Global-Shutter-Kamera mit Ultraweitwinkel
In jedem robotischen Bildverarbeitungssystem ist der Sensor das Herzstück der Kamera. Im Allgemeinen gibt es zwei Sensortypen: CCD-Sensoren (Charge-Coupled Device) und CMOS-Sensoren (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Hinsichtlich der Geschwindigkeit sind CMOS-basierte Sensoren überlegen.Global-Shutter-Kameraskann sogar 100-mal schneller auslesen als CCD!
Jeder dieser Sensoren ist in zwei Varianten erhältlich – Rolling Shutter oder Global Shutter. Daraus ergeben sich Fragen wie: „Worin besteht der Unterschied zwischen Rolling-Shutter- und Global-Shutter-Bildsensoren in Bildverarbeitungssystemen?“ oder „Welcher Sensor eignet sich besser für robotische Bildverarbeitungssysteme?“
Bevor wir zu voreiligen Schlüssen kommen, sollten wir zunächst die Unterschiede zwischen Rolling-Shutter- und Global-Shutter-Bildsensoren detailliert besprechen.
Unterschied zwischen Rolling-Shutter- und Global-Shutter-Bildsensor
Rollladen:Ein Bildsensor mit Rolling Shutter belichtet verschiedene Zeilen des Arrays zu unterschiedlichen Zeiten – während die Auslesewelle den Sensor durchläuft.
Globaler Verschluss:Ein Bildsensor mit Global Shutter ermöglicht es allen Pixeln, sich während der Belichtung – zu Beginn und am Ende gleichzeitig – aufzuladen. Nach Ablauf der Belichtungszeit wird die Ladung gleichzeitig ausgelesen.
Am besten geeignet für Robotervision: Rolling Shutter oder Global Shutter?
Viele moderne Roboteranwendungen sind auf Bildverarbeitungstechnologie angewiesen, um ihre Aufgaben zu erfüllen. Beispielsweise hilft sie beim Aufnehmen und Platzieren verschiedener Objekte, beim Umgang mit mehreren Objekten, die in unterschiedlichen Ausrichtungen am Arbeitsplatz eintreffen, oder beim schnellen Wechsel zwischen verschiedenen Objekten.
Daher ist es offensichtlich, dass der Global-Shutter-Sensor überlegen ist, da er die Bilder in einem einzigen Moment aufnimmt. Im Gegensatz zum Rolling-Shutter-Sensor, bei dem ein Scannen oder Rollen erforderlich ist, treten keine Unschärfen, Verzerrungen oder räumliche Unschärfen in den aufgenommenen Bildern auf.
Es ist außerdem wichtig zu beachten, dass Sensoren mit Global Shutter ein größeres Bildformat aufweisen, was komplexere Schaltungen erfordert. Dadurch steigen die Gesamtkosten der Kameras. Der Global Shutter verbessert jedoch das Bildverarbeitungssystem von Robotern durch höhere Bildraten, Auflösungen usw.
Einflussfaktoren von Global-Shutter-Kameras in der Robotervision
Betrachten wir einige der Faktoren, die Einfluss nehmen.Global-Shutter-Kameraszur Verbesserung robotischer Bildverarbeitungssysteme.
• Höhere Bildraten – Kameras mit Global Shutter erfassen Bilder mit einer hohen Bildrate. Dies minimiert Verzerrungen zwischen den Einzelbildern und reduziert Bewegungsunschärfe bei der Aufnahme von sich schnell bewegenden Objekten. Zudem lassen sich Details der Szene klar und deutlich erfassen.
• Höhere Auflösung – Global-Shutter-Kameras bieten ein großes Sichtfeld (FOV) und kleine Pixel. Dies trägt zu einer hohen Bildauflösung bei.
• Erhöhte Effizienz – Global-Shutter-Kameras erfassen präzise Informationen von sich bewegenden Objekten in hoher Geschwindigkeit. Sie ermöglichen schnellere und effizientere Produktionsabläufe.
• Reduzierter Stromverbrauch – Global-Shutter-Kameras eliminieren Bewegungsartefakte und Unschärfen. Sie bieten eine hohe Quanteneffizienz und eine exzellente Nahinfrarot-Empfindlichkeit (NIR), was den Stromverbrauch senkt und die Akkulaufzeit verlängert.
Anwendung von Global-Shutter-Kameras in der Robotervision
Die Implementierung von Global Shutter in Kameras mag zwar Zeit in Anspruch nehmen, ermöglicht aber eine höhere Auflösung bei gleichzeitig hohen Bildraten. Global Shutter eignen sich ideal für Anwendungen, bei denen ein etwas höheres Ausleserauschen die Genauigkeit oder Zuverlässigkeit der Bildgebung nicht beeinträchtigt, da die gleichzeitige Belichtung und Auslesung keine Bildverzerrungen bei der Aufnahme schnell bewegter Objekte verursacht.
Die hohen Bildraten, die Auflösung und die Leistungsfähigkeit von Global-Shutter-Sensoren machen sie ideal für Anwendungen wie High-End-Bildverarbeitung, Luftbildaufnahmen, Industrieautomation, Lagerroboter und vieles mehr. Sehen wir uns die wichtigsten Anwendungsbereiche von Global-Shutter-Kameras in der Robotervision an.
• Luftbildaufnahmen – Der Einsatz eines Rolling-Shutter-Sensors bei Drohnen führt zu Bildverzerrungen. Dies geschieht, weil sich die Position des Verschlusses während der Belichtungszeit verschiebt. Diese Verzerrung beeinträchtigt die Genauigkeit. Beim Global Shutter hingegen starten und stoppen alle Pixel gleichzeitig die Belichtung, wodurch dieses Problem vollständig behoben wird. So ist die Drohne in ihrer Geschwindigkeit und ihren Bewegungen weniger eingeschränkt und liefert dennoch verzerrungsfreie Bilder.
• Hochwertige Bildverarbeitung – Der Einsatz von CMOS-Global-Shutter-Lösungen ist ideal für anspruchsvolle Anwendungen in der Bildverarbeitung. Zu den Wettbewerbsvorteilen zählen die hohe Auflösung, der Global Shutter und die hohen Bildraten. Dank der hohen Auflösung von Global-Shutter-Kameras lässt sich entweder der gesamte Inspektionsbereich vergrößern oder es können mehr Details sichtbar gemacht werden. Im Vergleich zu anderen Sensoren bietet der Global Shutter eine bis zu 12-fache Vergrößerung des Bereichs oder der Details!
• Lagerroboter – Der Global-Shutter-Sensor ermöglicht das präzise Einlesen von Barcodes. Er vereinfacht und optimiert die Objekterkennung. Dank 3D-Volumenmessungen erfassen die Roboter schnell und präzise Bilder von sich schnell bewegenden oder weit entfernten Objekten – und das bei minimalem Stromverbrauch und ohne Bewegungsunschärfe.
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Veröffentlichungsdatum: 20. November 2022
