Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Так мало сенсоров. Так много камер. . .

Так мало сенсоров. Так много камер. . .

В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Так мало сенсоров. Так много камер...

Производителей сенсоров в мире немного. Известны бренды Sony, AMS, Gpixel, Aptina, e2v, Andanta и др. При этом все больше компаний создают все больше различных камер на базе этих немногочисленных сенсоров. Потребители ошибочно предполагают, что все камеры одинаковые, так как в них используются одни и те же сенсоры. Как обстоят дела на самом деле? Какие отличительные особенности сенсоров позволяют на выходе получать разные продукты?
Иван Емельянов
Руководитель проекта НПК "Фотоника"

На рынке видеонаблюдения происходят эволюционные изменения, которые в ближайшей перспективе затронут всех игроков.

Качество изображения

Производители сенсоров лучше всего знают их внутреннюю структуру и архитектуру, тонкости и нюансы и за счет этого в каждой модели могут задействовать максимум возможностей.

Например, многие компании производят свои изделия на базе сенсоров Sony, обеспечивающих определенный выходной сигнал. Модели конечных продуктов могут очень сильно отличаться. Использование сенсоров с одинаковыми характеристиками в разных изделиях не гарантирует одинаковое качество картинки.

Компонентная база

Лидеры рынка используют компоненты только проверенных производителей, которые не позволяют себе экспериментировать без проведения испытательных тестов. Наличие тестовых лабораторий позволяет гарантировать стабильность работы камеры. С точки зрения подгонки деталей японские производители все еще не имеют конкурентов.

Системная оптимизация

Для качества конечного продукта важна системная оптимизация: большое количество исследований, тестов делает интеграцию камер в текущие системы легкой, доступной и минимально затратной по времени. При использовании распространенного ПО в большинстве случаев проблем с подключением не возникает.

Интерфейсы

Существуют три наиболее распространенных интерфейса, которые используются для камер машинного зрения:

  1. Camera Link;
  2. GigE Vision;
  3. USB 3.0.

На практике самым популярным является интерфейс GigE Vision по следующим причинам:

  • доступная по цене и по времени интеграция в существующие системы;
  • приемлемая скорость передачи данных – 1 Гбит/с;
  • легкая эксплуатация: все данные передаются по Ethernet, который присутствует практически в любом компьютере, и нет необходимости в покупке дополнительных устройств.

Camera Link – это самый высокоскоростной стандарт передачи данных на сегодняшний день, и он всегда подразумевает покупку дополнительного оборудования. Однако в определенных сферах это оправданно, например для научных исследований, в астрономии и медицине, где требуется высокая кадровая частота при сохранении разрешения.

USB-решения – самые простые и ранее в машинном зрении не применялись, но сегодня стандарт USB пользуется огромной популярностью, и с его помощью можно эффективно решать многие задачи. Среди его несомненных плюсов – простейшее подключение, отсутствие необходимости в дополнительном оборудовании и полная совместимость со всеми системами.

Технология Prigius

Prigius – это технология сенсоров на базе КМОП-матрицы, которая по своим возможностям уже догнала ПЗС и заменяет CCD, ни в чем ей не уступая. И в Prigius, и в CCD используется кадровый затвор, считывание происходит одновременно со своей площади сенсора, при этом достигаются очень высокие характеристики чувствительности, темновой шум минимален, а размер пикселя практически не изменился. Выросла кадровая частота за счет того, что считывание с КМОП-сенсора происходит значительно быстрее, чем с CCD. В результате получилось практически идеальное решение, которое полностью заменяет предыдущий вариант на ПЗС-матрице.

Уникальные функции

Какими способами можно добиться высокого качества при использовании одних и тех же сенсоров? Остановимся более подробно на некоторых функциях и средствах для получения качественного изображения.

MultiRoy

Позволяет выделять необходимую область интереса относительно всей площади сенсора. К примеру, при научном исследовании процесс идет непосредственно в центре сенсора и нужно получить картинку только этой области, при этом у сенсора есть определенные ограничения по кадровой частоте. За счет функции MultiRoy можно ограничить площадь захвата изображения, выбрав ее предварительно, и на выходе получить сигнал из выделенной области. Это позволит значительно сократить выходной битрейт видеопотока и повысить характеристики чувствительности сенсора. Другими словами, сейчас можно гораздо эффективнее решать задачи, которые раньше решались только использованием крупных сенсоров.

Биннинг

Это способность сенсора изменять выходное разрешение и выходной поток. Если нужно изменить характеристики сенсора для получения более высоких показателей, можно объединять пиксели внутри него кратно, начиная от двух и более (два, четыре и т.д.) раз. На выходе мы получим кратное увеличение чувствительности и кадровой частоты. В тех случаях, когда не требуется высокое разрешение, можно им пожертвовать и получить высокоскоростную матрицу с достаточным разрешением для конкретной задачи и гораздо более высокой чувствительностью. Используя одни и те же матрицы для разных целей, можно фактически создавать разные продукты.

Вариативный секвестр

Это одна из разработок, которая позволяет задавать определенные шаблоны для управления экспозицией, усилением и затвором. Если стоит задача, которая предполагает определенную периодичность съемки с измененными параметрами экспозиции и значениями усиления, в программном обеспечении камеры можно заложить шаблон, по которому камера будет в определенный момент времени осуществлять срабатывание затвора с конкретным значением экспозиции и частотой. Эта функция активно применяется при изготовлении машин 3D-контроля, когда требуется обеспечить достаточно продолжительное шаблонирование при анализе трехмерной поверхности исследуемого объекта.

Протокол точного времени

В машинном зрении основополагающим фактором успеха является синхронизация всех процессов. Помимо наиболее распространенных протоколов ATB и GPS, используется протокол IF 1588, который позволяет синхронизировать камеры в рамках сети, выставляя на них точное время с максимальной эффективностью. При использовании оперативной системы Linux можно задать "мастер камер" на компьютере, с помощью которого через распределитель будут синхронизированы все остальные камеры. При работе с Windows одна из камер может быть назначена как мастер, и ее время будет являться знаковым для всех остальных в системе.

Работа сенсоров

Сравнение графиков квантовой эффективности ПЗС и КМОП-сенсоров по цветовому охвату показывает, что по этому параметру обе технологии заслуживают внимания и являются равными конкурентами. Не так давно КМОП-технология считалась дешевой и даже отсталой, но теперь политика многих компаний в мире свидетельствует о том, что КМОП-версия полностью догнала ПЗС и даже перегнала ее. Все последующие камеры машинного зрения и других задач будут выпускаться на КМОП-сенсорах, которые позволяют обеспечить все заданные характеристики.

Максимально высокие требования предъявляются к аэрофотосъемочной аппаратуре, где даже камеры с разрешением 150–200 Мпкс выпускаются на КМОП-сенсорах. А это в очередной раз доказывает, что время ПЗС прошло, освободив место для более современных и эффективных технологий.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #1, 2019
Посещений: 1933


  Автор
 

Иван Емельянов

Руководитель проекта НПК "Фотоника"

Всего статей:  1

В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций