Sélection de caméras – Comment puis-je trouver la caméra adaptée à mon système de traitement d’image ?
Choisir le bon système de vision peut être écrasant. Le grand nombre de modèles de caméra, de technologies et de fonctions rend souvent la décision difficile. Nous sommes là pour vous aider à garder une trace de tout et à trouver la bonne caméra pour votre application.
Principes fondamentaux des systèmes de traitement d’images
Des questions auxquelles nous répondons en détail dans le Livre Blanc
Pourquoi la définition des exigences est-elle importante ?
Que dois-je savoir sur la résolution de la caméra' et le capteur ? Caméra couleur ou monochrome ? Quelles sont les fonctions importantes de la caméra ?
Quelle est l’importance de l’échelle et des performances d’imagerie de la caméra et quel rôle joue la qualité d’image ?
Etape par étape vers un traitement d’image optimal
Lancez-vous avec une analyse fondée. Posez-vous deux questions :
Qu’est-ce que j’ai besoin de voir avec la caméra ?
Quelles sont les caractéristiques nécessaires pour que ma caméraa puisse fournir précisément cela ?
Les réponses à ces questions déterminent la direction à prendre pour choisir la bonne caméra.
Décision n° 1 : caméra matricielle, caméra linéaire ou caméra 3D ?
Le choix de la bonne caméra industrielle ou de la bonne caméra de vision industrielle dépend de votre application et de vos exigences spécifiques. Qu’il s’agisse d’une caméra matricielle, d’une caméra linéaire ou d’une caméra 3D, chaque technologie offre des avantages uniques et est optimisée pour différents domaines d’application. Ils se distinguent principalement par la façon dont ils capturent des images, ce qui est un facteur crucial pour votre application de vision industrielle.
Caméras matricielles
Les caméras matricielles sont équipées d’un capteur rectangulaire, composé de nombreuses rangées de pixels, qui sont tous exposés exactement en même temps. Toutes les données d’image sont donc enregistrées en même temps et traitées en même temps.
Les caméras matricielles sont généralement utilisées dans une variété d' applications industriellesdans le médical etles sciences de la vie,dans la Circulation et transport, ou en Sécurité et surveillance.
Caméras linéaires
Les caméras linéaires fonctionnent avec un capteur composé de rangées de 1, 2 ou 3 pixels seulement. Les données d’image sont exposées ligne par ligne, puis réassemblées et traitées en une image ligne par ligne.
Les caméras linéaires sont utilisées pour inspecter les produits et les marchandises qui sont transportés sur des bandes transporteuses, parfois à des vitesses très élevées. Les industries typiques comprennent l’impression, le tri, l’emballage, surface.
Caméras 3D
Les caméras 3D, quant à elles, utilisent des technologies de capteur avancées pour capturer des informations de profondeur en plus des images bidimensionnelles. Cela se fait généralement à l’aide de techniques telles que temps de vol (ToF), vision ou la lumière. Ces caméras mesurent la position spatiale des objets et créent un modèle 3D précis de la scène ou de l’objet capturé.
Les applications des caméras 3D peuvent être trouvées dans robotique, automatisation, logistique (par exemple pour la mesure de volume ou la reconnaissance d’objets), médical (par exemple pour la navigation chirurgicale), et le Industrie du (pour les animations et la réalité virtuelle).
Décision #2 : Caméra monochrome ou couleur ?
Une décision relativement simple et à laquelle répond généralement l’objectif de votre candidature : l’image dont vous avez besoin. Avez-vous besoin de le voir en couleur pour évaluer les résultats, ou le noir et blanc est-il suffisant ? Si la couleur n’est'pas obligatoire, une caméra monochrome est généralement le meilleur choix car elle est plus sensible et fournit des images plus détaillées. Pour de nombreuses applications, par exemple dans les systèmes de circulation intelligents, une combinaison de caméras noir et blanc et couleur est également fréquemment utilisée pour répondre aux exigences légales nationales spécifiques en matière d’images de qualité probante.
Décision #3 : Types de capteurs, technique d’obturation, fréquences d’images
Cette étape consiste à choisir un capteur approprié, construit autour de la technologie CMOS ou CCD, et à choisir le type de technique d’obturation : global ou rolling shutter. La considération suivante est la fréquence d’images, c’est-à-dire le nombre d’images qu’une caméra doit fournir par seconde pour accomplir sa tâche de manière transparente.
CCD ou CMOS ?
La différence fondamentale entre les deux technologies de capteurs réside dans leur structure.
Les capteurs CMOS sont rapides, flexibles et dominent le marché de masse des appareils photo, par exemple les appareils photo reflex. Ils intègrent l’électronique directement sur la surface du capteur, ce qui permet une lecture particulièrement rapide des données d’image.
Les capteurs CCD marquent des points avec une sensibilité maximale à la lumière et une excellente qualité d’image, ce qui est idéal pour les applications en basse lumière telles que l’astronomie. Cependant, ils atteignent leurs limites dans les applications au rythme rapide.
En savoir plus sur le CCD et le CMOS !
Techniques d’obturateur : global ou rolling shutter
Une exigence simple mais extrêmement importante doit être satisfaite ici : la technologie de fermeture doit être adaptée à l’application. L’obturateur protège le capteur de la caméra de la lumière incidente. Il s’ouvre exactement au moment de l’exposition. Le temps d’exposition sélectionné garantit que la bonne "dose" de lumière peut pénétrer en contrôlant exactement la durée pendant laquelle le bouchon doit rester ouvert. La différence entre un global shutter et un rolling shutter réside dans la façon dont ils gèrent cette exposition.
Vers le livre blanc sur l’obturateur
Images par seconde
Le terme "fréquence d’images" est utilisé de manière interchangeable avec "images par seconde" (i/s), ou "Débit de ligne" (applications linéaires). La fréquence d’images indique le nombre d’images qu’un capteur peut capturer et traiter par seconde.
Plus la fréquence d’images est élevée, plus le capteur fonctionne rapidement. Un capteur plus rapide permet d’obtenir plus d’images par seconde, ce qui augmente le volume de données.
Avec les caméras matricielles, la quantité de données varie considérablement en fonction de l’interface utilisée et de la fréquence d’images, allant d’un faible 10 i/s à un rapide 340 i/s. La fréquence d’images nécessaire ou possible dépend des exigences du système de traitement d’image respectif.
Décision #4 : résolution, capteur et tailles de pixels
Lors du choix de la caméra, la résolution, la taille du capteur et la qualité des pixels jouent un rôle central. Ces facteurs ont un impact direct sur la qualité de l’image, la sensibilité à la lumière et la capacité de la caméra à répondre à vos besoins spécifiques.
Résolution
La résolution d’une caméra est souvent décrite avec une spécification telle que "2048 x 1088". Ces nombres représentent le nombre de pixels – dans ce cas, 2048 pixels horizontaux et 1088 pixels verticaux. Multiplié, cela donne une résolution totale de 2 228 224 pixels ou 2,2 mégapixels (millions de pixels, ou "MP" en abrégé).
Pour déterminer la résolution requise par votre application, une formule simple permet de :
Résolution = taille de l’objet / taille du détail à inspecter
Par exemple, si vous souhaitez capturer la couleur des yeux d’une personne d’environ 2 m de haut et montrer un détail de 1 mm, le calcul est le suivant :
Résolution = Hauteur/(Détail de l’œil) = (2 000 mm)/(1 mm) = 2 000 px en x et y = 4 MP
Dans ce cas, vous'Vous aurez besoin d’une caméra d’au moins 4 mégapixels pour afficher clairement les détails que vous souhaitez.
Taille du capteur et du pixel
Fait #1 :
La partie la plus simple d’abord : les grandes surfaces de capteur et de pixels peuvent capturer plus de lumière. La lumière est le signal utilisé par le capteur pour générer et traiter les données d’image. Jusqu’ici, c’est simple. Continuons : plus la surface disponible est grande, meilleur est le rapport signal/bruit (SNR), en particulier pour les grands pixels de 3,5 μm ou plus. Un rapport signal/bruit plus élevé se traduit par une meilleure qualité d’image. Un SNR de 42 dB serait considéré comme un résultat solide.
Fait #2 :
Un grand capteur offre un espace plus grand qui peut contenir plus de pixels, produisant une résolution plus élevée. Le véritable avantage ici est que les pixels individuels sont encore suffisamment grands pour assurer un bon SNR - contrairement aux capteurs plus petits, où il y a moins d’espace disponible et où des pixels plus petits doivent donc être utilisés.
Fait #3 :
Même les grands capteurs avec un nombre élevé de pixels ont gagné'T faire beaucoup sans le bon objectif (apprenez à choisir le bon objectif ici). Ils ne peuvent atteindre leur plein potentiel que si l’objectif avec lequel ils sont combinés peut réellement résoudre cette haute résolution.
Fait #4 :
Les grands capteurs sont également toujours plus coûteux, car plus d’espace signifie plus de silicium.
Décision #5 : L’interface et la taille du boîtier
Le choix de la bonne interface et de la bonne taille de corps joue un rôle central dans l’intégration de la caméra dans votre système de vision. Ces deux facteurs influencent non seulement les performances techniques, mais aussi la flexibilité et la compatibilité de la solution globale. Dans ce qui suit, vous apprendrez comment différentes technologies d’interface et tailles de boîtier peuvent prendre en charge de manière optimale votre application.
Interface
L' interface sert de liaison entre la caméra et le PC, en transmettant les données d’image du matériel (le capteur de l caméraa) au logiciel (les composants qui traitent les images). Pour trouver la meilleure interface pour votre application, il faut trouver l’équilibre optimal entre performances, coût et fiabilité en pesant une série de facteurs différents les uns par rapport aux autres.
Les normes modernes telles que GigE Vision, USB3 Visionet CoaXPress garantissent la compatibilité avec les composants conformes aux normes, tandis que les technologies plus anciennes telles que FireWire et USB 2.0 sont moins adaptées aux systèmes modernes.
Pour comparer les interfaces
Boîtier
La taille du boîtier de la caméra est directement liée au choix de l’interface. C’est important en termes d’intégration globale dans le système de vision. Dans les applications où les caméras sont organisées les unes à côté des autres (appelées configurations multi-caméras), chaque millimètre d’espace est crucial pour enregistrer correctement toute la largeur d’une bande matérielle.
Les caméras Basler vont du petit boîtier de 29 mm x 29 mm des modèles Ace 2 et Dart aux caméras dotées de grands capteurs et de dimensions plus grandes, comme ceux de la série boost.
Décision #6 : fonctionnalités utiles de la caméras
Les camérasc sont souvent préparées en usine pour aider au mieux leurs utilisateurs dans diverses tâches. Toutes nos caméras sont équipées en usine d’un ensemble de fonctionnalités utiles qui améliorent la qualité de l’image, analysent les données d’image plus efficacement et contrôlent les processus avec la plus grande précision.
Lors de la conception de votre système de traitement d’image, vous rencontrerez très probablement ces trois caractéristiques :
Zone d’intérêt (AOI)
Vous permet de sélectionner des zones d’intérêt spécifiques et individuelles dans le cadre, ou plusieurs zones d’intérêt différentes à la fois. L’avantage ici est que seules les parties du cadre nécessaires à l’évaluation de l’image sont traitées, ce qui accélère la lecture des données de la caméra.
Caractéristiques automatiques
Les caméras Basler offrent une série de fonctions dites automatiques, telles que le réglage automatique de l’exposition et le gain automatique. En permettant aux paramètres de temps d’exposition et de gain de s’adapter automatiquement aux conditions ambiantes changeantes, ces deux fonctions automatiques maintiennent la luminosité de l’image constante.
Séquenceur
Le séquenceur est utilisé pour lire des séquences d’images spécifiques. Cela signifie, par exemple, que différents AOI peuvent être programmés et ensuite lus automatiquement et séquentiellement par le séquenceur.
Quelle est la meilleure façon de comparer les caméras CMOS modernes ?
Il existe un nombre considérable de caméras de différents fabricants pour presque tous les modèles de capteurs. Bien qu’ils aient le même capteur, les caméras ne sont pas identiques. Quels sont les aspects importants lors de la comparaison des appareils photo ?
Les données EMVA sont requises
Le choix de la bonne caméra pour une application est une question centrale qui a également occupé l’Association européenne de la vision industrielle (EMVA). Le résultat : la norme EMVA 1288. Il définit les méthodes de collecte de données qui caractérisent la qualité d’image et la sensibilité d’une caméra ou d’un capteur.
La comparaison des données EMVA est indispensable lors du choix d’une caméra, car elle fournit des informations sur la puissance et l’adéquation d’une caméra.
Cependant, les données EMVA ne couvrent pas tous les problèmes potentiels, tels que les artefacts d’image tels que le "Ligne d'obturateur" ou des perturbations variables dans le temps, telles que des pixels défectueux ou clignotants. Ces erreurs sont souvent immédiatement perceptibles à l’œil humain, mais ne sont pas prises en compte dans les valeurs.
Il est donc essentiel d’effectuer un test approfondi et orienté vers l’application d’un échantillon de caméra. Il est utile de s’appuyer sur une norme fiable, que seuls les fabricants de grandes marques offrent. Cela permet de gagner du temps de test et simplifie l’optimisation des applications.
Bonus : fonctionnalités du micrologiciel et grande stabilité de la transmission des données
Les caméras équipées du même capteur peuvent également se comporter très différemment, car le micrologiciel et le logiciel des caméras varient. La conformité avec des normes telles que GenICam serait importante ici ("concernant" l’appareil photo), ainsi que la compatibilité avec les normes d’interface GigEVision et USB3 Vision. Ces normes régulent et définissent les canaux de communication et les interfaces de la caméra, ce qui réduit l’effort d’intégration tout en offrant une qualité fiable lors de la transmission des données.
Il peut également y avoir diverses différences en ce qui concerne l’efficacité du micrologiciel et des logiciels associés. Le premier concerne le travail nécessaire à l’intégration de la caméra : tous les fabricants de caméras ne peuvent pas proposer des environnements logiciels et de pilotes matures pour contrôler la caméra ou des environnements de programmation établis (compatibles avec divers systèmes d’exploitation et langages de programmation). Il s’agit toutefois d’un must absolu pour tout design d’envergure.
La stabilité des données peut présenter des différences supplémentaires. Si le firmware de l’appareil photo est configuré pour une mémoire tampon d’image, par exemple, cela augmentera considérablement la stabilité des données, en particulier avec des bandes passantes/fréquences d’images plus élevées.
Ce sont en grande partie les caractéristiques standardisées ou exclusives qui peuvent améliorer les performances du système de vision, bien que certaines obtiennent des résultats nettement meilleurs avec le même capteur.
Comment puis-je commencer ? Quelle est'la prochaine étape ?
Le choix de la bonne caméra est crucial pour les performances de votre système de vision industrielle. Nos outils vous aident à trouver les bons composants pour votre système de vision ou votre application. Explorez notre gamme et trouvez la caméra qui répond parfaitement à vos besoins.