข้อมูลภาพที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยให้การรับประกันขั้นพื้นฐานสำหรับการตรวจจับข้อบกพร่องและการวัดขนาดในภายหลัง

2. ความเร็วในการรับข้อมูลและความสามารถในการควบคุมการสัมผัส

ความเร็วในการรับข้อมูลของกล้องมักจะแสดงเป็นอัตราเฟรม (fps) หรือความถี่ของสาย (kHz) สำหรับแอปพลิเคชันการตรวจจับเป้าหมายที่กำลังเคลื่อนที่ กล้องจะต้องมีความเร็วในการรับข้อมูลเพียงพอเพื่อหลีกเลี่ยงการเบลอของภาพหรือข้อมูลสูญหาย

ในสภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อย การตั้งค่าเวลาเปิดรับแสงที่เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง เวลาเปิดรับแสงนานขึ้นสามารถช่วยปรับปรุงความสว่างของภาพ แต่ก็อาจทำให้เกิดภาพเบลอได้เช่นกัน ดังนั้นความสามารถในการควบคุมชัตเตอร์ของกล้องและประสิทธิภาพการรับแสงความเร็วสูงจึงเป็นการรับประกันที่สำคัญเพื่อให้ได้ภาพที่มีแสงน้อยที่คมชัด

3. ประสิทธิภาพระดับเสียงและอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน

สัญญาณรบกวนเป็นหนึ่งในปัจจัยที่โดดเด่นที่สุดในการถ่ายภาพในสภาวะแสงน้อย ตามมาตรฐาน EMVA1288 สัญญาณรบกวนจากกล้องส่วนใหญ่จะรวมถึงสัญญาณรบกวนการยิงที่เกี่ยวข้องกับสัญญาณและสัญญาณรบกวนโดยธรรมชาติที่เกิดจากวงจรอ่านค่าของเซ็นเซอร์และวงจรประมวลผลสัญญาณ นอกจากนี้ สัญญาณรบกวนเชิงปริมาณยังถูกสร้างขึ้นในระหว่างกระบวนการแปลงเป็นดิจิทัลอีกด้วย

ในสภาพแสงน้อย ความสามารถในการควบคุมสัญญาณรบกวนส่งผลโดยตรงต่อการใช้งานภาพ กล้องอุตสาหกรรมที่มีคุณสมบัติสัญญาณรบกวนต่ำสามารถรักษาอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่สูงขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อย ทำให้คุณสมบัติของเป้าหมายมีความชัดเจนและเอื้อต่อการตรวจจับที่เสถียร

4. ความลึกของพิกเซลและระดับสีเทา

ความลึกของพิกเซลหมายถึงจำนวนบิตระดับสีเทาในภาพที่ส่งออกโดยกล้อง ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็น 8 บิต 10 บิต 12 บิตหรือสูงกว่านั้น ยิ่งความลึกของพิกเซลสูง ระดับสีเทาที่สามารถแสดงได้ก็จะยิ่งสมบูรณ์มากขึ้น ซึ่งจะช่วยแยกแยะความแตกต่างของความสว่างเล็กน้อยได้

ในแอปพลิเคชันที่มีแสงน้อย ความลึกของพิกเซลที่สูงขึ้นสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพระดับสีเทาได้ แต่ยังทำให้ความต้องการความเร็วในการส่งข้อมูลและการรวมระบบสูงขึ้นด้วย ดังนั้นในการใช้งานจริง ต้องมีการแลกเปลี่ยนอย่างครอบคลุมโดยพิจารณาจากความแม่นยำในการตรวจจับและประสิทธิภาพของระบบ

5. การตอบสนองทางสเปกตรัมและความสามารถในการจับคู่แหล่งกำเนิดแสง

การตอบสนองทางสเปกตรัมของกล้องอุตสาหกรรมจะกำหนดความไวต่อแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกัน ตามช่วงการตอบสนองที่แตกต่างกัน กล้องสามารถแบ่งออกเป็นกล้องที่มองเห็นได้ กล้องอินฟราเรด และกล้องอัลตราไวโอเลต ในการตรวจจับแสงน้อย การจับคู่คุณลักษณะการตอบสนองทางสเปกตรัมของกล้องและแหล่งกำเนิดแสงในสถานที่อย่างเหมาะสมจะช่วยเพิ่มการรับสัญญาณที่มีประสิทธิภาพสูงสุดและปรับปรุงเอฟเฟกต์การถ่ายภาพโดยรวม

4. ความสำคัญในทางปฏิบัติของการทดสอบการถ่ายภาพในสภาพแสงน้อย

ด้วยการดำเนินการทดสอบการถ่ายภาพบนกล้องอุตสาหกรรมในสภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อย เราสามารถประเมินความสามารถในการคืนรายละเอียด ความสามารถในการควบคุมสัญญาณรบกวน และความเสถียรของภาพอย่างเป็นระบบภายใต้สภาพแสงน้อย สิ่งนี้ไม่เพียงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเลือกกล้อง แต่ยังลดการพึ่งพาแหล่งกำเนิดแสงที่มีความสว่างสูงในการใช้งานจริง ลดการใช้พลังงานของระบบและความซับซ้อนของโครงสร้าง

ในสถานการณ์ต่างๆ เช่น การตรวจสอบข้อต่อบัดกรี PCB การตรวจสอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ และการตรวจสอบลักษณะส่วนประกอบที่มีความแม่นยำ กล้องอุตสาหกรรมที่มีความสามารถในการสร้างภาพในสภาวะแสงน้อยที่ดี สามารถรักษาเอาต์พุตที่เสถียรในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน และให้ข้อมูลพื้นฐานที่เชื่อถือได้สำหรับระบบตรวจสอบอัตโนมัติ

ประสิทธิภาพการถ่ายภาพในสภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อยได้กลายเป็นหนึ่งในทิศทางสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีกล้องอุตสาหกรรม ด้วยวิธีการทดสอบทางวิทยาศาสตร์และการวิเคราะห์พารามิเตอร์ที่สมเหตุสมผล ประสิทธิภาพของกล้องอุตสาหกรรมในการใช้งานจริงจึงสามารถประเมินได้ครอบคลุมมากขึ้น ในอนาคต ด้วยการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ภาพและความสามารถในการประมวลผลสัญญาณ กล้องอุตสาหกรรมจะเป็นเช่นนั้นขอบเขตการตรวจจับแสงน้อย แสดงศักยภาพการใช้งานที่มากขึ้น นอกจากนี้ Smart Vision จะยังคงทดสอบและเพิ่มประสิทธิภาพกล้องอุตสาหกรรมและโซลูชันวิชันซิสเต็มตามความต้องการใช้งานจริง เพื่อให้ลูกค้าได้รับการสนับสนุนการตรวจสอบวิชันซิสเต็มที่เสถียรและมีประสิทธิภาพมากขึ้น