دوربین هوشمند صنعتی

سنسور تصویر بزرگ‌تر و پردازنده داخلی، درهای جدیدی را در تصویربرداری بازخواهند کرد که کمک شایانی به دوربین هوشمند صنعتی و امبدد ویژن خواهند نمود.

شکل۱: دوربین In-Sight 9912 به همراه سنسور تصویر CMOS ۱۲ مگاپیکسل برای تشخیص ویژگی‌های کوچک در تصویر و یا قطعات بزرگ و یا هر دو مناسب است.

دوربین‌های هوشمند (smart camera) که معمولاً نورپردازی، سنسور تصویر، نرم‌افزار و I/O را یکپارچه کرده‌اند؛ طراحی و پیاده‌سازی سامانه بینایی ماشین را بسیار ساده نموده‌اند.

قدرت و خصوصیات دوربین‌های هوشمند پیشرفت کرده‌اند. این موارد شامل سنسور تصویر بزرگ‌تر، دوربین‌های ویژن امبدد نوظهور که به‌عنوان دوربین هوشمند عمل می‌کنند و دوربین‌های جدید که قابلیت اجرای وظایف هوش مصنوعی و یادگیری عمیق را دارند؛ می‌شود. برای آشنایی بیشتر با دوربین‌های هوشمند و صنعتی Cognex به مقاله ما درباره این شرکت رجوع کنید.

سنسورهای بزرگ‌تر

در گذشته دوربین‌های هوشمند موجود در بازار بینایی ماشین مجهز به سنسورهای تصویر در محدوده‌ای از VGA تا 2MPixel بوده‌اند. رشد بازار بینایی ماشین برای تشخیص قطعات بزرگ‌تر و عیوب کوچک‌تر سبب شده است تا رزولوشن دوربین‌های هوشمند نیز با رشد مواجه شوند.

دیوید دیکودر Principal Vision Systems Architect, Integro Technologies (Salisbury, NC, USA; www.integro-tech.com) می‌گوید: “در طول ۱۲ الی ۱۸ ماه پیش، رزولوشن سنسور تصویر دوربین‌های هوشمند افزایش‌یافته است”. تابه‌حال رزولوشن ۵ مگاپیکسل، عضوی از دسته رزولوشن بالا محسوب می‌شد ولی این رزولوشن به‌زودی به دسته رزولوشن استاندارد منتقل خواهد شد. در این دسته به‌زودی رزولوشن‌های ۹،۱۰،۱۲، ۱۶ و ۲۰ مگاپیکسل جای خواهند گرفت.

Cognex

تعداد محدودی از شرکت‌ها از جمله Cognex (Natick, MA, USA; www.cognex.com) محدوده‌ای بالاتر از ۵ مگاپیکسل را ارائه می‌دهند.

درحالی‌که In-Sight 2000 vision sensors مجهز به رزولوشنی حداکثر به‌اندازه ۱.۲ مگاپیکسل است. شرکت Cognex همچنین مدل‌های مختلفی با سنسور CMOS و رزولوشن بالاتر ارائه می‌دهد. برای مثال سری In-Sight 7000 شامل سنسور سیاه‌وسفید و رنگی از محدوده ۰.۳ مگاپیکسل تا ۵ مگاپیکسل است. دوربین‌های هوشمند In-Sight 8000 همچنین شامل سنسورهایی با رزولوشن حداکثر تا ۵ مگاپیکسل می‌شوند. این در حالی است که In-Sight 9912 system (شکل ۱) مجهز به سنسور تصویر ۱۲ مگاپیکسلی است. برای دوربین‌های اسکن خطی In-Sight 9902L، سامانه اسکن خطی می‌تواند 16000 خط شامل 2000 پیکسل را برای تشکیل تصویر ۳۲ مگاپیکسلی استفاده کند. بدین‌وسیله می‌توان حتی کوچک‌ترین عیوب و ویژگی‌ها را موردبررسی قرارداد.

“افزایش کاربردهای بینایی ماشین نیازمند تشخیص ویژگی‌های کوچک‌تر تصویر و یا تصویربرداری از قطعات بزرگ‌تر و یا هر دو است” این گفته راب رابلز مدیر تولید خط تولید In-Sight است. “برای مثال قطعات بزرگ یک خودرو را در نظر بگیرید. قطعاتی مانند بلوک‌های موتور و یا پنل‌های در”

“به‌طور سنتی این کاربردها نیازمند چندین دوربین هستند. اما حالا تنها یک دوربین هوشمند قادر است تا ویژگی‌های کوچک را در محدوده‌ای بزرگ مورد پردازش قرار دهند”

JADAK

شرکت JADAK (North Syracuse, NY, USA; www.jadaktech.com) که شرکت Imaging Solutions Group (Fairpoint, NY, USA; www.isgcameras.com) را از آن خودکرده است. محدوده وسیعی از دوربین‌های هوشمند را در سری Allegro ارائه می‌کند. این دوربین‌ها به سنسوهای سونی مجهز شده‌اند. شامل سنسورهای  3.2 MPixel IMX252  و IMX265, 5.1 MPixel IMX264, 8.9 MPixel IMX255  و IMX267 و 12 MPixel IMX304  همچنین دوربین‌ها از سنسورهای CMOS از رده  CMV2000, CMV4000, و  CMV12000 استفاده می‌کنند. سنسورهای تصویری از  ams (Premstaetten, Austria; www.ams.com) و گستره وسیعی از اینترفیس و طراحی در سطح برد شامل GigE Vision ، رابط مستقیم به پورت دوربین NXP i.MX6، خروجی MIPI و اینترفیس مختص مشتری. دوربین‌های هوشمند Allegro شامل کاربردهای مختلفی می‌شوند. این کاربردها شامل بینایی ماشین، پزشکی، علوم داده، امنیتی، نظارتی، ترافیک، کاربردهای مانتیورینگ محیطی و میکروسکوپی هستند.

شرکت JADAK به‌جز سری Allegro دارای سری  SC-6V است. دوربین ۵ مگاپیکسل SC-6L به همراه نورپردازی با شدت روشنایی بالا، دوربین VIBE 640×480، دوربین  0.5MPixel FM-5V، دوربین  0.5MPixel FM-6V. این دوربین‌ها دارای مانت ثابت مناسب برای کاربردهای وسیعی از بینایی ماشین، بارکدخوانی، کاربردهای OEM، تجهیزات پزشکی، روباتیک و کیوسک‌ها هستند.

Matrox Imaging

سری دوربین‌های هوشمند Iris GTR که در مدل‌های استاندارد و یکپارچه‌شده با نرم‌افزار Matrox Design Assistant X توسط شرکت Matrox Imaging (Dorval, QC, Canada; www.matrox.com) با گزینه‌های مختلف سنسور تصویر و پردازنده داخلی Intel Celeron N2807 ارائه می‌شوند. این مدل‌ها در فرمت‌های رنگی یا سیاه‌وسفید موجود هستند. این دوربین‌های هوشمند هدف  کاربردهای وسیعی در بازرسی بینایی ماشین هستند. این دوربین‌ها دارای رابط GigE و سنسور تصویر PYTHON CMOS از ON Semiconductor (Phoenix, AZ, USA; www.onsemi.com) هستند. دوربین‌ها شامل سنسورهای  0.3MPixel PYTHON 300, 1.3MPixel PYTHON 1300, 2.3MPixel PYTHON 2000 و  5.3MPixel PYTHON 5000هستند.

Eye Vision Technology

شرکت Eye Vision Technology (Karlsruhe, Germany; www.evt-web.com) تولیدکننده دوربین‌های هوشمند با سنسورهای متعدد است. این شرکت دوربین‌های با رزولوشن بیش از ۵ مگاپیکسل در سری‌های 2000, 3000, 4000, 5000, و ZM از دوربین‌های هوشمند EyeCheck ارائه می‌کند. در سری 5000 شرکت همچنین مدل‌های 6.2(EC5700) و  19.9 MPixel (EC5900C) با سنسور تصویر CMOS ارائه می‌کند. دوربین‌های هوشمند به‌جز ویژگی رنگ و سیاه‌وسفید گزینه‌های متعدد پردازش تصویری شامل پردازنده ARM Cortex-A8، پردازنده ARM dual-core Cortex-A9، پردازنده‌های Quad-Core Intel Atom و FPGAهای قابل پروگرام ارائه می‌کند.

شرکت Eye Vision Technology پردازنده‌های سریع‌تر و جدیدتر از مدل‌های مناسب و کاربردی با نیازهای فراتر پردازشی مانند بازرسی ۲۰ بطری در ثانیه برای سامانه‌های پرسرعت ارائه می‌کند. دوربین هوشمند قدیمی‌تر با پردازنده تک‌هسته‌ای برای کاربردهای آهسته‌تر مانند بازرسی سامانه بینایی ماشین استاندارد، سه قطعه در ثانیه مناسب هستند.

Tattile

توسعه دوربین‌های هوشمند با سنسورهای تصویر حداکثر ۱۲ مگاپیکسل توسط شرکت Tattile (Mairano, Italy; www.tattile.com) صورت پذیرفته است. دوربین S12MP شامل سنسور تصویر  ‍12MPixel CMV12000 CMOS از ams است. دوربین همچنین به پردازنده دو هسته‌ای Cortex-A9 667MHz و Zynq 7030 programmable FPGA  Xilinx (San Jose, CA, USA; www.xilinx.com) و پورت GigE، نرخ ۳۰۰ فریم بر ثانیه، لینوکس و سرور GigE بر روی برد برای مدیریت پروتوکل GigE Vision تجهیز شده است. این دوربین برای کاربردهایی همانند نیمه‌هادی، داروسازی، بازرسی سطح و ابعاد برداری و آنالیز مفید است.

National Instruments

دوربین‌های هوشمند National Instruments (Austin, TX, USA; www.ni.com) موجود در مدل‌های رنگی و سیاه‌وسفید شامل سنسورهایی از محدوده ۰.۳ مگاپیکسل تا ۵.۳ مگاپیکسل، پردازنده Intel Celeron N2807، ورودی/خروجی دیجیتال و ارتباطات صنعتی برای ارتباط و یکپارچه‌سازی با تجهیزات اتوماسیون صنعتی از جمله programmable logic controllers (PLC), human machine interfaces (HMI)، سنسورها، روباتیک و ماشین‌سازی صنعتی هستند. برای آشنایی با ماژول نرم‌افزاری شرکت NI در زمینه پردازش تصویر به صفحه مربوطه مراجعه فرمایید.

دیگر شرکت‌ها

شرکت‌هایی که دوربین‌های هوشمند با رزولوشن  ۵ مگاپیکسل توسعه می‌دهند شامل:

• شرکت Datalogic  (Bologna, Italy; www.datalogic.com) با سری دوربین هوشمند T49
• شرکت  Omron Microscan (Renton, WA, USA; www.microscan.com) با سری MicroHAWK

کسب اطلاعات بیشتر

• شرکت Soliton Technologies (Bangalore, Karnataka, India; www.solitontech.com) با سری دوربین NUERA
• شرکت Teledyne DALSA (Waterloo, ON, Canada; www.teledynedalsa.com) با سری دوربین BOA2 XA5

کسب اطلاعات بیشتر

• شرکت Vision Components (Ettlingen, Germany; www.vision-components.com) با سری دوربین‌های VCSBC nano Z-RH 0012, VCSBC4012 nano, VCSBC6212 nano, و VCSBC6212 nano, VC4012 nano, و  VC6212 nano
• شرکت Banner Engineering (Minneapolis, MN, USA; www.bannerengineering.com) با مدل  VE205G1A

دوربین‌های هوشمند امبدد

دوربین‌های ویژن امبدد با اینترفیس MIPI درحالی‌که دوربین‌های سنتی دارای بعضی از مزایا نیستند. شامل پیش‌پردازش می‌شوند.

Allied Vision

شکل ۲: دوربین‌های Alvium ویژگی application-specific integrated circuit (ASIC) را برای پردازش امبدد ویژن ارائه می‌کنند.

شرکت Allied Vision (Stadtroda, Germany; www.alliedvision.com) با سری Alvium -شکل ۲- دوربین‌هایی با application-specific integrated circuit (ASIC) برای پردازش ویژن ارائه می‌کند. این دوربین‌ها با پشتیبانی از OpenCV و اینترفیس MIPI CSI-2 یا USB3 Vision ، سطح بورد به همراه گزینه‌های مختلف برای مانت لنز برای توسعه در دسترس هستند. این در حالی است که درایور برای یکپارچه‌سازی آسان به همراه پردازش تصویر روی برد، مدیریت هوشمند پاور و طراحی بهینه در برابر هزینه در نظر گرفته‌شده است.

سری دوربین Alvium 1500 C به همراه اینترفیس MIPI CSI-2 از سنسورهای تصویر  0.48MPixel PYTHON 480 (120 fps), 1.2 MPixel AR0135CS (54 fps), 2 MPixel AR0230CS (60 fps),  و 5 MPixel AR0521 (60 fps) CMOS از شرکت ON Semiconductor استفاده می‌کند.

Gion-Pitschen Gross مدیر تولید می‌گوید: “سری Alvium مجموعه‌ای از ویژگی‌های بهینه‌سازی که پیش‌تر تنها در دوربین‌هایی با درجه صنعتی موجود بودند را دارا می‌شود. پردازش تصویر بر روی دوربین به همراه ویژگی‌های بهینه‌سازی مختلف استاندارد در دوربین‌های Alvium زمان زیادی را در فاز اجرا و آزمایش، ذخیره می‌کند”

Baumer  

دوربین‌های سری LX از شرکت Baumer  (Frauenfeld, Switzerland; www.baumer.com) دارای FPGA درونی هستند که پردازش تصویر را توسط فناوری VisualApplets میسر می‌سازند. (شکل ۳) VisualApplets محیط توسعه گرافیکی برای برنامه‌نویسی FPGA توسعه داده‌شده توسط نرم‌افزار Silicon Software (Mannheim, Germany; www.silicon.software) است. این امر اجرای الگوریتم‌های پیچیده را میسر می‌کند. این امر باعث می‌شود تا حجم داده‌های مورد پردازش توسط رایانه کاهش پیدا کند.

شکل ۳: دوربین‌های LX با VisualApplets اجازه می‌دهند تا الگوریتم‌های پیچیده را اجرا نمود و حجم داده‌های انتقالی برای پردازش کامپیوتر را کاهش داد.

دوربین‌های LX VisualApplets به اینترفیس GigE مجهز هستند که از فشرده‌سازی تصویر JPEG، پردازش دو و سه‌بعدی پشتیبانی می‌کنند. دوربین‌های دوبعدی در دو نوع سنسور سیاه‌وسفید و رنگی در محدوده  ۲ تا ۲۰ مگاپیکسل با سنسور تصویر CMOS از ams و قادر هستند به نرخ فریم ۳۳۸ در ثانیه توسط VisualApplets دست پیدا کند. دوربین‌های سه‌بعدی دارای سنسور تصویر ۲ تا ۱۲ مگاپیکسل از ams هستند که از پردازش تصویر مبتنی بر لیزر مثلثی و VisualApplets برای دریافت داده‌های سه‌بعدی پشتیبانی می‌کنند. دوربین‌های LX با فشرده‌سازی JPEG دارای سنسورهای تصویر سیاه‌وسفید و رنگی با سنسورهای تصویر CMOS از ams و ON Semiconductor با محدوده رزولوشن ۲ تا ۲۵ مگاپیکسل هستند و می‌توانند به نرخ فریم ۱۴۰ دست یابند.

Dahua

شرکت Dahua Technology USA (Irvine, CA, USA; www.us.dahuasecurity.com/machine-vision) همچنین شامل دوربین‌های هوشمند مجهز به  Intel Movidius Myriad 2 VPU در سری دوربین ۵۰۰۰ است. این دوربین‌ها با اینترفیس Ethernet or USB موجود هستند. دوربین‌ها از سنسور تصویر  PYTHON 300 (0.3 MPixel), PYTHON 500 (0.5 MPixel), PYTHON 1300 (1.3 MPixel), PYTHON 2000 (2.3 MPixel), و  PYTHON 5000 (5.3 MPixel) از شرکت ON Semiconductor و دو مدل از سنسور  6.44MPixel Sony IMX178 استفاده می‌کنند.

این دوربین‌ها به الگوریتم بارکدخوانی، موقعیت‌یابی، تطبیق الگو، اندازه‌گیری و تشخیص متن به کمک VPU تجهیز شده‌اند که پردازش دوربین را به همراه مصرف انرژی بهبود می‌بخشند.

شرکت Dahua  علاوه بر این دوربین‌ها محدوده وسیعی از دوربین‌ها را مبتنی بر سنسورهای ۰.۳ مگاپیکسل تا ۶.۲ مگاپیکسل ارائه می‌کند. سری دوربین X86 و کدخوان هر دو دارای خط سنسور یکسان هستند.

IDS

شکل ۵: با برنامه ویژه  AI vision app دوربین‌های  IDS NXT دارای قدرت پردازش با شتاب‌دهنده شبکه هوش مصنوعی مبتنی بر FPGA هستند.

شرکت IDS Imaging Development Systems (Obersulm, Germany; www.ids-imaging.com) با سری  IDS NXT چرخه جدیدی در دوربین‌های هوشمند ایجاد کرده است (شکل ۵) سری NXT به توسعه‌دهنده‌ها اجازه می‌دهد تا عکس‌های متعددی برای وظایف مختلف را به‌راحتی توسط رابط هوشمند GenICam بر روی vision app دوربین بارگذاری نمایند.

فریمور، یکپارچه‌سازی کدها با توابع دوربین را میسر می‌سازد. پارامترهای کنترل و تابع و نتایج برنامه پروگرام شده، همه در فایل توضیحی XML در هر برنامه سازگار با GenICam قابل‌دستیابی است. نرم‌افزارهای دیگر مانند HALCON از شرکت MVTec (Germany; www.mvtec.com) یا LabVIEW از شرکت National Instruments (Austin, TX, USA; www.ni.com) از این توابع استفاده می‌کنند که توابع استاندارد دوربین هستند.

شرکت iDS دوربین‌های سری  rio و  rome را که دارای استاندارد محافظتی  IP65/67 مختص سری rome است برای محدوده وسیعی از سنسورهای CMOS و کانکتورهای M12، لنز C-Mount، رابط GigE، تغذیه بر روی ایترنت، رابط سریال RS232، رابط  REST Web، پردازنده دو هسته‌ای، FPGA و گواهی اجرای هالکون ارائه می‌کند. به‌علاوه برنامه مخصوص vision app مجهز به هوش مصنوعی، دوربین را به پردازشگر شبکه عصبی مبتنی بر FPGA تبدیل می‌کند.

Kai Hartmann مدیر تولید  IDS NXT در شرکت IDS Imaging Development Systems می‌گوید: “سری IDS NXT قصد دارد دوربین‌های صنعتی را مانند تلفن‌های هوشمند فراگیر کند. تنها یک دستگاه، بسیاری از کاربردهای مختلف پردازش تصویر را با نصب و راه‌اندازی برنامه ویژن انجام می‌دهد و این امر به کمک هوش مصنوعی بسیار فراتر نیز می‌رود.”

او ادامه می‌دهد: ” مدل‌های rio و rome از IDS NXT ما امکان آپلود مدل‌های شبکه عصبی از پیش آموزش داده‌شده به دوربین را میسر می‌سازد و این امر باعث می‌شود که اموری که پیش‌تر قابل انجام نبودند میسر شوند.”

برای کسب اطلاعات بیشتر درباره برند IDS مقاله ما درباره این شرکت را مطالعه فرمایید.

Vision Components

شکل ۶: اینترفیس MIPI دوربین‌های امبدد ویژن از  Vision Components مجهز به سنسورهای تصویر  OmniVision و  Sony سازگار با محدوده وسیعی از پردازنده‌ها هستند.

شرکت Vision Components سری ماژول دوربین‌های امبدد با اینترفیس MIPI CSI-2 (شکل ۶) را ارائه می‌دهد. این دوربین‌ها مجهز به سنسورهای تصویر از    STARVIS و OmniVision (Santa Clara, CA, USA; www.ovt.com)و Pregius مدل‌هایی از سونی با محدوده رزولوشن ۰.۴ مگاپیکسل تا ۱۲.۴ مگاپیکسل می‌شوند. دوربین‌ها با محدوده وسیعی از بردهای پردازشی نیز سازگار هستند.

پیشنهادهای دیگر

شرکت‌های بیشتری دوربین‌های هوشمند را با ویژگی‌هایی از جمله رزولوشن پایین‌تر ارائه می‌دهند. شرکت‌ها شامل:

• Keyence (Osaka, Japan; www.keyence.com) with its IV series

اطلاعات بیشتر درباره برند کینس

• SICK (Waldkirch, Germany; www.sick.com) in its CVS, Inspector, midiCam, picoCam, IVC-2D, and Lector series
• ADLINK Technology Inc. (New Taipei City, Taiwan; www.adlinktech.com) with its NEON x86 quad-core seriess
• MATRIX VISION Oppenweiler, Germany; www.matrix-vision.com) with its mvBlueGEMINI series 

نیاز روز افزون بازرسی قطعات بزرگ‌تر و تشخیص عیوب کوچک‌تر در تصویر به‌علاوه کاربردهای با سرعت‌بالا و همچنین نیاز به مصرف انرژی بیشتر سبب شده است که انقلابی در دوربین‌های هوشمند صورت پذیرد.