Görüntü İşlemede Kamera Seçim Kriterleri

İçerik

Makine Görmesi (Machine Vision)
Area Scan & Line Scan Kameralar
CCD & CMOS Sensörleri
Shutter Speed Nedir?
Global(Total) & Rolling Shutter
Frame Rate
Bit-Depth (Bit Derinliği)
Resolution(Çözünürlük)
Interface (Arayüz veya Bağlantı)
Size (Boyut)

Makine Görmesi için Kamera Seçimi (Choosing Camera for Machine Vision)

İyi düşünülmüş bir görüntü işleme uygulamasında

amaca yönelik bir kamera,
ışık kaynağı,
lens,
görüntü aktarma arayüzü(interface like USB, GigE etc.),
yazılım
bilgisayar temel gereksinimlerdir.

Görüntü işleme projeleri geliştirirken üzerinde çalışılacak nesneler için kamera seçiminde kullanılacak kriterler hız, ışıklandırma , sıcaklık, yeterli alan ve maliyet olacaktır.

Makine Görmesi (Machine Vision)

Endüstriyel otomasyonlarda ve medikal alanda machine vision kameralara ihtiyaç vardır. Bu kameralar görüntüyü sıkıştırmadan bilgisayara iletmektedir. Cep telefonlarıyla çekilen fotoğraf, videolar daha güzel görünebilir ancak hata tespitinde kullanılacak kadar detaylı görüntüyü bize sağlamaz. Çünkü cep telefonlarında alınan görüntüler sıkıştırılarak kaydedilmektedir.

IP kameralar sıcaklık ve titreşimlere karşı sağlam ve dirençlidir. Ayrıca güneş ışığını ve düşük ışık şartlarını tolere etmektedirler. IP kameralar görüntüyü sıkıştırmaktadır. Bir kişiyi veya alanı gözlemlemek amacıyla veya trafik sistemlerinde kullanılmaktadır.

Area Scan & Line Scan Kameralar

Eğer hızlı akan bir sistemde (konveyor vs.) çalışma yapacaksanız line scan kamera kullanmanız gerekecektir. Line scan kameralar görüntüyü line by line (çizgi çizgi olarak türkçeye çevirebiliriz) okumaktadır. Örneğin 600x400 boyutlarında bir görüntü taraması yaptığımızda 0’dan başlayıp 600’e kadar satır satır okuma yaparak görüntüyü tarar. Lojistikte, yiyecek kalite kontrol sektöründe, plastik filmler, çelik, tekstil, elektronik komponentlerin kalite kontrolünde kullanılır.

Line Scan Kamera Çalışma Sistemi

Eğer derinlemesine(in-depth) bir inceleme yapacaksanız area scan kamera doğru seçim olacaktır. Area scan kameralarda kare biçiminde bir çok line(hat, çizgi .. olarak türkçeye çevirebiliriz.) bulunmaktadır. Bu kameralar görüntüyü çizgi çizgi(line by line) yerine tek seferde algılarlar. Kalite kontrol sistemlerinde, barkod, qr kod okumada, seçme ve yerleştirme robotik sistemlerinde, mikroskobik sistemlerde ve diğer medikal sistemlerde kullanılmaktadır.

Area Scan Kamera Çalışma Sistemi

CCD & CMOS Sensörleri

Kameralarda kullanılan sensör tipi görüntünün kalitesini önemli şekilde etkilemektedir. Görüntü işleme projelerinde amaca yönelik kamera için en uygun sensör tercih edilmelidir. Aşağıdaki tabloda CCD ve CMOS sensörleri karşılaştırması yapılmıştır.

CCD	CMOS
Yüksek kalitede görüntü ve çözünürlük	Görüntü ve çözünürlük kalitesi CCD’ye göre daha az
Işık hassasiyeti fazla	Işık hassasiyeti CCD’ye göre daha az
Görüntüde düşük gürültü(yani bozukluk)	Görüntü bozukluklarına daha yatkın.
Elektriksel güç tüketimi fazla	Elektriksel güç tüketimi az
Özel üretim gerektiği için pahalı ve yavaş üretilir.	Üretimi CCD’ye göre daha kolay, hızlı ve ucuz
Bulunduğu cihaz hacmi büyüktür.	Bulunduğu cihaz hacmi küçüktür.
İşlem hızı daha düşük	İşlem hızı daha yüksek

Kameralarda Lens Seçimi

Görüntü işleme uygulamalarında kamera seçimi ile beraber lens seçimi de görüntünün detaylı ve istenilen şekilde elde edilmesi için önemlidir. Lens türleri entocentric, telecentric, wide-angle, fish-eye lensleri ve ayrıca özel near infrared lens türleri bulunmaktadır.

Görüntü işleme uygulamalarında entocentric lensler yoğun ve öncelikli olarak kullanılmaktadır. Entocentric lenslerde insan gözündeki gibi yakın objeleri büyük , uzak objeleri küçük gösteren belirli bir açıda düzenlenmiş bir açıklık bulunur.

Shutter Speed Nedir?

Şekilde kamera shutter(kepenk) çalışması görülmektedir.

Shutter speed; kameranın shutter kısmının açık kaldığı ve kamera sensörünün ışığa maruz kaldığı sürenin uzunluğudur. Yani kameranın ne kadar sürede fotoğraf çektiğidir. Görüntünün nasıl bir efekte sahip olacağını etkiler.

Eğer shutter speed uzun süreli olursa ve hareketli bir nesnenin görüntüsünü elde etmeye çalışıyorsanız en belirgin efekt motion blur(hareket bulanıklığı) olacaktır. Bu efekt araç reklamlarında sık görülmektedir.

Eğer shutter speed kısa süreli olursa hareketli nesneler haricinde her görüntü keskin olur. Bu yöntem gece veya karanlık ortamlarda fotoğrafçılar tarafından kullanılmaktadır. Manzara, doğa fotoğrafçıları şelale, nehirlerin görüntülerini alırken bu yöntemi kullanmaktadır.

Eğer shutter speed hızlı olursa yüksek hızda gözlerimizin algılayamayacağı nesneler bulunduğu ortamda donmuş bir nesne gibi yakalanabilir. Örneğin uçan kuşları, suya dalıp çıkan balıkları yakalarken bu yöntem kullanılır.

Shutter speed: 1/1600th second (a fast shutter speed)

Görüntü alırken shutter speed oranının etkisini anlamak için aşağıdaki görsel faydalıdır.

Global(Total) & Rolling Shutter

Yüksek hızlarda görüntü bozukluklarından kaçınmak istenirse ve maliyet konusunda da sıkıntı yaşamıyorsanız kamerada global(total) shutter tercih etmelisiniz. Yüksek hız gerektiren uygulamalarda (trafik, ulaşım, lojistik vs.) kullanılır.

Rolling shutter yukarıdaki animasyonda da göreceğiniz gibi görüntüyü satır satır(line-by-line) okumaktadır. Eğer görüntü hızlı hareket ediyor ve ışıklandırma da kötü ise elde edeceğiniz görüntüde çarpıklık, bozukluk olacaktır. Ancak pozlama ve ışıklandırmayı iyi bir şekilde ayarlarsanız görüntü bozukluklarını minimum seviyeye indirebilirsiniz. Rolling shutter CMOS sensörlerde bulunmaktadır ve daha ucuz bir maliyeti vardır.

Frame Rate

Kamera sensörünün saniyedeki yakaladığı ve ilettiği görüntü sayısıdır. İnsan beyni saniyede 14-16 arasında görüntü algılayabilir. Bir filmin frame rate’i genellikle 24 fps(frame per second)’tir. Yüksek hızlı hareket eden görüntü işleme uygulamalarında (örneğin gazetelerdeki kalite kontrol vs.) kameranın milisaniyeler içerisinde görüntü alması gerekir. Diğer taraftan mikroskobik uygulamalarda daha düşük frame rate gerekir.

Bit-Depth(Bit Derinliği)

Kamera seçimi yaparken bit derinliği kriterini renk farklılıklarını hassasiyetle ayırmak istenilen durumlar için kullanmak gerekmektedir. Aşağıdaki görsel bit derinliğinin anlaşılması için faydalıdır. Bit derinliği arttıkça renk hassasiyeti artmaktadır.

Resolution(Çözünürlük)

Bir bilgisayar ekranı, televizyon, telefon ekranı üzerindeki gösterilen piksellerin sayısıdır. Daha yüksek çözünürlük, daha ayrıntılı görüntü anlamına gelir.

Resolution = (Object Size / Detail size)²

Örneğin 2 metre uzunluğundaki birinin göz rengi tespit etmek isteniyorsa hesap;

(2 m ÷ 1 mm)² = 4,000,000 pixels = 4 MP

Örnekler:

Size = 640 x 480 = 307,200 pixels
Pixel count = 307 thousand pixels
Resolution = 307 kilo pixels
_______________________________________________________________
Size = 1366 x 768 = 1,049,088 pixels
Pixel count = 1.05 million pixels
Resolution = 1.05 mega pixels

Interface (Arayüz veya Bağlantı)

GigE Vision nedir?

GigE Vision, 2006 yılında yüksek performanslı endüstriyel kameralar için piyasaya sunulan bir arayüz standardıdır (interface standart). Bu standart, yüksek hızlı video ve ilgili kontrol verilerinin Ethernet ağları üzerinden aktarılması için bir çerçeve sağlar.

Yüksek performanslı GigE Vision kameraları

Yüksek çözünürlük
Yüksek hızlı CMOS sensörler
Ethernet üzerinden güç
Ayrıca Sony CMOS (Pregius) uyumlu kameralar mevcuttur

USB 3.0 nedir?

Tek kablo üzerinden güç ve veri aktarımını sağlayan 100-350 MB/s veri aktarım oranına sahip arayüzdür (bağlantıdır).

Camera Link nedir?

Endüstriyel kameralarda kullanılan bir standart arayüzdür (bağlantıdır).

Tabloda görüntü iletim çeşitleri ve kıyaslamaları görülmektedir.

Size (Boyut)

En popüler compact kamera boyutları tüm boyutlardan 30 mm’dir. CCD sensör içeren kameraların boyutları CMOS sensörü içeren kameralara oranla daha büyüktür. Tasarlayacağınız endüstriyel görüntü işleme projesinde kamera boyutları önem arzedecektir.

Online Interface, Kamera Seçimi İçin Araçlar

Yazarlar

Adnan Kaya

Adnan Kaya Blog

Bu Blogda Ara