Loading...

Машинное зрение - что это и где применяется

Машинное зрение (техническое зрение) – это технологии и способы получения информации, основанные на автоматизированном анализе изображений. Термин “машинное зрение” объединяет множество технологий, включая программное и аппаратное обеспечение, системную интеграцию и экспертизу.

Камеры машинного зрения передают данные в несжатом формате и имеют высокую скорость съемки. В них используются крупноформатные сенсоры с глобальным затвором, высокой чувствительностью и разрешением, промышленные интерфейсы передачи данных, контроль и управление всеми параметрами сенсора, наличие линий входа/выхода для синхронизации с внешним оборудованием, наличие средства для разработки программы анализа изображений.

Основная задача камеры машинного зрения – получение изображения наивысшего качества для последующего анализа данных в разработанной пользователем программе.


Из чего состоит машинное зрение

Аппаратная (железная) часть машинного зрения основывается на различных камерах технического зрения, с дополнительным оборудованием к ним, которое обеспечивает съемку и передачу кадра. Программная часть - алгоритмы на базе классических математических преобразований и/или нейронных сетей. Элементы системы могут быть как отдельными, так и собраны в один корпус - такие устройства называются смарт-камеры.

Система машинного зрения

Для ведения съемки минимально необходимы следующие элементы системы:
  1. Свет - является источником информации для камеры, поэтому объект контроля должен хорошо подсвечиваться, а главное - с постоянной яркостью и без мерцания. 
  2. Датчик синхронизации - оптический датчик присутствия объекта в месте съемки, энкодер или сигнал с ПЛК.
  3. Подходящая камера машинного зрения с совместимым объективом, выдающая кадр нужных параметров (цвет, битность, разрешение, размер кадра) с нужной скоростью.
  4. ПК c установленным программным обеспечением - отвечает за прием и обработку изображения с камеры. А также передает полученных данных на исполнительные элементы или в базу данных.

Где применяют машинное зрение

Стремясь решить даже самые немыслимые по сложности производственные задачи производители камер создали большую линейку функциональных и надёжных камер. Их применение ушло далеко за рамки производств, сейчас эти камеры можно встретить во многих отраслях экономики.

Производство
Будучи основным "генератором" задач для машинного зрения - имеет наибольшее количество возможных применений. Причем производством с машинным зрением может быть, как и "автоматический завод" из индустрии 4.0, так и небольшая лесопилка с контролем входного объема древесины. Мировой опыт показывает огромное количество решенных производственных задач. Это лишь некоторые направления:
  • Производственные линии
  • Сортировка продуктов или минералов
  • Робототехника
  • Диагностика объектов инфраструктуры
  • 3D-сканирование
  • Приборостроение
  • Видеоаналитика
  • Инспекция и автоматизация сварных работ
  • Маркировка и агрегация
  • Логистика (включая track&trace)
  • Выходной контроль продукции
  • Съемка в опасных или недоступных зонах
  • Управление высокоскоростным процессом
Организация движения
Контроль автомобильного трафика, ИТС проекты, состояния инфраструктуры (сканирование асфальтобетонного полотна, железной дороги, контактной сети). Благодаря надежности и неприхотливости камеры машинного зрения они успешно решают данные задачи, находясь на улице и работая 24/7, позволяя значительно повысить транспортную безопасность.
 
Развлечения и киноиндустрия
Объемная съемка VR/AR контента (volumetric capture), взаимодействие с посетителями с помощью анимации дополненной реальности, и многое другое - не обходится без камер машинного зрения, способных синхронизироваться между собой и видеть не только цвет, но и в ИК диапазоне.
 
Наука
Многие научные центры, университеты, СКБ и школы используют машинное зрение для научных и образовательных целей. Рынок камер машинного зрения богат на камеры с различными характеристиками, разрешениями и т.д. очень часто с помощью таких камер успешно решаются задачи науки:
  • Высокоскоростные камеры
  • Камеры большого разрешения
  • Камеры защитой от воды и перепадов температуры
  • Монохромные камеры с глубиной цвета 12 бит (обычно 8 бит - до 256 градаций цвета)
  • Чувствительность к большому спектру (камеры могут снять от NIR - до UV)
  • Возможность использования спектральных светофильтров
  • Камеры, дающие качественную картинку, которые намного компактнее фотоаппаратов
Спорт
Системы фотофиниша, отслеживание движений спортсменов, re-play системы на футбольных матчах с 3D визуализацией.
 
Безопасность объекта
Идентифицировать человека по лицу в толпе, распознать сетчатку глаза для доступа к помещению, создать систему Three-dimensional face recognition с лазерной проекцией, анонимный подсчет людей в помещение - все это можно легко и надежно реализовать на камерах машинного зрения.  

Требования к машинному зрению

Многие ошибочно полагают что обычным видеонаблюдением или веб-камерами реально решить промышленные задачи. На самом деле существует ряд выработанных требований к техническому зрению, которым должны соответствовать все оборудование, в т.ч. камеры, чтобы стабильно работать в системе автоматизации производства: 

Качество камеры
Большое различие между просто "компьютерным" зрением и "техническим" или "машинным" заключается в требовании к надежности и стабильности результата. Ни одно производство не может себе позволить простой на время замены вышедшей из строя камеры или отбраковать всю партию, потому что камера ее не увидела из-за сбоя автофокуса.
Комплекс машинного зрения должен работать надежно, как и любой другой датчик - многолетиями сообщать необходимую информацию без вмешательства оператора и лишь с небольшим техобслуживанием. В машинном зрении это достигается за счет использования компонентной базы индустриального класса во всех элементах системы, высокоточным производством и тщательным контролем каждого элемента - все это приводит к значительному удорожанию производства камеры, ПК, объектива, кабеля, но гарантирует долгий срок службы в тяжелых промышленных условиях.
 
Аппаратные возможности
Многие алгоритмы обработки изображений, а тем более нейросети, применимы как научному/образовательному, так и к машинному зрению. Но для стабильности результата обработки от камеры требуется стабильная картинка - алгоритм не должен пытаться "подстраиваться" под условия съемки - так как в таком случае он рискует стать слабым элементом системы.
Для обеспечения качественной картинки камеры машинного зрения передают данные в несжатом формате и имеют высокую скорость съемки. В них используются крупноформатные сенсоры с глобальным затвором, высокой чувствительностью и разрешением, промышленные интерфейсы передачи данных, наличие линий входа/выхода для синхронизации с внешним оборудованием. В программной оболочке камеры доступен контроль и управление всеми параметрами сенсора,
 
SDK
Обязательно с камерой машинного зрения вы получаете средства для разработки программы (SDK). Через него вы получаете изображение с камеры с высокоточным таймкодом для последующей синхронизации, настраиваете параметры камеры, разрешение, частоту съемки, экспозицию и т.д.
SDK содержит в себе примеры взаимодействий с камерой на различных языках программирования.
 
Возможность калибровки
Из камеры машинного зрения можно сделать систему измерения, благодаря высокоточному изготовлению компонентов, возможности зафиксировать все параметры съемки, включая фокусировку объектива. Последующая калибровка такой камеры позволит гарантированно получать с нее реальные данные, без расхождения от вибраций или влияния автофункций. Это особенно полезно при использовании камеры для управления роботами-манипуляторами.

Выбор камеры

При выборе камеры машинного зрения следует руководствоваться следующими параметрами:

Объектив для камеры необходимо выбирать, исходя из геометрии решаемой задачи, размера матрицы камеры и спектрального диапазона. У нас представлен большой выбор объективов от высококачественных Zeiss до надежных и недорогих Azure.
 
Если у вас возникают сложности с подбором оптимального решения, вы всегда можете обратиться за технической консультацией к специалистам CameraIQ. В нашей лаборатории мы всегда готовы воспроизвести вашу задачу и показать пример ее решения с помощью предлагаемых нами компонентов машинного зрения.
 
CameraIQ работает исключительно как официальный поставщик технологии машинного зрения в России. Мы - команда экспертов в фотонике и анализе изображения, мы помогаем нашим клиентам выстраивать автоматизацию во многих сферах экономики с 2010 года.
 
У нас вы можете получить консультацию по решению вашей задачи, взять оборудование на тестирование, купить камеру машинного зрения и аксессуары для построения системы машинного зрения, получить техническую поддержку, гарантийное и пост-гарантийное обслуживание. 
 
Наши специалисты разработают индивидуальную схему, подходящую для решения ваших производственных задач. Свяжитесь с нами.

 

Нажимая кнопку "Отправить", я даю согласие на обработку моих Персональных данных.