超広角レンズ搭載グローバルシャッターカメラ
ロボットビジョンシステムにおいて、センサーはカメラの中核を成す部分です。一般的に、センサーには電荷結合素子（CCD）と相補型金属酸化膜半導体（CMOS）の2種類があります。速度に関しては、CMOS対応センサーが優れています。グローバルシャッターカメラCCDよりも100倍も速く読み出すことができる！
これらのセンサーにはそれぞれ、ローリングシャッター式とグローバルシャッター式の2種類があります。そこで、「ビジョンシステムにおけるローリングシャッター式とグローバルシャッター式イメージセンサーの違いは何ですか？」や「ロボットビジョンシステムにはどちらが適していますか？」といった疑問が生じます。
結論を急ぐ前に、まずはローリングシャッター式とグローバルシャッター式イメージセンサーの違いについて詳しく見ていきましょう。
ローリングシャッターとグローバルシャッターイメージセンサーの違い
ローリングシャッター：ローリングシャッターを備えたイメージセンサーは、読み出し波がセンサーを通過する際に、アレイの異なるラインを異なるタイミングで露光します。
グローバルシャッター：グローバルシャッターを備えたイメージセンサーでは、露光中にすべての画素が電荷を蓄積します。露光の開始と終了は同時に行われます。露光時間の終了時に、蓄積された電荷が同時に読み出されます。
ロボットビジョンに最適なのは、ローリングシャッターかグローバルシャッターか？
最新のロボット技術の多くは、作業を行う上で画像認識技術に依存しています。例えば、画像認識技術は、様々な物体のピックアップと配置、作業現場に異なる向きで到着する複数の物体の処理、あるいは物体を切り替える際の迅速な切り替えなどに役立ちます。
したがって、グローバルシャッターセンサーは一瞬の画像を捉えるため、優れていることは明らかです。ローリングシャッターのように画像を撮影する際に、回転や走査を行う必要はありません。そのため、グローバルシャッターセンサーでは、撮影画像にブレ、歪み、空間的な歪みが生じる余地がありません。
また、グローバルシャッター搭載センサーは画像フォーマットが大きくなるため、回路設計が複雑になることも重要です。そのため、カメラ全体のコストが上昇します。しかし、グローバルシャッターはフレームレートや解像度などを向上させることで、ロボットのビジョンシステムを改善します。
ロボットビジョンにおけるグローバルシャッターカメラの影響力要因
影響を与える要因をいくつか見てみましょうグローバルシャッターカメラロボットの視覚システムを強化するため。
・高フレームレート – グローバルシャッターカメラは高フレームレートで画像を撮影するため、フレーム間の歪みを最小限に抑え、動きの速い被写体を撮影する際のモーションブラーを軽減します。また、シーンの鮮明なディテールを容易に抽出できます。
・高解像度 – グローバルシャッターカメラは、広い視野角（FOV）と小さなピクセルを備えています。これにより、高解像度の画像を維持することができます。
・効率性の向上 – グローバルシャッターカメラは、高速で移動する被写体の正確な情報を捉えます。これにより、生産ラインの速度が向上し、効率性も高まります。
・消費電力の削減 – グローバルシャッターカメラは、動きによるアーティファクトやブレの問題を解消します。高い量子効率と優れた近赤外線（NIR）感度により、消費電力を削減し、バッテリー寿命を延ばします。
ロボットビジョンにおけるグローバルシャッターカメラの応用
カメラへのグローバルシャッターの実装には時間がかかるかもしれないが、高速フレームレートで高解像度を実現できる。グローバルシャッターは、読み出しノイズが多少高くても画像の精度や信頼性に影響しない用途に最適である。なぜなら、同時露光と読み出しによって、高速で動く被写体を撮影する際に画像の歪みが生じないからである。
グローバルシャッターセンサーは、高いフレームレート、解像度、そして優れた性能を備えているため、ハイエンドのマシンビジョン、航空宇宙用途、産業オートメーション、倉庫ロボットなど、様々な用途に最適です。ここでは、ロボットビジョンにおけるグローバルシャッターカメラの主な用途を見ていきましょう。
・空撮 – ドローンにローリングシャッターセンサーを使用すると、画像に歪みが生じます。これは、画像を撮影する際に、露光時間中にシャッターの位置が移動するためです。この歪みは、画像の精度に影響を与えます。一方、グローバルシャッターでは、すべてのピクセルが同時に露光を開始および停止するため、この問題は完全に解決されます。そのため、ドローンは速度や動きの制限が少なくなり、歪みのない画像を生成できます。
・ハイエンドマシンビジョン – CMOSグローバルシャッターソリューションを活用することは、ハイエンドマシンビジョンアプリケーションに最適です。高解像度、グローバルシャッター、高速フレームレートなど、多くの優れた特長を備えています。グローバルシャッターカメラの高解像度機能により、検査領域全体を拡大したり、より詳細な部分を選択したりすることが可能になります。他のセンサーと比較して、グローバルシャッターは領域または詳細度において最大12倍のゲインを実現します。
・倉庫ロボット – グローバルシャッターセンサーにより、バーコードの読み取り精度が向上します。これにより、物体の検出が簡単かつ正確になります。3Dボリューム測定機能により、高速で移動する物体や遠くにある物体の画像を、消費電力を最小限に抑えながら、モーションブラーをゼロに抑えつつ、迅速に高精度で撮影できます。
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投稿日時：2022年11月20日
