産業用カメラはマシンビジョンシステムの重要なコンポーネントです。それらの基本的な機能は、光信号を組織化された電気信号に変換し、それによってデジタル画像の取得を可能にすることです。工業生産、検査、計測などの分野で幅広く使用されています。そのイメージング原理はピンホール イメージングに似ていますが、より複雑です。被写体から反射された光は工業用レンズを通過し、そこで屈折してカメラの感光センサーに投影されます。このセンサーは通常、電荷結合素子 (CCD) または相補型金属酸化物半導体 (CMOS) センサーです。
1. 動作原理
画像の取得:被写体からの反射光または透過光はレンズを通して集光され、イメージセンサー上に集光されます。
光電変換:イメージ センサー (通常は CCD または CMOS) は、光信号を電気信号に変換します。 CMOS センサーを例にとると、各ピクセルにはフォトダイオードが含まれており、照射されると光の強度に比例した電荷を生成し、その電荷が電圧信号に変換されます。
信号処理:増幅された電気信号はアナログ デジタル コンバータ（ADC）を通過し、アナログ信号をデジタル信号に変換します。{0}{1}これらのデジタル信号は処理されてデジタル画像データが形成され、その後の分析のためにコンピューターまたは他のデバイスに送信されます。
2. 産業用カメラの主な特長
高い信頼性:産業用カメラは長時間の連続動作を想定して設計されており、高温、高湿度、振動などの過酷な環境でも安定した性能を発揮します。
高性能:高解像度、高フレームレート、広いダイナミック レンジ、高感度を実現し、精密検査と高速キャプチャの需要に応えます。{0}}
モジュラー設計:通常は、多様な産業機器やシステムにシームレスに統合するためのモジュラー アーキテクチャを採用しています。
多彩なインターフェース:さまざまな帯域幅と距離の要件に対応するために、複数のインターフェイス タイプ (GigE、USB 3.0、Camera Link、CoaXPress など) をサポートします。
柔軟な構成:多様なアプリケーションシナリオに適応するために、複数のトリガーモード、露出制御、および画像処理機能をサポートします。
3. 分類方法
イメージセンサーのタイプ別:
CCDカメラ:高画質と低ノイズを実現し、暗い環境でも優れていますが、コストと消費電力が高くなります。{0}} CMOS カメラは費用対効果が高く、低消費電力で、高速なデータ読み出しが特徴ですが、画質は若干劣ります。-
出力色別:カラー カメラとモノクロ（白黒）カメラに分類されます。--カラーカメラは物体の豊富な色情報をキャプチャし、食品の外観検査や印刷物の色検証など、色の精度が必要な用途に適しています。モノクロ カメラは光感度が高く、オブジェクトのグレースケールの変化やテクスチャの詳細の検出に優れています。寸法測定や欠陥検出など、高精度が要求されるシーンでよく使用されます。
スキャン方法別:
エリア スキャン カメラは、画像の完全なフレームを一度にキャプチャし、静止した物体や低速で移動する物の検出に適しています。ライン- スキャン カメラは一度に画像の 1 ラインをキャプチャし、物体とカメラの間の相対運動を通じて完全な画像を構築します。これらは、印刷物のインライン検査や金属シートの表面検査など、高速移動物体の検出や-高精度 1 次元測定-によく使用されます。-
出力信号タイプ別:アナログカメラとデジタルカメラ。
応答周波数範囲別:可視光（標準）カメラ、赤外線カメラ、紫外線カメラなど
4. 主要なパラメータの計算
(1) 解像度
意味：画像フレームごとにキャプチャされるピクセル数。カメラの画像センサーの解像度によって決まります。センサーのターゲット面上に配置されたピクセルの数を表します。
インパクト：画像のキャプチャ中、カメラの解像度は画質に大きな影響を与えます。同じ視野（シーン範囲）を撮像する場合、解像度が高いほど詳細な表現がより顕著になります。
表現：エリア- カメラの場合、解像度は通常、水平 (H) 解像度と垂直 (V) 解像度という 2 つの数値で表されます (例: 1920(H) x 1080(V))。最初の数字は行ごとのピクセル数を示し、2 番目の数字はピクセルの行数を示します。ライン スキャン カメラの場合、解像度は通常、1K (1024)、2K (2048)、4K (4096) などのように千 (K) 単位で表されます。
総ピクセル数=水平ピクセル × 垂直ピクセル
例：1920×1080=2,073,600ピクセル（約200万ピクセル）
(2) ピクセル深度
意味：ピクセルあたりのビット数。通常はビットで表されます。
インパクト：ピクセル深度は、画像のグレースケールの豊かさを決定します。ビット数が増えると、画像の詳細を表現する能力が向上し、より豊かで細かいグレースケール値が得られます。ただし、これによりデータ量も増加し、システムの画像処理速度に影響を与える可能性があります。
共通の値:8 ビットが最も一般的に使用されます。デジタル カメラは、10 ビット、12 ビット、または 14 ビット構成を特徴とする場合もあります。
(3) 最大フレームレート/ラインレート
意味：カメラが画像をキャプチャして送信する速度。
表現：フレームレートは通常、エリア スキャン産業用カメラに適用され、fps（フレーム/秒）で測定されます。たとえば、181fps は、カメラが 1 秒あたり最大 181 フレームをキャプチャできることを示します。ライン レートはライン- スキャン産業用カメラに適用され、kHz 単位で測定されます。たとえば、80kHz は、カメラが 1 秒あたり最大 80,000 ラインの画像データをキャプチャできることを示します。
インパクト：フレーム レート/ライン周波数が高いと、カメラは単位時間あたりにより多くの画像をキャプチャできるため、迅速なモーション キャプチャが必要なシナリオに適しています。
計算方法:フレームレート=3 × ターゲット速度 / 水平視野;ライン周波数=動作速度 / 実際の精度=動作速度 × 解像度 / 視野。
アプリケーション シナリオでのオブジェクトの動きの速度に基づいて、必要なフレーム レートを決定します。オブジェクトの速度 V (単位: mm/s) とカメラの露光時間 T (単位: s) を仮定すると、露光中のオブジェクトの変位は 1 ピクセル サイズ P (単位: mm) を超えてはなりません。フレーム レート F は次のようになります。次のように計算されます。F=1/T、T は P/V 以下です。
(4) 露出方式とシャッタースピード
露出モード:ライン スキャン カメラの場合、プログレッシブ スキャン露光が一般的です。エリア- カメラは通常、フレーム露光、フィールド露光、またはローリング シャッター露光を使用します。
シャッタースピード:通常は 10 マイクロ秒まで達成可能ですが、高速カメラではさらに高速な速度が可能です。-シャッタースピードが速いと、カメラの画像取り込み能力が向上し、急速に変化する光条件や動く被写体のあるシナリオに適しています。
(5) ピクセルサイズ（ピクセルサイズ）
意味：ピクセルはデジタル画像を構成する最小単位です。ピクセル サイズとピクセル数 (解像度) によって、カメラのターゲット領域のサイズが決まります。
共通の値:産業用カメラのピクセル サイズは通常、3μm ～ 14μm の範囲です。
インパクト：ピクセルが大きいほど、より多くの光子を捕捉し、同一の照明および露光条件下でより多くの電荷を生成し、より高い画質が得られる可能性があります。ただし、ピクセルサイズが小さくなると、製造の複雑さが増加します。
計算：解像度とカメラセンサーの寸法によって異なります。たとえば、センサー サイズが Sa × Sb (水平 × 垂直寸法 (mm)) でカメラ解像度が Na × Nb の場合、ピクセル サイズ P (正方形ピクセルと仮定) は次のようになります。 P=Sa × 1000 / Na=Sb × 1000 / Nb。
(6) スペクトル範囲
意味：さまざまな波長の光に対するピクセル センサーの感度特性を指します。
一般的な範囲:通常は 350nm ～ 1000nm の範囲で反応します。一部のカメラには、赤外線をブロックするフィルターがセンサーの前に組み込まれています。システムに赤外線感度が必要な場合は、このフィルターを削除できます。
(7) インターフェースの種類
一般的なタイプ:カメラリンク、イーサネット、1394、USB出力など。最新のインターフェースはCoaXPressです。
インパクト：インターフェイスのタイプによって、カメラと画像処理システムまたは他のデバイスの間でデータがどのように転送されるかが決まります。適切なインターフェイスを選択すると、安定した高速データ転送が保証されます。
(8) センサーサイズ
意味：カメラセンサーの物理的寸法。通常はインチ (例: 1/2.3 インチ) またはミリメートル (例: 12.8mm × 9.6mm) で表されます。
計算方法:
センサーのサイズは通常、メーカーによって提供されますが、ピクセル寸法と解像度から推定できます。
センサー幅=水平方向のピクセル数 × ピクセルサイズ
センサーの高さ=垂直ピクセル数 × ピクセル サイズ
(9) その他のパラメータ
ダイナミックレンジ:各ピクセルが区別できるグレーレベルの数を表します。広いダイナミックレンジにより、シーンの明るい領域と暗い領域の両方で細部を鮮明に捉えることができます。
ノイズ：実際の撮像対象とは関係のない、撮像中に取り込まれた不要な信号。 European Machine Vision Association (EMVA) の EMVA1288 規格によれば、カメラのノイズは有効信号に由来するショット ノイズと信号とは独立したカメラ自体に固有の固有ノイズの 2 種類に大別されます。
5. 応用分野とメリット
産業用カメラは、自動化生産ラインの品質管理、マシンビジョンシステム、医療画像処理、物流と倉庫保管、セキュリティ監視、交通監視、軍事および航空用途に広く使用されています。それらの利点は次のとおりです。
高いパフォーマンスと安定性:産業用カメラは、高い画像安定性、堅牢な伝送能力、強力な耐干渉性を備えており、過酷な条件下でも長期間の安定した動作を可能にします。
高精度と測定能力:高解像度の画像キャプチャと正確な画像分析アルゴリズムにより、産業用カメラは高精度の測定と位置決めを実現します。-
高速キャプチャ機能:高-フレームレート-の産業用カメラは、動的な画像を迅速にキャプチャするため、高速で移動する物体の撮影や監視に適しています。-
幅広い適応性:多様な産業用カメラのタイプは、さまざまなアプリケーション シナリオと要件に対応し、複雑なイメージングと分析タスクを実行します。
6.有名ブランド
世界的な産業用カメラの主要ブランドには、Cognex、Keyence、カナダの Teledyne DALSA、FLIR、Lumennera、日本の AVALDATA、韓国の VIEWORKS、Daheng Imaging、Hikvision などがあります。これらのブランドは、その卓越したパフォーマンスと幅広いアプリケーション領域で高く評価されています。
要約すると、産業用カメラはマシン ビジョン システム内の重要なコンポーネントとして機能し、産業オートメーションとインテリジェント製造において重要な役割を果たします。適切な産業用カメラを選択し、高度な画像分析アルゴリズムを統合することで、より効率的、正確、信頼性の高い自動生産と品質管理を実現できます。