ABC systemów wizyjnych - część 1 - podstawy

 
Czujnik wizyjny (Sick) i kamera (Dalsa)

System wizyjny, podobnie jak zmysł wzroku u ludzi, służy do „pozyskania informacji o otoczeniu". Naturalną kontynuacją pozyskania informacji jest jej obróbka i podjęcie odpowiedniej decyzji.

Komu są potrzebne?

Aby zrozumieć, do czego są przydatne przemysłowe systemy wizyjne, wystarczy zamknąć oczy, jadąc samochodem, spacerując po mieście lub robiąc zakupy w supermarkecie. Co się stanie po 2 - 3 - 5 minutach? Strach pomyśleć! Tymczasem w wielu dziedzinach tak się działa! Po omacku.

W starych technologiach kontroluje się liczne parametry jak temperatura, ciśnienie, przemieszczenia, prędkości, itd., stosując 1, 10, 1000 czujników, podczas gdy najprostsza kamera to 300 000 detektorów w jednej obudowie, a kamery z matrycami od jednego do kilku milionów elementów światłoczułych (pikseli) stały się już standardem.

W porównaniu z innymi systemami pomiarowymi i testującymi – system wizyjny to prawdziwa masowa przetwórnia informacji. Z wszystkimi tego zaletami i wadami.

Definicja przemysłowego systemu wizyjnego

 
System wizyjny z oświetlaczem i komputerem

Z punktu widzenia technicznego: system wizyjny to kamera + komputer. System wizyjny, podobnie jak zmysł wzroku u ludzi, służy do „pozyskania informacji o otoczeniu". Naturalną kontynuacją pozyskania informacji jest jej obróbka i podjęcie odpowiedniej decyzji.

Ponieważ w systemie wizyjnym nośnikiem informacji o obiekcie jest światło, zatem albo obiekt sam musi emitować odpowiednie światło albo musi zostać odpowiednio oświetlony. 

 
System wizyjny bez oświetlacza i z kamera inteligentną

Stąd do podstawowych komponentów systemu wizyjnego należą:
- oświetlacz (jeśli obiekt sam nie świeci);
- obiektyw (z ewentualnymi filtrami);
- kamera;
- komputer z oprogramowaniem.

Prywatnym zdaniem autora artykułu, podstawowym i najważniejszym komponentem przemysłowego systemu wizyjnego jest inteligencja i doświadczenie integratora, zakodowana w algorytmie programu.

Bezdyskusyjną zaletą systemu wizyjnego jest ciągłość pracy 24/7, bez zmęczenia i urlopu. Wadą jest – wierna realizacja zakodowanej w nim koncepcji i algorytmu. Również jeśli są one słabo dopracowane lub błędne.

Typy przemysłowych systemów wizyjnych

Aktualnie ze względu na konfigurację układu i moc przetwarzania wyróżnia się:

•  
  Czujnik wizyjny (Sick)

  złożone z kamery i prostego procesora w jednej obudowie; niektóre czujniki wizyjne mają również zainstalowany mały monitorek LCD (we wspólnej obudowie);

  kamera ma rozdzielczość 640x480 pixeli lub mniej; jej programowanie polega na ustawieniu parametrów funkcji wizyjnych (parametryzacji) wewnętrznego oprogramowania;

  zakres funkcji realizowanych przez czujniki wizyjne jest mocno ograniczony (celowo) do kilku podstawowych zadań (np. czytanie kodu, liczenie obiektów, rozpoznawanie obiektów (jest / nie ma), pomiar 1 wymiaru i inne);

  współpraca z otoczeniem odbywa się z wykorzystaniem wejść i wyjść (0/1) wbudowanych do czujnika;
  
  

• 
  Kamera inteligentna (National Instruments TM)

   kamery inteligentne: złożone z kamery i komputera w jednej obudowie, najczęściej o rozdzielczości z zakresu od 640x480 do 1600x1200 pikseli;

  kamery takie pracują pod własnym systemem operacyjnym, programowane są w językach wysokiego poziomu stworzonych przez producenta kamery, na rynku są też kamery pracujące pod systemem operacyjnym MS Windows;

  producenci tych kamer oferują liczne akcesoria jak specjalne kable, zespoły złącz (interfejsy), zasilacze, monitory, oświetlacze i osłony;

  zakres funkcji wizyjnych realizowanych przez kamery inteligentne jest szeroki, dla niektórych kamer wręcz nieograniczony;
  
  kamery inteligentne mogą dysponować wieloma wejściami i wyjściami, w różnych standardach;

  
  Kamera + komputer PC

•  kamera + komputer: system złożony z kamery i oddzielnego komputera to najtrudniejszy w realizacji system wizyjny, ale dający największą elastyczność i najszersze możliwości;

  w konfiguracji takiej dostępne są wszystkie rozdzielczości kamer, kamery liniowe i matrycowe, monochromatyczne i kolorowe z jedną lub 3-ma matrycami, w małych i dużych obudowach;

  
  Kamera + komputer „embeded” (Dalsa)

   integracja systemu w takiej konfiguracji wymaga szerokiej wiedzy z zakresu techniki kamer i techniki komputerowej; trzeba optymalnie wybrać właściwą kamerę, optymalny interfejs, wydajny komputer i software z niezbędną funkcjonalnością, a na koniec trzeba to wszystko zaprogramować i uruchomić;

łącząc tanią kamerę z tanim komputerem, można zbudować system o bardzo dużych możliwościach za kwotę porównywalną z ceną kamery inteligentnej, jeżeli jednak kontrolowany proces lub produkt wymaga użycia kilku kamer – na pewno tańszym i prostszym rozwiązaniem jest konfiguracja: kamery + komputer; zestaw taki można wyposażyć w dowolne wejścia/wyjścia i inną funkcjonalność znaną w technice komputerowej;

Czytaj więcej o systemach wizyjnych:

- ABC systemów wizyjnych – część 2 - Komponenty przemysłowych systemów wizyjnych

- ABC systemów wizyjnych – część 3 – tworzenie, zastosowanie, perspektywy

- Kamery 3D w systemach wizyjnych - wywiad z Krzysztofem Antczakiem z firmy SICK

- Systemy wizyjne w robotyce - wywiad z prof. Ryszardem Tadeusiewiczem