Промышленные камеры от Vision Datum
1. Промышленные камеры Vision Datum
Компания Hangzhou vision datum technology CO., LTD. (Vision Datum) является ведущим китайским производителем и поставщиком профессиональных продуктов машинного зрения. Производитель концентрируется на производстве устройств, а также на системных решениях для комплексного оборудования автоматизации, различных научных и промышленных продуктов машинного зрения.
Камеры Vision Datum являются функциональным аналогом таких всемирно известных брендов, как Basler AG и IDS Imaging Development Systems GmbH.
Несмотря на меньшую известность, камеры бренда Vision Datum представляют собой высококачественные устройства для создания систем машинного зрения. Также, как и камеры более популярных брендов, они обеспечивают высокое качество изображения, высокую производительностью и скорость передачи данных. Помимо этого, Vision Datum предлагают широкие возможности для настройки и программирования, что делает их особенно привлекательными для проектов, требующих индивидуализированных решений и адаптации под конкретные потребности.
К основному преимуществу можно отнести то, что камеры Vision Datum, как санкционно независимый бренд, может предоставлять непрерывную поддержку и доступность продукции даже в условиях существующих ограничений, что делает их особенно привлекательными для компаний, работающих в стратегически важных отраслях.
Широко распространёнными продуктами производителя Vision Datum являются камеры серии MARS и LEO/LEO2. Отметим, что камеры серии LEO являются предыдущим поколением серии LEO2 и некоторые модели уже сняты с производства.
Камеры серии MARS являются камерами второго поколения со стабильным производственным циклом. Данные камеры подходят для различных проверок, измерений и высокоскоростной визуализации, а также для детализации научных процессов и промышленного детектирования серийных процессов.
Камеры третьего поколения серии LEO2 созданы с упором на работу с SDK1, эта серия камер разработана специально для сложных приложений.
1Software development kit – набор средств разработки, позволяющий специалистам по программному обеспечению создавать приложения для определённого пакета программ, программного обеспечения базовых средств разработки, аппаратной платформы и прочих платформ.
В качестве детального преставления о разнице в сериях приведем сравнительную таблицу (Таблица 1).
Таблица 1. Сравнение серий камер MARS и LEO2
Параметр | MARS | LEO2 |
Программное обеспечение | iCentral | iDatum |
Четырехсторонняя установка* | Не поддерживается | Поддерживается |
Входная мощность | DC12V | DC 9-24V |
Рабочая температура | От 0 до +50 °С | От -30 до +60 °С |
Функционал | - | В камеру встроено множество сложных алгоритмов и функций, таких как сжатие без потерь, подавление 2D-шума, коррекция затенения объектива, CCM и т.д., которые могут улучшить качество изображения камеры во всех направлениях, обеспечивая при этом более высокую частоту кадров и превосходное качество камеры |
Программное обеспечение |
Labview (NI driver) Opencv (Конвертер CVMAT формат для образцов) Halcon Matlab (Dshow) VisionPro |
Labview (NI driver) Opencv (Конвертер CVMAT формат для образцов) Halcon Matlab (Dshow) VisionPro |
Операционная система |
1) 32-бит/64-бит Win7/10, 2) Linux 32-бит/64-бит x86: a. glibc 2.12 версия и выше b. Linux kernel версия от 2.6.32 (включительно) до 5.11.0 (включительно) NVIDIA Jetson Jetson_TX1(3.10.96-tegra kernel), Jetson_TX2 Arm (4.4.38-tegra kernel) 3) Arm Linux платформа 64-бит: a. glibc 2.23 версия и выше; b. Если Nvidia разрабатываемая плата, поддержка L4T версии ядра (32.1) и ядра (4.9.140-tegra) 4) Raspberry Pi 3 Модель B+ (Raspbian) |
1) 32-бит/64-бит Win7/10, 2) Linux x86 с архитектурой: a. Ubuntu 12.04/14.04/16.04 (32/64-бит) и 18.04 (64-бит) b. CentOS 7 (32/64-бит) c. Red Hat Linux 7 (64-бит) 3) Arm: a. NVIDIA Jetson TX2(Ubuntu 16.04/18.04/20.04)(32/64-бит) и 18.04 (64-бит) b. Odroid XU4(Ubuntu 16.04/18.04/20.04 c. Raspberry Pi 3 Модель B+ (Raspbian) |
Язык программирования |
C/C#/C++Builder/Delphi/LabView /Python/VB |
C#/C++Builder/Delphi/Directshow/ Halcon/Java/LabView/OpenCV/ Python/VB/VC/VisionPro |
* Камера имеет внешнюю конструкцию нового поколения, поддерживает четырехстороннюю установку, лучше адаптируется к сложным и суровым визуальным условиям и обеспечивает стабильную выходную мощность камеры.
Камеры каждой серии имеют на конце следующие обозначения:
- -Lite – маленькая щель;
- -HR – более высокий динамический диапазон;
- -p – поддерживает сжатие без потерь;
- DS – планируется снятие с производства.
2. Комплектность оборудования
В зависимости от конструктивных особенностей камеры и решаемых задач комплектация может меняться.
Стандартно в комплект поставки камеры входит камера и специализированное программное обеспечение (ПО). Все прочие аксессуары приобретаются отдельно.
- Возможная комплектация для подключения камер с поддержкой USB (рис. 1):
- камера;
- кабель USB3.0 (длина уточняется при заказе).
Рисунок 1 – Один из вариантов комплектации камер с поддержкой USB
- Возможная комплектация для подключения камер с поддержкой GigE (рис. 2):
- камера;
- кабель питания (переходник от блока питания к проводу питания камеры НЕ предусмотрен, рис.3);
- кабель Ethernet (длина уточняется при заказе);
- блок питания.
Рисунок 2 – Один из вариантов комплектации камер с поддержкой GigE
Для камер с поддержкой USB питание осуществляется за счет USB, однако для камер GigE необходимо отдельное питание. Блок питания для GigE камер приобретается дополнительно в зависимости от необходимого типа подключения.
Стоит отметить, что в комплекте НЕ предусмотрен переходник от блока питания к проводу питания камеры. В нашем случае подключение осуществлялось через переходной разъем питания «гн» пластик на кабель (винт 3-240 – 5.5×2.5 мм) (рис. 3).
Перед подключением проверьте распиновку согласно спецификации к камере!
Рисунок 3 – Переходной разъем питания «гн»
К каждой камере объектив приобретается отдельно и подбирается индивидуально под каждую конкретную камеру, а также в зависимости от требований и применений заказчика. Именно поэтому нет универсального объектива для поставки в комплекте (рис. 4). Камера не будет передавать изображение без объектива.
Рисунок 4 – Объектив для камеры машинного зрения
Производитель предоставляет широкий выбор объективов для возможной вариации выбора заказчика.
3. Программное обеспечение iCentral для работы с камерами серии Mars
Общие требования к системе:
- Windows XP (32 bit);
- Windows 7 (32 bit or 64 bit);
- Windows 10 (32 bit or 64 bit);
- Linux 32-bit/64-bit: Ubuntu 14.04 (32/64), Ubuntu 16.04 (32/64), x86 platform (32/64):
- a. glibc 2.12 версия и выше,
- b. Linux версии от 2.6.32 (включительно) до 5.11.0 (включительно);
- ARM: NVIDIA TX1/TX2, 64-разрядная плата разработки ARM, плата разработки Jetson_Xavier Arm (версия L4T [32.2], версия ядра [4.9.140]).
Для работы с камерами Vision Datum серии MARS потребуется установить программное обеспечение iCentral, которое можно скачать на сайте производителя.
Для более качественной установки программного обеспечения и всех необходимых драйверов рекомендуется ознакомиться с руководством пользователя к программному обеспечению.
Отметим, что при подключении камеры с интерфейсом Gigabit Ethernet необходимо сменить IP адрес. IP-адрес камеры должен находится в той же подсети, что и сетевой адаптер.
Основной интерфейс ПО iCentral представлен на рисунке 5. ПО имеет интуитивно понятный интерфейс и содержит девять основных окон, на которые стоит обратить внимание:
Номер на рисунке | Наименование и краткое описание |
1 |
Строка Меню |
2 |
Список устройств: Обновление, для идентификации всех подключенных устройств. Указывает, что устройство готово к работе и может быть подключено. Ошибка подключения устройства. |
3 |
Информация об устройстве: включает информацию об интерфейсе, о том, что устройство подключено, и общую информацию о камере. |
4 |
Строка состояния: включает информацию о трансляции, частоту кадров, пропускную способность, частоту кадров дисплея, ошибки, разрешение изображения и так далее. |
5 |
Панель инструментов для управления камерой: Кнопка включения трансляции. Три режима получения изображений: непрерывный, один кадр, несколько кадров. Остановка трансляции. Скриншот текущего изображения. Увеличение отображаемого изображения. Уменьшение отображаемого изображения. Масштаб изображения 100%. Отображение изображения в соответствии с размером панели дисплея. Вертикальное зеркальное отображение. Горизонтальное зеркальное отображение. |
6 |
Статус пользователя: Новичок, Эксперт, Гуру. Каждое состояние отображает разное количество параметров настройки. |
7 |
Панели свойств позволяют просматривать или изменять все параметры сбора данных, поддерживаемые устройством сбора данных. Параметры, выделенные серым цветом, доступны только для чтения либо всегда, либо в зависимости от выбранного статуса пользователя. Параметры, выделенные черным цветом, задаются пользователем в iCentral или программируются с помощью приложения обработки изображений. |
8 |
Аннотация: показывает описание выбранного параметра. |
9 |
Настройки: частота кадров, экспозиция, баланс белого, усиление RGB и другие настройки. Формат изображения: формат изображения, разрешение, ROI и другие настройки. |
Рисунок 5 – Интерфейс ПО iCentral
Для работы с цветной камерой необходимо настроить баланс белого.
Баланс белого относится к настройке цвета камеры в зависимости от различных источников света. Необходимо отрегулировать значение усиления канала R и канала B изображения, чтобы белые области оставались белыми при различных цветовых температурах. В идеале пропорция R-канала, G-канала и B-канала в белой области составляет 1:1:1. Камера поддерживает 3 типа режимов баланса белого (рис. 6):
- Off – необходимо установить значения R, G, B вручную в диапазоне от 1 до 4095. В общем случае, 1024 означает соотношение 1,0.
- Once – установка автоматического баланса белого один раз. Позволяет отрегулировать баланс белого на определенное время, затем будет изменен автоматически. Он реализует алгоритм, который находит возможные серые области в данных Байера.
- Continuous – непрерывный автоматический баланс белого. Он реализует алгоритм, который находит возможные серые области в данных Байера.
Рисунок 6 – Интерфейс ПО iCentral
Рекомендуется корректировать баланс белого, когда существует существенная разница между цветовым эффектом камеры и фактической визуализацией.
Для более детального понимания функционала камеры и ее настроек рекомендуется ознакомиться с инструкцией к программному обеспечению iCentral. В зависимости от статуса пользователя активные настройки изменяются, как это было описано ранее.
4. Исследование камер серии MARS разной конфигурации
4.1. Исследуемые камеры
В данном пункте приведены характеристики камер, которые были исследованы в лаборатории «ЛЛС».
a) Цветная камера Mars5000S-35UC-Lite
Основные преимущества:
- 5 МП при 30 кадрах в секунду;
- интерфейс USB 3.0 с функцией plug and play, блок питания USB 3.0;
- совместимость с протоколом USB3 Vision, стандартом GenlCam и сторонним программным обеспечением, основанным на этих протоколах и стандартах;
- поддержка Windows, Linux;
- 64 МБ локальной памяти для пакетной передачи и повторной передачи.
Таблица 2. Параметры камеры Mars5000S-35UC-Lite
Наименование |
Параметр |
Сенсор | IMX 264 |
Тип затвора | Глобальный |
Размер сенсора | 2/3 дюйма |
Тип датчика | КМОП |
Разрешение | 2448 px × 2048 px |
Размер пикселя | 3.45 мкм × 3.45 мкм |
Частота кадров | 35 кадров в секунду |
Динамический диапазон | 60,0 дБ |
Отношение сигнал/шум (типичное) | >38,0 дБ |
Интерфейс | USB 3.0 |
Разрядность пикселя | 8/10 бит |
Синхронизация |
Soft Trigger, Hardware Trigger, Free Run |
I/O |
1 вход (оптоизолированный), 1 выход (оптоизолированный), 1 двунаправленный настраиваемый неизолированный ввод/вывод |
Питание | USB3.0 / 3.9 Вт |
Крепление объектива | C-mount |
Операционная система | Windows, Linux |
Результаты съемки на камеру Mars5000S-35UC-Lite приведены на рисунке 7.
Рисунок 7 – Фотографии, полученные с цветной камеры Mars5000S-35UC-Lite
Для данной съемки использовался вариофокальный объектив со следующими параметрами:
- 2/3 дюйма;
- фокусное расстояние 12-36 мм;
- 5 МП;
- ручная диафрагма;
- F2.8.
Основные преимущества:
- разрешение 2,3М;
- поддержка GenlCam и GigE Vision;
- поддержка HALCON, Vision Pro, Labview;
- поддержка NVIDIA TX1, TX2, Windows, Linux;
Таблица 3. Параметры камеры Mars2300S-40gm
Наименование |
Параметр |
Сенсор | IMX 249 |
Тип затвора | Глобальный |
Размер сенсора |
1/1,2 дюйма |
Тип датчика | КМОП |
Разрешение |
1920 px × 1200 px |
Размер пикселя |
5,86 мкм × 5,86 мкм |
Частота кадров | 40 кадров в секунду |
Динамический диапазон | 60,0 дБ |
Отношение сигнал/шум (типичное) | >38,0 дБ |
Интерфейс |
GigE |
Разрядность пикселя | 8/10/12 бит |
Синхронизация |
Soft Trigger, Hardware Trigger, Free Run |
I/O |
1 вход (оптоизолированный), 1 выход (оптоизолированный), 1 двунаправленный настраиваемый неизолированный ввод/вывод |
Питание |
PoE или 6–24 В постоянного тока |
Крепление объектива | C-mount |
Операционная система | Windows, Linux |
Результаты съемки на камеру Mars2300S-40gm приведены на рисунке 8.
Рисунок 8 – Фотографии, полученные с монохромной камеры Mars2300S-40gm
Для данной съемки использовался объектив VT-LEN3528MP12-H1.1 от Vision Datum со следующими параметрами:
- 1/1 дюйма;
- фокусное расстояние 35 мм;
- 12 МП;
- F2.8-22.
Рисунок 9 – Сравнительные фотографии с двух камер
Более того, программное обеспечение позволяет одновременно выводить изображение более чем с 16 камер.
4.2. Рекомендации по работе с камерой
EMI и ESD
Камеры часто устанавливаются в промышленных условиях, где используются устройства, генерирующие электромагнитные помехи (EMI) и подверженные электростатическому разряду (ESD). Чрезмерные EMI и ESD могут вызвать проблемы с камерой, например, ложное срабатывание или внезапное прекращение захвата изображения. EMI и электростатический разряд также могут оказать негативное влияние на качество данных изображения, передаваемых камерой. В связи с этим необходимо избегать электромагнитных помех и электростатического разряда при работе с камерами.
Очистка сенсора и корпуса камеры
По возможности избегайте чистки поверхности сенсора камеры, если визуально требуется очистка сенсора, тогда следуйте следующим рекомендациям:
Очистка сенсора
- Перед началом работы отсоедините камеру от всех кабелей (USB, питание, Ethernet).
- Используйте мягкую безворсовую ткань, смоченную небольшим количеством высококачественного средства для мытья окон.
- Поскольку электростатический разряд может повредить датчик, во время чистки следует использовать ткань, которая не будет создавать статическое электричество (хорошим выбором является хлопок).
- Убедитесь, что средство для чистки окон испарилось после очистки, прежде чем снова подключать камеру к питанию.
Очистка поверхности корпуса камеры
- Не используйте растворители или разбавители, они могут повредить поверхность.
- Используйте мягкую сухую ткань, которая не будет создавать статического электричества во время чистки (например, хлопок).
- Для удаления сильных пятен используйте мягкую ткань, смоченную небольшим количеством нейтрального моющего средства; затем вытрите насухо.
5. Основы работы промышленных камер
Промышленные камеры видеонаблюдения работают на основе принципа захвата видеоизображения с помощью оптических объективов и их передачи на монитор или систему записи. Самым главным составляющим является сенсор камеры и, как уже было сказано выше, существует два типа сенсоров: ПЗС и КМОП.
ПЗС сенсоры изначально стали доминирующими на рынке, они были нацелены на использование в научных исследованиях (равно как в промышленности и медицине) и позволяли достичь превосходного качества изображения, соответствующего уровню технологий того времени. Интерес к производству КМОП возник за счет необходимости массового производства матриц с меньшим энергопотреблением и меньшей ценой.
В ПЗС сенсоре свет, который попадает на пиксель, изменяет его "электрическое" состояние. "Информация" об этом передаётся только через один выходной канал (реже – два), далее происходит конвертация в уровень напряжения, проходит процедура буферизации и подача на выходе – как аналоговый электрический сигнал. Данный сигнал потом усиливается и конвертируется в цифровое значение, благодаря аналого-цифровому преобразователю (АЦП), который находится вне сенсора.
КМОП сенсоры благодаря технологии производства уже включают в себя усилители и АЦП, соответственно, процедура получения изображения позволяет достичь гораздо большей скорости чтения.
Все это сказывается на общем методе получения изображения — технология ПЗС позволяет проводить считывание только с одного канала или максимум двух (и это является «бутылочным горлышком» данной технологии). Тогда как в КМОП сенсоре цифровые усилители используются в каждом отдельном пикселе (на данный момент в КМОП сенсорах могут использоваться 8- и 16-канальное считывание). Казалось бы, отдельное считывание каждого пикселя должно занимать больше времени, но так как процессы считывания в КМОП сенсорах происходят параллельно, это позволяет им достичь большей пропускной способности по сравнению с ПЗС сенсорами.
Каждый из сенсоров имеют ряд преимуществ и недостатков, каждые из которых являются исключительными и уникальными в определенных приложениях. Поэтому важно подбирать камеру исходя из требований к самой задаче.
Камеры, исследованные в данном обзоре, работают на КМОП-сенсорах.
АО «ЛЛС» является официальным дистрибьютором компании Vision Datum в РФ и странах Таможенного Союза.
Данное оборудование протестировано инженерами АО «ЛЛС». При наличии дополнительных вопросов просим обратиться к специалистам компании.
Статью подготовили:
Кашина Раъно
Инженер-исследователь волоконно-оптических систем
Васильева Виктория
Ведущий инженер по спектрометрам и образовательным наборам