アプリケーションに最適なシャッター付きマシンビジョンシステムの選択

適切なシャッター付きマシンビジョンシステムの選択は、いくつかの重要な要素に左右されます。ユーザーは、動作速度、画質、コスト、そして具体的な用途を考慮することがよくあります。多くの業界では、特に高速で移動する物体の検査において、歪みのない画像を撮影できるため、グローバルシャッターソリューションが好まれています。一方、ローリングシャッターは静止したシーンでは優れた性能を発揮しますが、動きが速いと歪みが生じる可能性があります。

主な選択要因は次のとおりです。

• 物体またはプロセスの速度
• 分析や検査に必要な画像品質
• 予算の制約と環境条件
  ローリング シャッター テクノロジーとグローバル シャッター テクノロジーの違いを理解することで、選択したマシン ビジョン システムとカメラがアプリケーションのニーズを満たすことを保証できます。

主要なポイント（要点）

• グローバルシャッターカメラは一度にすべてのピクセルをキャプチャし、動きの歪みを防ぎ、動きの速いシーンやダイナミックなシーンに最適です。
• ローリングシャッターカメラ ピクセルを行ごとに露出するため、動きが速い場合は画像が歪む可能性がありますが、静止したシーンや動きの遅いシーンでは解像度が高く、コストが低くなります。
• 選択する グローバルシャッターシステム 高速産業検査、ロボット工学、正確で歪みのない画像を必要とするアプリケーションに最適です。
• ローリング シャッター カメラは、コスト効率と低照度性能に優れているため、静止した画像撮影、動きの少ない監視、予算が重視されるプロジェクトに適しています。
• 動作速度、画質、照明、予算を考慮した明確な決定チェックリストを使用して、特定のアプリケーションに最適なシャッター システムを選択します。

シャッター式マシンビジョンシステムの種類

ロールシャッター

ローリングシャッターカメラは センサー 各ピクセル列を一度に露光するのではなく、順次露光する方式です。この方式は多くのCMOSカメラで採用されています。センサーは最上列から下へ移動し、波のような動きで画像を捉えます。各列の露光開始と終了のタイミングはわずかに異なります。このプロセスにより、特に被写体が高速で移動したり、カメラが振動したりすると、画像の歪みが生じる可能性があります。

ローリングシャッター効果は、写真や動画で「ジェロ効果」や歪んだ線として現れることがよくあります。回転するファンの羽根や通り過ぎる車など、高速で移動する物体は、曲がったり歪んだりして見えることがあります。これは、センサーがシーンの異なる部分を異なる瞬間に記録するためです。

ローリングシャッターシステムは、静止したシーンや動きの遅いシーンに適しています。他のマシンビジョンシステムと比較して、低コストで高解像度を実現できます。しかし、高速アプリケーションでは、ローリングシャッターの歪みにより正確な画像を撮影することが困難になる場合があります。 フレームレート またはシャッタースピードを調整することでこれらのアーティファクトを軽減できますが、完全に除去することはできません。

グローバルシャッター

グローバルシャッターカメラは、すべてのピクセルを同時に露光するセンサーを使用します。この方式は真のグローバルシャッターと呼ばれます。センサーはフレーム全体を一瞬で捉え、その後データを読み出します。この方式により、ローリングシャッターシステムで歪みを引き起こすタイミングのずれを防止できます。

グローバルシャッターカメラはモーションアーティファクトを排除するため、高速で移動する物体や光量が急激に変化するシーンの撮影に最適です。このタイプのセンサーは、産業検査、ロボット工学、その他の要求の厳しいマシンビジョンシステムでよく使用されます。グローバルシャッターカメラはローリングシャッターモデルよりも高価で、解像度が低い場合もありますが、動的な環境下でも比類のない画像品質を提供します。

注: 最新の CMOS センサーの多くは、高速性と低歪みの利点を兼ね備えた真のグローバル シャッター テクノロジをサポートしています。

ローリングシャッターとグローバルシャッター

画像のクオリティ

画像品質は、 シャッターマシンビジョンシステムグローバルシャッターカメラは、すべてのピクセルを同時に露光することで歪みを防ぎ、高速で移動する物体を正確に捉えます。この特徴により、グローバルシャッターカメラは、産業検査やロボット工学など、高精度な画像撮影が求められる用途に最適です。これらのカメラは、「ジェロ効果」などのモーションアーティファクトを排除し、一貫性と信頼性の高い画像を提供します。

一方、ローリングシャッターカメラは、センサーを1行ずつ露光します。この連続露光により、高速な動きを捉える際に、歪んだ線や画像の揺れといったアーティファクトが発生する可能性があります。しかし、ローリングシャッターカメラは、特に低照度環境において、より高い解像度と優れたダイナミックレンジを提供する傾向があります。また、CMOSセンサーの設計がシンプルなため、ノイズも少なくなる傾向があります。動きの少ないシーンでは、ローリングシャッターカメラは優れた画質とフレーム間の一貫性を実現します。

注意: グローバル シャッター カメラは歪みのない画像を提供しますが、一部のモデルではローリング シャッター カメラに比べてノイズ レベルが高く、ダイナミック レンジが低くなる場合があります。

速度

スピードが重要な役割を果たす マシンビジョンアプリケーションにおいて、ローリングシャッターセンサーは画像データを行ごとに順次読み出します。このプロセスにより、最初の行と最後の行の露光の間に時間差が生じます。例えば、1920×1080ピクセルのローリングシャッターセンサーを30フレーム/秒で実行すると、行の読み出し時間は約30.86マイクロ秒になります。フレーム全体が上から下までスキャンされるため、シーンが急速に変化すると歪みが生じる可能性があります。

グローバルシャッターカメラは、すべてのピクセルを同時に露光し、フレーム全体を一瞬で捉えます。露光後、センサーはデータを読み出しますが、露光自体はすべてのピクセルで同時に行われます。この手法は、連続露光による歪みを排除し、高速マシンビジョンタスクに不可欠です。ローリングシャッターセンサーはより高いフレームレートと低い消費電力を実現できますが、動的な環境において真にスミアフリーな画像を提供できるのはグローバルシャッターカメラだけです。

費用

ローリングシャッターカメラとグローバルシャッターカメラの価格差は、非常に大きい場合があります。ローリングシャッターカメラは、よりシンプルなセンサー設計を採用し、多くの場合、より高いピクセル密度を実現しています。そのため、価格が手頃で、予算が厳しい用途に適しています。例えば、4900MPセンサーを搭載したTeledyne Dalsa Nano C18のようなローリングシャッターカメラは、600ドル以下で購入できます。

グローバルシャッターカメラはより複雑な回路を必要とし、ピクセル密度が低い場合が多いです。複雑さが増し、画像フォーマットが大きくなるため、カメラとレンズの両方のコストが上昇します。例えば、Raspberry Pi用のOV9281のようなグローバルシャッターカメラモジュールは、25.90MPセンサーで約1ドルですが、産業用グレードのモデルは一般的にはるかに高価です。以下の表は、これらの違いをまとめたものです。

ヒント: ローリング シャッター カメラは、動きによる歪みが問題にならないアプリケーションにコスト効率の高いソリューションを提供します。

ユースケース

ローリングシャッターシステムとグローバルシャッターシステムのどちらを選ぶかは、具体的な用途によって異なります。ローリングシャッターカメラは、被写体がほぼ静止しているか、ゆっくりと移動するシナリオに適しています。これらのカメラは、以下の用途に適しています。

• モーションブラーを最小限に抑えた静止画撮影
• 光のレベルが変化するシーン
• 一般的な写真撮影やスマートフォンなどの消費者向けデバイス
• 静的監視、ビデオ会議、ドキュメントスキャン
• わずかな動きの歪みが許容されるか、ソフトウェアで修正できるアプリケーション

ローリング シャッター カメラは多くの場合、優れた感度とダイナミック レンジを提供するため、暗い環境にも適しています。

グローバルシャッターカメラは、高速かつ高精度な環境で優れた性能を発揮します。一般的な使用例は以下の通りです。

• 高速組立ラインにおける品質管理検査
• 倉庫内ナビゲーションと商品認識のための自律移動ロボット（AMR）
• バーコードとラベル検証のための高速コンベアベルトでの荷物仕分け
• 振動や急速な動きのある環境での産業診断
• 製品識別、計数、仕分けのための工場自動化
• 歪みのない画像を必要とする交通管理、計測、ロボット検査

真のグローバル シャッター センサーは、すべてのピクセルが同時にシーンをキャプチャすることを保証します。これは、画像の歪みを許容できないアプリケーションにとって重要です。

グローバル シャッター カメラはローリング シャッター アーティファクトを排除するため、動的なシーンや高速マシン ビジョン タスクに最適です。

アプリケーションの推奨事項

産業検査

産業検査では、正確で信頼性の高い画像が求められます。工場では、製品がベルトコンベア上を高速で移動することがよくあります。グローバルシャッターカメラは、すべてのピクセルを瞬時に撮影し、モーションブラーや歪みを防ぎます。この機能は、 品質管理工場では、小さな欠陥も検出しなければなりません。多くの高スループットの工場アプリケーションでは、製品の特徴やバーコードを正確に認識するために、グローバルシャッターセンサーが活用されています。BSIグローバルシャッターセンサーなどの最近の技術革新により、光感度が向上し、ノイズが低減されたため、これらのカメラは厳しい照明条件でもさらに効果的です。グローバルシャッターを備えた産業用カメラシステムは、現代の検査ラインに必要な一貫性と速度を提供します。

ヒント: 高速生産ライン または高速で移動する対象物の場合、グローバル シャッター カメラにより歪みのない画像と信頼性の高い欠陥検出が保証されます。

ロボット工学

ロボット工学のアプリケーションでは、多くの場合、素早い動きと複雑なタスクが伴います。倉庫、製造現場、あるいは自律走行車などのロボットは、視覚情報を迅速かつ正確に処理する必要があります。ローリングシャッターカメラとグローバルシャッターカメラのどちらを選択するかは、ロボットの速度と画像の完全性に対する必要性によって決まります。以下の表は、ロボット工学における主要な性能要件をまとめたものです。

グローバルシャッターカメラは、自律航行や物体選別など、高速かつ正確な認識が求められるロボットに最適な性能を発揮します。低速移動ロボットや、動きの少ない環境では、ローリングシャッターカメラが低コストで十分な画質を提供できる場合があります。組み込みビジョンシステムの設計においては、コンパクトなスペースに収まり、高速で歪みのない画像を提供する小型グローバルシャッターセンサーが大きなメリットとなります。

静止画像

静止画像撮影は、文書スキャン、固定監視、静的モニタリングなどの用途に使用されます。これらのシナリオでは、カメラと被写体は静止しています。ローリングシャッターカメラは、高解像度と低コストという点で、この用途に最適です。画像を1行ずつ撮影しますが、動きがほとんどないか全くないため、歪みは発生しません。ローリングシャッターカメラは電力効率にも優れているため、一般消費者向けや予算重視のプロジェクトで人気があります。

• ローリング シャッター カメラは、静止したシーンに優れた画質を提供します。
• 静止または低動作アプリケーションにおいてコストと電力の面で利点があります。
• グローバルシャッターカメラは動きによる歪みを排除しますが、通常はコストが高く、解像度が低くなります。

静止した被写体を撮影する場合、ほとんどの場合、ローリングシャッターカメラで十分な性能が得られます。ただし、高速で移動する被写体を時折撮影する必要がある場合は、グローバルシャッターカメラの導入を検討してください。

監視

監視システムは、変化する照明条件やセキュリティ要件に適応する必要があります。シャッターシステムの選択は、環境とシーン内の動きの程度によって異なります。以下の表は、監視アプリケーションにおける主要な考慮事項をまとめたものです。

屋外や高セキュリティ監視には、グローバルシャッターカメラが適しています。低照度下や悪天候下でも、動く被写体の鮮明な画像を確保します。BSIグローバルシャッターセンサーは、低照度感度の向上とノイズ低減により、性能をさらに向上させます。屋内や静止した監視には、ローリングシャッターカメラで十分なコスト削減と十分な画質が得られます。

注: シャッター タイプを監視環境の動きや照明条件に合わせて調整すると、最適なパフォーマンスと信頼性が確保されます。

シャッター付きマシンビジョンシステムの選択

意思決定チェックリスト

適切なシャッター付きマシンビジョンシステムを選択するには、いくつかの明確なステップがあります。体系的なアプローチにより、ユーザーのニーズに最適なカメラとセンサー技術を見つけることができます。以下に実用的なチェックリストをご紹介します。

1. アプリケーションとビジョンタスクを定義します。画像処理システムが処理しなければならない最小の詳細を特定します。
2. 作動距離を測定します。これは焦点と必要な焦点距離に影響します。
3. オブジェクトのサイズを評価して視野を決定します。
4. 必要な解像度を指定します。これは、 センサーとピクセルサイズ.
5. カメラまたは被写体が動くかどうかを確認します。速度はローリングシャッターとグローバルシャッターの選択に影響するため、注意してください。
6. 照明条件を評価します。照明を制御できるかどうか、または環境が変化するかどうかを検討します。
7. 動きの影響を確認します。必要に応じてシャッタースピードとレンズの絞り（F値）を調整します。
8. システムの互換性については、カメラの接続性とインターフェース オプションを確認してください。
9. 総所有コストを含む予算を設定します。
10. 強力なサポートと幅広いオプションを備えたメーカーを選択してください。

ヒント：高速または動きの速いシーンでは、グローバルシャッターカメラが歪みを防ぎます。静止したシーンや動きの遅いシーンでは、ローリングシャッターカメラが低コストで高解像度を実現します。

製品要因

カメラとセンサーの最終的な選択には、いくつかの技術的な要素が影響します。以下の表は、主な機能を比較したものです。

BSIグローバルシャッターセンサーなどの近年の技術革新により、画質と感度が向上しました。統合における課題としては、照明管理、ハードウェアとソフトウェア間のリアルタイム通信の確保、システムキャリブレーションの維持などが挙げられます。モジュール設計とベンダーサポートは、マシンビジョンシステムの将来性確保に役立ちます。多くの最新カメラはAIとエッジコンピューティングを搭載しており、画像処理システムのパフォーマンスを向上させています。

注意: 信頼性の高い結果を得るには、カメラ、センサー、ソフトウェアがどのように連携するかを常に考慮してください。

ローリングシャッターシステムとグローバルシャッターシステムのどちらを選択するかは、アプリケーションのニーズと技術要件を慎重に考慮する必要があります。業界の専門家は、以下の手順を推奨しています。

1. 検査カテゴリと業界固有のニーズを特定します。
2. カメラや照明など、タスクに合わせてカスタマイズされたデバイスを選択します。
3. 実際のターゲットでテストし、環境要因を確認します。
4. 自動化制御を微調整し、現場での検証を実行します。

多くのユーザーは、照明、センサー解像度、環境要因などを見落としており、これらは精度を低下させる可能性があります。さらに詳しい情報については、技術論文、認定プログラム、専門家によるコンサルティングサービスなどのリソースをご覧ください。チェックリストを活用し、専門家のアドバイスを求めることで、信頼性の高いマシンビジョン性能を確保できます。

よくあるご質問

ローリングシャッターカメラとグローバルシャッターカメラの主な違いは何ですか?

ローリングシャッターはセンサーの行ごとに露光します。グローバルシャッターはすべてのピクセルを一度に露光します。グローバルシャッターは動きによる歪みを防ぎます。ローリングシャッターでは、動きが速い場合にアーティファクトが発生することがあります。

ローリングシャッターカメラは動く物体にも使えますか？

ローリングシャッターカメラは動く物体を捉えることができますが、動きが速いと歪みが生じる可能性があります。ゆっくりとした動きや中程度の動きであれば、良好なパフォーマンスを発揮することが多いため、実際の使用環境でカメラをテストすることをお勧めします。

グローバルシャッターカメラは常に高価ですか?

グローバルシャッターカメラは、複雑なセンサー設計のため、通常は高価です。しかし、技術の進歩に伴い価格は下がっています。ユーザーは、購入前に機能と性能を比較検討する必要があります。

照明条件はシャッターの選択にどのように影響しますか?

どちらのシャッター方式でも、照明は画質に影響します。グローバルシャッターセンサーは低照度時にノイズが多くなる場合があります。ローリングシャッターの方が画質が良い場合が多いです。 ダイナミックレンジ適切な照明は、どのカメラでも結果を改善します。

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