高解像度で明るいカメラを利用することを考えると、工業用カメラが視野に入ってくる。
工業用カメラの場合、通常のUSBカメラと違ってくる部分が多いので、
その違いについてメモする。
注意：
- このメモでは、網羅的な調査ができていません。
- たまたま気づいたものを記載しているにすぎません。
- マシンビジョンでの性能を確保するには、カメラ本体・レンズ・照明などのハードウェアの組み合わせ・レイアウトなどが重要になります。
- どのようなアルゴリズムでどのような画像認識をするのかによって、最適な組み合わせは変わります。
グローバルシャッターであること
グローバルシャッターとは？
イメージ センサーのグローバル シャッター モードでは、画像取得のたびに、センサーの全ピクセルがプログラムされた露光時間だけ同時に露光を開始し、露光を停止できます。露光時間の終了後、ピクセル データの読み出しが開始され、すべてのピクセル データが読み取られるまで行ごとに読み出されます。グローバル シャッター カメラのこのメカニズムにより、ぐらつきや傾きのない、歪みのない画像が生成されます。グローバル シャッター センサーは通常、高速で移動する物体を撮影するために使用されます。
引用元
工業用カメラでないカメラの場合には、ローリングシャッター方式のものとグローバルシャッター方式のものとがありますが、マシンビジョン目的の場合には、工業用カメラの場合には、グローバルシャッターであることが必須となります。
（もちろん、ローリングシャッター方式で十分な用途もあって、そのような組み込み用のカメラモジュールも多数ありますが、ここでは、計測を意識したカメラについて述べます。）
カメラのマウント Cマウント
産業カメラの場合、カメラの光学系を付け替えられるものがあります。
そのカメラ光学系のマウントの一つが Cマウントです。
以下の記事は、Cマウントの説明をしてくれています。
https://www.klv.co.jp/corner/industry-camera-c-mount.html
大きなイメージセンサ
Cマウントのカメラでは、廉価なカメラで多いM12マウントのカメラと違って大きいため、
image circle が大きくなりやすいです。
そのため、大きなイメージセンサを使うことになります。
カメラ光学系の選択
C Mountのカメラでは、それに適合するレンズを選択することができる。
Edmund Optics
MiSUMi
C/CSマウントカメラ用タムロンレンズ
高解像度・高フレームレート・高帯域
高解像度・高フレームレートのため通信量が増えるので、
帯域が十分に確保されるインタフェースを要求する。
- ケーブルが抜けるトラブルをきらう。
そのため、素のUSB端子を使うことはない(少ない)。
インターフェス各種
GigE インターフェースがその１つ
https://en.wikipedia.org/wiki/GigE_Vision
GigEVision ハードウェアインターフェース標準規格
GigE カメラのインストールの説明の例
https://ja.docs.baslerweb.com/hardware-installation-(gige-cameras)
USB3Vision
GMSL2カメラ
GMSL2のカメラの１例
Secure GMSL2 connection
The GMSL2 output is ideal for robotics. Transmit video without EMI through a rugged interface to a Jetson Orin over a distance of up to 15m with low latency.
ティアフォー GMSL2インタフェース対応 HDRカメラ C1
車載用途として開発されたカメラです。
カメラモジュールが該当のページに書いてあるようにコンパクトなパッケージになっています。
視野角も４種類用意されています。
GMSL2-USB3変換キットをリリース予定
とあるので、それが販売されれば、USB3のインタフェースで接続できるようになる。
cameralink
CoaXPress 2.0 カメラ
これらのインタフェースでは、まずケーブルを受ける側のコネクタのある基板が必要になります。
ですから、LinuxPCやwindowsPCをそのまま画像信号を受ける側には使えません。
これらのインタフェースを使うシステムを開発する場合には、
しかるべきサポートが受けられる業者の助けのもとで開発するべきでしょう。
カメラのインタフェースと最大伝送距離
カメラモジュールからのインタフェースと接続先のボードのインタフェースとの間の伝送距離によって、利用できる方式は制限が出てくる。そういったことから、選択できる工業用カメラについて絞られる。
MIPI: 30cm
USB 3.0: 最大伝送距離は 3m
GMSL2: 最大15m
CoaXPress: 最大20m
Cameralink: 最長伝送距離40m
画像・動画の形式の留意点
- 画像フォーマットによって、輝度のbit幅が失われることがあるので注意がいる。
- UINT8の場合だと0~255までの階調しか得られない。
- YUV422などのフォーマットの場合もある。
- 16bit グレースケール PNGファイルというのもある。
- 各自調べること。
- 一つのシステムの中でのjpeg エンコードとjpeg デコードを行うことを避けたい。
複数カメラの同期
- 複数カメラで、同時に画像を取得したい場合には、カメラの同期が重要になる。
- 多点カメラで、市販のステレオ計測以上のことを実行しようとするならば、複数のカメラを同期させることが必要になる。
カメラの同期についての解説記事
https://ads-img.co.jp/mv/technical-data/sync/
製品の例
参考情報
センサーフュージョン
工業用カメラの調査に有用なサイト