Hệ thống thị giác máy và khoa học dựa vào máy ảnh để hoạt động và việc chọn máy ảnh phù hợp có thể tạo ra sự khác biệt giữa một hệ thống hiệu quả và không hiệu quả. Bất kể ứng dụng của bạn là gì, bạn phải có một máy ảnh phù hợp để hệ thống quan sát của bạn hoạt động chính xác.

Bài viết này giải thích hệ thống quan sát là gì, những loại camera mà các hệ thống này sử dụng và cách chọn camera tốt nhất cho ứng dụng của bạn. Cho dù bạn cần một hệ thống hình ảnh để tự động kiểm tra sản phẩm hay thiết bị hình ảnh khoa học tốt hơn, nhóm Sciotex hiểu nhu cầu của bạn và có thể giúp bạn chọn máy ảnh lý tưởng cho ứng dụng của mình. 

Hệ thống Tầm nhìn là gì?

Hệ thống thị giác là con mắt của máy móc khoa học và sản xuất. Chúng thu thập và xử lý dữ liệu hình ảnh thường cho thiết bị biết phải làm gì.

Nhiều ngành công nghiệp sử dụng hệ thống tầm nhìn cho các ứng dụng khác nhau. Ví dụ: các hệ thống này tự động hóa các nhiệm vụ lặp đi lặp lại trong chế tạo và sản xuất, chẳng hạn như kiểm tra sản phẩm để tìm các phép đo không chính xác hoặc các lỗi khác. Chúng cũng cung cấp dữ liệu chẩn đoán và hình ảnh mạnh mẽ không thể thực hiện được bằng mắt thường. 

Các nhà sản xuất dựa vào hệ thống tầm nhìn để thực hiện các nhiệm vụ tốn thời gian và loại bỏ lỗi của con người. Hãy xem xét một dây chuyền sản xuất cơ khí. Trong khi công nhân của con người có thể kiểm tra từng bộ phận bằng tay, hệ thống thị giác máy có thể kiểm tra các bộ phận nhanh hơn và với độ chính xác đáng tin cậy hơn, giúp giảm chi phí.

Hệ thống thị giác trong môi trường khoa học thúc đẩy nghiên cứu và phát triển công nghệ sinh học bằng cách cung cấp hình ảnh khoa học và xử lý dữ liệu ở tốc độ cao. 

Các thành phần hệ thống tầm nhìn cần thiết

Hệ thống tầm nhìn bao gồm một số thành phần, bao gồm những điều sau đây:

  • Ánh sáng: Một hệ thống quan sát hiệu quả sử dụng cường độ, màu sắc và góc ánh sáng được tinh chỉnh để cung cấp hình ảnh chính xác nhất có thể. Ví dụ: hệ thống thị giác đo các bộ phận cơ khí có thể sử dụng đèn nền để tạo độ tương phản cao hơn và phát hiện cạnh dễ dàng hơn.
  • Ống kính máy ảnh:  Một hệ thống thị giác cần có ống kính máy ảnh thích hợp để chụp ảnh chất lượng cao. Ống kính bên phải chụp các đối tượng bằng cách sử dụng trường lý tưởng và độ sâu của chế độ xem, độ sâu hoặc tiêu cự và khẩu độ, tùy thuộc vào ứng dụng.
  • Bộ xử lý hình ảnh:  Máy ảnh hệ thống thị giác xử lý hình ảnh (máy ảnh thông minh) hoặc gửi dữ liệu pixel đến phần mềm xử lý máy tính. Bộ xử lý hình ảnh phải phù hợp với ứng dụng để đảm bảo toàn bộ hệ thống hoạt động bình thường.
  • Cảm biến hình ảnh:  Khi máy ảnh chụp ảnh, thông tin ánh sáng sẽ truyền qua ống kính và được cảm biến hình ảnh chuyển đổi thành biểu diễn kỹ thuật số. Các cảm biến này khác nhau về độ phân giải và độ nhạy dựa trên nhu cầu của ứng dụng.
  • Giao diện truyền thông:  Hệ thống quan sát cần một số kết nối nhất định để camera có thể truyền dữ liệu đến máy tính. Giao diện truyền thông thích hợp phụ thuộc vào việc sử dụng hệ thống. Một số ví dụ phổ biến bao gồm kết nối USB 3.0 và GigE.

Các ứng dụng của hệ thống thị giác là gì?

Việc sử dụng các hệ thống tầm nhìn trải rộng khắp các ngành công nghiệp do có nhiều chức năng tiềm năng. Bao gồm các:

  • Đếm, đo hoặc định vị sản phẩm
  • Đọc nhãn, mã vạch và các dấu hiệu nhận dạng khác
  • Phát hiện sai sót hoặc chất gây ô nhiễm 
  • Hình ảnh khoa học và xử lý dữ liệu

Nhiều ngành sử dụng hệ thống tầm nhìn để tự động hóa các quy trình và cung cấp dữ liệu không thể thiếu, bao gồm (nhưng không giới hạn) ở:

  • Cộng đồng khoa học
  • Ngành công nghiệp thực phẩm và nước giải khát
  • Ngành công nghiệp dược phẩm
  • Ngành hàng tiêu dùng
  • ngành công nghiệp ô tô

Ba loại máy ảnh được sử dụng trong hệ thống thị giác

Tất cả các camera của hệ thống tầm nhìn đều cung cấp nhiều năng lượng hơn camera tiêu chuẩn được người tiêu dùng sử dụng hàng ngày. Ví dụ: máy ảnh hệ thống hình ảnh cung cấp tốc độ màn trập và tốc độ khung hình cao hơn để có chức năng nhanh hơn và sử dụng cảm biến hình ảnh mạnh mẽ hơn cho mục đích sử dụng công nghiệp. Nhiều loại camera hệ thống tầm nhìn tồn tại. Hãy xem xét từng loại chi tiết hơn:

1. Camera quét dòng

Máy ảnh quét dòng sử dụng cảm biến hình ảnh dài và mảnh để chụp ảnh từng dòng một pixel. Khi đối tượng di chuyển qua máy ảnh (hoặc máy ảnh di chuyển qua đối tượng), cảm biến sẽ quét từng hàng và sau đó ghép các đường lại với nhau để tạo thành một hình ảnh hoàn chỉnh. Máy ảnh quét dòng yêu cầu nhiều sức mạnh xử lý và chiếu sáng để quét nhanh các đối tượng và cung cấp hình ảnh lớn, chất lượng cao.

Các ứng dụng điển hình của camera quét dòng bao gồm:

  • Kiểm tra các khoảng liên tục của vật liệu, chẳng hạn như hàng dệt may, kim loại và giấy để tìm các khuyết tật.
  • Kiểm tra các sản phẩm khác dựa trên tính nhất quán, chẳng hạn như ngũ cốc, để tìm chất gây ô nhiễm.
  • Kiểm tra các sản phẩm yêu cầu hình ảnh có độ phân giải cao, chẳng hạn như bảng mạch in.

2. Camera quét khu vực

Máy ảnh quét khu vực chụp mọi pixel của ma trận pixel cùng một lúc, vì vậy bộ xử lý không cần ghép hình ảnh lại với nhau. Thay vì một đường hẹp, cảm biến hình ảnh quét khu vực có hình chữ nhật rộng hơn. Trong khi máy ảnh quét dòng có độ phân giải dọc không giới hạn, máy ảnh quét khu vực chỉ chụp ảnh có chiều cao và chiều rộng của cảm biến. 

Camera quét khu vực hoạt động tốt nhất để chụp các đối tượng khi không chuyển động, vì vậy hệ thống thị giác sử dụng camera quét khu vực có thể tạm dừng chuyển động của băng tải trong khi camera chụp ảnh. Nhiều ứng dụng sử dụng camera quét khu vực, bao gồm kiểm tra bản in, chai lọ và các sản phẩm khác. Các chuyên gia cũng sử dụng camera quét khu vực để đo đối tượng, phát hiện hình dạng, đọc mã 1D và 2D, v.v. 

3. Máy ảnh 3D

Máy ảnh 3D sử dụng một trong nhiều hệ thống để chụp ảnh ba chiều. Ví dụ, một hệ thống hình ảnh âm thanh nổi bao gồm hai camera (hoặc một camera chuyển đổi duy nhất) đối diện với đối tượng từ hai điểm ở một góc cố định. Máy tính sử dụng hai hình ảnh để xác định các đặc điểm như độ sâu tương đối.

Các máy ảnh 3D khác sử dụng dịch chuyển laser để tạo cấu hình đối tượng 3D. Loại máy ảnh này sử dụng một đường chiếu laser và các cảm biến dịch chuyển để xác định hình dạng, kích thước và vị trí của đối tượng. 

Nhiều ngành công nghiệp sử dụng máy ảnh 3D để theo dõi hình dạng, kích thước và vị trí của đối tượng. Các ứng dụng có thể bao gồm:

  • phát hiện lỗi
  • đo khối lượng
  • tự động hóa sản xuất
  • hướng dẫn robot
  • theo dõi đối tượng 

Chọn máy ảnh tốt nhất cho ứng dụng của bạn

Với rất nhiều tùy chọn cho camera hệ thống hình ảnh, có thể khó chọn đúng cho một ứng dụng hệ thống hình ảnh cụ thể. Hãy ghi nhớ các mẹo sau đây khi chọn máy ảnh tốt nhất cho mục đích của bạn:

Xem xét mục đích của hệ thống tầm nhìn

Mục đích của hệ thống tầm nhìn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến loại máy ảnh bạn sử dụng. Bạn cần hệ thống tầm nhìn của mình nắm bắt thông tin gì? Bạn sẽ sử dụng hệ thống thị giác của mình để kiểm tra các bộ phận cơ khí nhằm đảm bảo kích thước và hình dạng phù hợp, hay bạn sẽ sử dụng nó để hướng dẫn tự động hóa rô-bốt?

Ví dụ: nếu hệ thống thị giác của bạn sẽ kiểm tra hàng loạt giấy không bị gián đoạn để tìm lỗi, bạn có thể chọn camera quét dòng. Mặt khác, bạn có thể sử dụng camera quét khu vực để xác minh hình dạng sản phẩm nhất quán. 

Chọn máy ảnh có cảm biến phù hợp

Cảm biến của máy ảnh xác định không chỉ cách máy ảnh chụp ảnh mà còn cả chất lượng của ảnh đó. Để thiết lập một hệ thống tầm nhìn hiệu quả, bạn phải cân bằng chất lượng hình ảnh với hiệu quả chi phí để chọn đúng máy ảnh có cảm biến hình ảnh phù hợp. 

Ví dụ về cảm biến hình ảnh tiêu chuẩn cho camera hệ thống hình ảnh bao gồm:

  • Cảm biến thiết bị kết hợp điện tích (CCD):  Những cảm biến tương đối phải chăng này chụp ảnh trong quang phổ ánh sáng nhìn thấy được. Mặc dù cảm biến CCD tạo ra hình ảnh có chất lượng khá, nhưng chúng có thể tỏ ra nhạy cảm với ánh sáng chói và nhiễu nhiệt.
  • Cảm biến bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS):  Cảm biến CMOS cung cấp chất lượng hình ảnh cao hơn và không cần nhiều ánh sáng để hoạt động như cảm biến CCD. Máy ảnh có cảm biến CMOS cung cấp khả năng chống lóa và tiết kiệm năng lượng tốt hơn nhưng có xu hướng chi phí trả trước cao hơn.
  • Cảm biến microbolometer:  Nếu bạn cần theo dõi nhiệt độ của máy để ngăn ngừa các bộ phận bị hỏng và giải quyết các vấn đề khác, bạn cần một máy ảnh có cảm biến microbolometer. Các cảm biến camera này thu ánh sáng hồng ngoại để phát hiện các điểm nóng trong máy móc, hệ thống điện và các ứng dụng khác cần độ nhạy nhiệt. Những cảm biến này tỏ ra đắt tiền nhưng cũng rất cần thiết trong nhiều môi trường công nghiệp.

Chọn một giao diện truyền thông phù hợp

Kết nối bạn sử dụng để truyền dữ liệu từ máy ảnh sang máy tính phụ thuộc vào một số yếu tố, chẳng hạn như nhu cầu về độ rõ nét của hình ảnh và khoảng cách của cáp kết nối. Ví dụ: nếu thiết bị máy tính của bạn cách máy ảnh 50 mét, bạn có thể cần kết nối Giga Ethernet (GigE). Nếu bạn muốn cấp nguồn cho camera bằng cùng một cáp cung cấp kết nối dữ liệu, bạn có thể sử dụng kết nối Cấp nguồn qua Ethernet (PoE).