Les caméras industrielles sont des composants clés des systèmes de vision industrielle. Leur fonction fondamentale est de convertir les signaux lumineux en signaux électriques organisés, permettant ainsi l'acquisition d'images numériques. Ils sont largement utilisés dans la production industrielle, l’inspection, la mesure et d’autres domaines. Leur principe d’imagerie ressemble à l’imagerie par sténopé mais est plus complexe. La lumière réfléchie par le sujet traverse l'objectif industriel, où elle est réfractée et projetée sur le capteur photosensible de l'appareil photo. Ce capteur est généralement un -dispositif à couplage de charge (CCD) ou un capteur complémentaire à métal-oxyde-semi-conducteur (CMOS).
1. Principe de fonctionnement
Acquisition d'images :La lumière réfléchie ou transmise par le sujet est collectée à travers l'objectif et focalisée sur le capteur d'image.
Conversion photoélectrique :Le capteur d'image (généralement CCD ou CMOS) convertit les signaux lumineux en signaux électriques. En prenant un capteur CMOS comme exemple, chaque pixel contient une photodiode qui génère une charge proportionnelle à l'intensité lumineuse lorsqu'elle est éclairée, qui est ensuite convertie en un signal de tension.
Traitement du signal :Les signaux électriques amplifiés passent par un convertisseur analogique-vers-numérique (CAN) pour convertir les signaux analogiques en signaux numériques. Ces signaux numériques sont traités pour former des données d'image numérique, transmises à des ordinateurs ou à d'autres appareils pour une analyse ultérieure.
2. Principales caractéristiques des caméras industrielles
Haute fiabilité :Les caméras industrielles sont conçues pour un fonctionnement continu prolongé, garantissant des performances stables dans des environnements difficiles tels que des températures élevées, une humidité élevée et des vibrations.
Hautes performances :Offre une haute résolution, des fréquences d'images élevées, une large plage dynamique et une sensibilité élevée pour répondre aux exigences d'inspection de précision et de capture à grande vitesse-.
Conception modulaire :Utilise généralement une architecture modulaire pour une intégration transparente dans divers équipements et systèmes industriels.
Interfaces polyvalentes :Prend en charge plusieurs types d'interfaces (par exemple, GigE, USB 3.0, Camera Link, CoaXPress) pour répondre aux différentes exigences de bande passante et de distance.
Configuration flexible :Prend en charge plusieurs modes de déclenchement, contrôle de l'exposition et fonctions de traitement d'image pour s'adapter à divers scénarios d'application.
3. Méthodes de classement
Par type de capteur d’image :
Caméras CCD :Offrent une qualité d'image élevée et un faible bruit, excellant dans des conditions de faible-éclairage, mais présentent des coûts et une consommation d'énergie plus élevés. Les caméras CMOS sont rentables,-faibles-consommation et offrent une lecture rapide des données, bien que la qualité d'image soit légèrement inférieure.
Par couleur de sortie :Classifié en caméras couleur et caméras monochromes (noir-et-blanc). Les caméras couleur capturent des informations riches sur les couleurs des objets, adaptées aux applications nécessitant une précision des couleurs, telles que l'inspection de l'apparence des aliments et la vérification de la couleur des documents imprimés ; Les caméras monochromes présentent une plus grande sensibilité à la lumière et excellent dans la détection des variations d'échelle de gris et des détails de texture des objets. Ils sont couramment utilisés dans des scénarios nécessitant une haute précision, tels que la mesure dimensionnelle et la détection de défauts.
Par méthode de numérisation :
Les caméras à balayage matriciel capturent une image complète d'une seule fois, ce qui convient à la détection d'objets statiques ou se déplaçant à des vitesses lentes. Les caméras à balayage linéaire-capturent une ligne d'image à la fois, construisant l'image complète grâce au mouvement relatif entre l'objet et la caméra. Ils sont couramment utilisés pour détecter des objets en mouvement à grande vitesse-et des mesures unidimensionnelles-de haute-précision, telles que l'inspection en-en ligne de matériaux imprimés et l'inspection de surface de tôles.
Par type de signal de sortie :appareils photo analogiques et appareils photo numériques.
Par plage de fréquences de réponse :caméras à lumière visible (standard), caméras infrarouges, caméras ultraviolettes, etc.
4. Calculs des paramètres clés
(1) Résolution
Définition:Nombre de pixels capturés par image, déterminé par la résolution du capteur d'image de la caméra. Ceci représente la quantité de pixels disposés sur le plan cible du capteur.
Impact:Lors de la capture d'image, la résolution de la caméra affecte considérablement la qualité de l'image. Lors de l'imagerie du même champ de vision (plage de scènes), une résolution plus élevée donne une représentation des détails plus prononcée.
Représentation:Pour les caméras à balayage matriciel-, la résolution est généralement exprimée sous la forme de deux nombres : résolution horizontale (H) et verticale (V), par exemple 1 920(H) x 1 080(V). Le premier chiffre indique le nombre de pixels par ligne, tandis que le deuxième chiffre indique le nombre de lignes de pixels. Pour les caméras à balayage linéaire-, la résolution est généralement indiquée en milliers (K), par exemple 1K (1 024), 2K (2 048), 4K (4 096), etc.
Total de pixels = Pixels horizontaux × Pixels verticaux
Exemple:1 920 × 1080=2 073 600 pixels (environ 2 millions de pixels)
(2) Profondeur de pixels
Définition:Nombre de bits par pixel, généralement exprimé en bits.
Impact:La profondeur des pixels détermine la richesse des niveaux de gris d'une image. Plus de bits améliorent la capacité d'exprimer les détails de l'image, ce qui donne lieu à des valeurs d'échelle de gris plus riches et plus fines. Cependant, cela augmente également le volume de données, affectant potentiellement la vitesse de traitement des images du système.
Valeurs communes :Le format 8 bits est le plus couramment utilisé. Les appareils photo numériques peuvent également présenter des configurations 10 bits, 12 bits ou 14 bits.
(3) Fréquence d'images/fréquence de ligne maximale
Définition:La vitesse à laquelle une caméra capture et transmet des images.
Représentation:La fréquence d'images s'applique généralement aux caméras industrielles à balayage de zone, mesurée en images par seconde (images par seconde). Par exemple, 181 images par seconde indique que la caméra peut capturer jusqu'à 181 images par seconde. Le débit linéaire s'applique aux caméras industrielles à balayage linéaire, mesuré en kHz. Par exemple, 80 kHz indique que la caméra peut capturer jusqu'à 80 000 lignes de données d'image par seconde.
Impact:Des fréquences d'images/fréquences de ligne plus élevées permettent aux caméras de capturer plus d'images par unité de temps, ce qui les rend adaptées aux scénarios nécessitant une capture de mouvement rapide.
Méthode de calcul :Fréquence d'images = 3 × vitesse cible/champ de vision horizontal ; Fréquence de ligne=Vitesse de mouvement/Précision réelle=Vitesse de mouvement × Résolution/Champ de vision.
Déterminez la fréquence d'images requise en fonction de la vitesse de mouvement de l'objet dans le scénario d'application. En supposant la vitesse de l'objet V (unité : mm/s) et le temps d'exposition de la caméra T (unité : s), où le déplacement de l'objet pendant l'exposition ne doit pas dépasser une taille de pixel P (unité : mm), la fréquence d'images F peut êtrecalculé comme suit :F=1/T, où T Inférieur ou égal à P/V.
(4) Méthode d'exposition et vitesse d'obturation
Mode d'exposition :Pour les caméras à balayage linéaire-, l'exposition à balayage progressif est typique. Les caméras à balayage de zone-utilisent généralement l'exposition par image, l'exposition sur le terrain ou l'exposition à obturateur roulant.
Vitesse d'obturation :Généralement réalisable jusqu'à 10 microsecondes, avec des caméras-hautes vitesses capables d'atteindre des vitesses encore plus rapides. Des vitesses d'obturation plus rapides améliorent la capacité de l'appareil photo à capturer des images, ce qui les rend adaptées aux scénarios avec des conditions d'éclairage changeant rapidement ou des sujets en mouvement.
(5) Taille des pixels (taille des pixels)
Définition:Un pixel est la plus petite unité composant une image numérique. La taille des pixels et le nombre de pixels (résolution) déterminent conjointement la taille de la zone cible de la caméra.
Valeurs communes :La taille des pixels des caméras industrielles varie généralement de 3 μm à 14 μm.
Impact:Des pixels plus grands capturent plus de photons, générant une charge plus importante dans des conditions d'éclairage et d'exposition identiques, produisant potentiellement une qualité d'image supérieure. Cependant, des tailles de pixels plus petites augmentent la complexité de la fabrication.
Calcul:Dépend de la résolution et des dimensions du capteur de la caméra. Par exemple, étant donné une taille de capteur de Sa × Sb (dimensions horizontales × verticales en mm) et une résolution de caméra de Na × Nb, la taille de pixel P (en supposant des pixels carrés) est : P=Sa × 1000 / Na=Sb × 1000 / Nb.
(6) Gamme spectrale
Définition:Fait référence aux caractéristiques de sensibilité du capteur de pixels à différentes longueurs d'onde de lumière.
Gamme commune :Répond généralement entre 350 nm et 1 000 nm. Certaines caméras intègrent un filtre devant le capteur pour bloquer la lumière infrarouge. Si une sensibilité infrarouge est requise pour le système, ce filtre peut être retiré.
(7) Type d'interface
Types courants :Camera Link, Ethernet, 1394, sortie USB, etc. La dernière interface est CoaXPress.
Impact:Le type d'interface détermine la manière dont les données sont transférées entre la caméra et les systèmes de traitement d'image ou d'autres appareils. La sélection de l'interface appropriée garantit une transmission de données stable et rapide.
(8) Taille du capteur
Définition:Dimensions physiques du capteur de la caméra, généralement exprimées en pouces (par exemple, 1/2,3") ou en millimètres (par exemple, 12,8 mm × 9,6 mm).
Méthode de calcul :
La taille du capteur est généralement fournie par le fabricant, mais peut être estimée à partir des dimensions en pixels et de la résolution :
Largeur du capteur=Nombre de pixels horizontaux × Taille des pixels
Hauteur du capteur=Nombre de pixels verticaux × Taille des pixels
(9) Autres paramètres
Plage dynamique :Décrit le nombre de niveaux de gris que chaque pixel peut distinguer. La large plage dynamique permet une capture claire des détails dans les zones claires et sombres d'une scène.
Bruit:Signaux indésirables capturés pendant l’imagerie qui ne sont pas liés à la cible d’imagerie réelle. Selon la norme EMVA1288 de l'Association européenne de vision industrielle (EMVA), le bruit de la caméra est globalement classé en deux types : le bruit de prise de vue dérivé du signal effectif et le bruit inhérent intrinsèque à la caméra elle-même, indépendant du signal.
5. Champs d'application et avantages
Les caméras industrielles sont largement utilisées dans le contrôle qualité des lignes de production automatisées, les systèmes de vision industrielle, l'imagerie médicale, la logistique et l'entreposage, la surveillance de sécurité, la surveillance du trafic, ainsi que dans les applications militaires et aéronautiques. Leurs avantages incluent :
Haute performance et stabilité :Les caméras industrielles offrent une stabilité d'image élevée, des capacités de transmission robustes et une forte résistance aux interférences, permettant un fonctionnement stable et prolongé dans des conditions difficiles.
Haute précision et capacités de mesure :Grâce à la capture d'images à haute-résolution et à des algorithmes d'analyse d'images précis, les caméras industrielles permettent d'obtenir des mesures et un positionnement de haute-précision.
Capacités de capture-haute vitesse :Les caméras industrielles à-frame rate-haute capturent rapidement des images dynamiques, ce qui les rend adaptées à la photographie et à la surveillance d'objets-en mouvement rapide.
Large adaptabilité :Divers types de caméras industrielles répondent à des scénarios et exigences d'application variés, accomplissant des tâches d'imagerie et d'analyse complexes.
6. Marques renommées
Les principales marques mondiales de caméras industrielles comprennent Cognex, Keyence, Teledyne DALSA au Canada, FLIR, Lumennera, AVALDATA au Japon, VIEWORKS en Corée du Sud, Daheng Imaging et Hikvision. Ces marques sont très appréciées pour leurs performances exceptionnelles et leurs vastes domaines d'application.
En résumé, les caméras industrielles constituent des composants essentiels des systèmes de vision industrielle, jouant un rôle essentiel dans l'automatisation industrielle et la fabrication intelligente. En sélectionnant des caméras industrielles appropriées et en intégrant des algorithmes avancés d’analyse d’images, il est possible d’obtenir une production automatisée et un contrôle qualité plus efficaces, précis et fiables.