Cảm biến hình ảnh và Cảm biến thị giác (Vision sensor) là gì? Ứng dụng trong công nghiệp – DrGauges

Các loại cảm biến hình ảnh và cảm biến thị giác ( Vision sensor ) ngày này hoạt động giải trí rất mưu trí, hoàn toàn có thể triển khai những phân biệt, phát hiện những đối tượng người dùng lỗi, xô lệch vị trí, … gần như mắt người .Bài viết này trình làng về cảm biến hình ảnh hoặc cảm biến thị giác ( Vision sensor ) và những ứng dụng thông dụng của chúng trong tự động hóa nhà máy sản xuất .

Bạn có thể tham khảo về các loại Cảm biến khác tại đây: Sensor là gì ? Các loại cảm biến dùng trong công nghiệp

1. Cảm biến thị giác – Vision sensor là gì ?

Cảm biến tầm nhìn hoặc cảm biến thị giác được sử dụng để phát hiện đối tượng bị lỗi, kích thước đo của đối tượng, nhận dạng ký tự, phân loại đối tượng …

Cảm biến thị giác sử dụng những công nghệ tiên tiến giải quyết và xử lý hình ảnh như phân biệt “ Trắng hoặc Đen ”, “ Sáng hoặc Tối ”, “ Màu đậm hoặc Màu nhạt ”, “ Sự độc lạ của sắc tố ” …Ví dụ, để phát hiện vết bẩn trên vật thể màu trắng, cảm biến thị giác sẽ kiểm tra vùng màu đen trong trường nhìn và phát hiện đó là vết bẩn nếu vùng màu đen vượt quá ngưỡng .Nguồn ảnh: OPTEX FA

2. Cảm biến hình ảnh – Image sensor là gì ?

Cảm biến hình ảnh là một thiết bị bán dẫn, được tích hợp trong cảm biến thị giác. Cảm biến hình ảnh gồm có nhiều cảm biến ảnh nhỏ trải dài trên chip nhận ánh sáng qua thấu kính và quy đổi ánh sáng thành tín hiệu điện .

Nói chung, cảm biến hình ảnh “ CCD ” và “ C-MOS ” được sử dụng cho máy ảnh. Cấu trúc cơ bản của những thiết bị đó được trình diễn như sauC-MOSCCD

Máy ảnh màu

Cảm biến hình ảnh không có bộ lọc màu là cảm biến hình ảnh đơn sắc và nó phân phối tài liệu hình ảnh đơn sắc tỷ suất xám. Để có tài liệu hình ảnh màu, cần có bộ lọc màu cho mỗi px. Hầu hết những cảm biến hình ảnh màu sử dụng “ bộ lọc Bayer ” do ông Bryce Bayer ở Eastman Kodak ý tưởng ra .Bộ lọc có vùng RGB ( Đỏ, Xanh lục, Xanh lam ) và tỷ suất của nó là 50 % Xanh lục, 25 % Đỏ và 25 % Xanh lam. Mắt người nhạy cảm với màu xanh lá cây nên tỷ suất này mang lại hiệu suất cao đầu ra cho mắt người .Cần bốn px để tái tạo màu cho một px so với cảm biến hình ảnh màu có nghĩa là độ phân giải của cảm biến hình ảnh màu kém hơn cảm biến hình ảnh đơn sắc .

3. Pixel là gì ?

Pixel – điểm ảnh là bộ phận nhỏ nhất của cảm biến hình ảnh. Điểm ảnh được trải rộng trong khu vực mặt phẳng chip của cảm biến hình ảnh như hình bên tay phải .Càng nhiều px, bạn sẽ hoàn toàn có thể nhận được độ phân giải cao hơn. Mặt khác, thời hạn giải quyết và xử lý sẽ tăng lên .Để rút ngắn thời hạn giải quyết và xử lý, bạn hoàn toàn có thể phải sử dụng CPU hoặc DSP vận tốc cao hoàn toàn có thể gây ra ngân sách cao hơn .DSP = Bộ giải quyết và xử lý tín hiệu kỹ thuật số. Trong trường hợp này, nó sẽ được sử dụng để giải quyết và xử lý hình ảnh .

Tổng số px / px hiệu dụng

Toàn bộ điểm ảnh của cảm biến hình ảnh là “ Tổng số điểm ảnh ” và điểm ảnh được sử dụng để chụp ảnh thực sự là “ Điểm ảnh hiệu dụng ” .Hiệu suất máy ảnh dựa trên Pixel hiệu dụng. Thông thường, những điểm ảnh gần mép của chip sẽ bị tác động ảnh hưởng của nhiễu quang học, thế cho nên những điểm ảnh Hiệu dụng ở khu vực bên trong của chip cảm biến hình ảnh sẽ được sử dụng thực tiễn .

4. Xử lý hình ảnh ( binalization )

Trong trường hợp ảnh đơn sắc, bất kể màu nào sẽ được hiển thị ở mức từ đen đến trắng ( thang màu xám ). Binalization là phân biệt những màu thành đen hoặc trắng, tách biệt nhau theo một ngưỡng. Ví dụ sau đây cho thấy sự phân loại hai cấp của thang màu xám ( 0 đến 255 ) theo ngưỡng ở cấp 128 .

5. Xử lý hình ảnh 2 ( chia tỷ suất xám )

Tuy nhiên, nghiên cứu và phân tích hai chiều biến hình ảnh gốc thành hình ảnh 2 cấp ( đen hoặc trắng khi nó là hai cấp đơn sắc ), tỷ suất màu xám biến hình ảnh gốc thành hình ảnh nhiều cấp, ví dụ 256, 1024, 64 cấp .Nó không chỉ được sử dụng cho hình ảnh đơn sắc mà còn cho bất kỳ hình ảnh màu đơn lẻ nào khác. Nhiều Lever phân cấp giúp thị giác máy phát hiện mọi thứ đúng mực hơn .

6. Xử lý hình ảnh 3 ( tìm kiếm mẫu )

Tìm kiếm mẫu là tìm kiếm hình dạng gần với hình ảnh được tàng trữ dưới dạng mẫu tìm kiếm trong hình ảnh đã chụp .Nó cung ứng mức độ đối sánh tương quan, mức độ giống của hình ảnh với mẫu tìm kiếm và tọa độ của hình ảnh .

7. Cảm biến tầm nhìn

Chức năng chính của cảm biến thị giác là chụp hình ảnh của đối tượng mục tiêu và kiểm tra hình ảnh so sánh với hình ảnh chính và sau đó xuất ra kết quả kiểm tra. 

Nó có một máy ảnh với cảm biến hình ảnh, ví dụ như CCD ( Charge Coupled Device ), cảm biến hình ảnh CMOS ( Complementary Metal Oxide Semiconductor ) cung ứng tài liệu hình ảnh kỹ thuật số để giải quyết và xử lý hình ảnh, ví dụ, khớp mẫu, giám sát, OCR …

8. Tính toán thời hạn cửa trập

Thời gian mà cảm biến thị lực hoàn toàn có thể sử dụng để giải quyết và xử lý hình ảnh và xác lập hiệu quả là := Khoảng cách giữa những đối tượng người dùng / Tốc độ chạy của băng tải = 100 ( mm ) : 100 ( mm / giây ) = 1 giây .1 giây là quá đủ để giải quyết và xử lý hình ảnh và xác lập tác dụng .Thời gian hoàn toàn có thể được cho phép hình ảnh được chụp sẽ vận động và di chuyển trong khi màn trập đang mở := 1 % chiều rộng của vùng phát hiện / Tốc độ chạy của băng tải = 1 % 20 ( mm ) / 100 ( mm / s ) = 2 ms ( 2 mili giây )2 mili giây là khoảng chừng thời hạn khá ngắn nên ánh sáng phải đủ sáng để chụp ảnh rõ nét trong trường hợp này .

9. Các đối tượng người dùng mà cảm biến thị giác khó phát hiện

9.1. Phát hiện sự độc lạ giữa những đối tượng người dùng có màu sáng

Nó rất khó phát hiện, đặc biệt quan trọng là màu xanh lục nhạt, trắng và xám nhạt .

9.2. Ký tự nhỏ, dòng kẻ mảnh

Khi kích cỡ dòng kẻ gần bằng kích cỡ px ( = chiều rộng của FOV / số px ), máy ảnh sẽ không hề phát hiện đó là đường kẻ .Ví dụ : khi chiều rộng của FOV là 50 mm và số px ở đường nằm ngang là 200, kích cỡ của hình ảnh trên mỗi px là 0,25 mm .

9.3. Đối tượng vận động và di chuyển nhanh

Khi những đối tượng người dùng hoạt động nhanh và thời hạn chụp lâu, hình ảnh thu được sẽ bị mờ và không sắc nét .Trong trường hợp đó, thời hạn cửa trập phải ngắn và ánh sáng phải đủ sáng để máy ảnh hoàn toàn có thể chụp ảnh rõ nét trong thời hạn cửa trập ngắn như vậy .

9.4. Các vật thể có mặt phẳng bóng và không bằng phẳng

Sẽ rất khó để chụp được hình ảnh rõ nét khi vật thể là màng bóng, chai lọ trong suốt, lon ( ống ) sắt kẽm kim loại có mặt phẳng bóng không bằng phẳng sẽ dễ bị phản xạ và phản xạ đổi khác .Ánh sáng khuếch tán và bộ lọc phân cực sẽ giúp chụp ảnh rõ ràng trong 1 số ít trường hợp .

10. Các Ứng dụng của cảm biến thị giác

Cảm biến thị giác ( Vision sensor ) được ứng dụng rất thoáng rộng, phần nhiều trong những ngành công nghiệp : Thức ăn, Đồ uống, hóa chất, mỹ phẩm, điện điện tử, xe hơi, máy móc …Một số ứng dụng nổi bật :

10.1. Kiểm tra văn bản được in trên những túi bóng có sắc tố khác nhau

10.2. Kiểm tra sự sống sót của miêu tả thuốc

10.3. Kiểm tra sự sống sót của rơ le trên mô-đun lắp ráp

10.4 Giám sát sắp xếp sô cô la

10.5 Phát hiện hướng của hộp carton

Có rất nhiều ứng dụng khác được Nhà sản xuất OPTEX FA liệt kê và minh họa, Bạn tìm hiểu thêm thêm tại đây : https://www.optex-fa.com/tech_guide/vision/solution/Cảm ơn Bạn đã đọc bài san sẻ

Chúc Bạn thành công!

Tâm Mr. – AdminBài viết được dịch từ : OPTEX FA

Bài viết cùng chuyên mục: