Журнал "Системы Безопасности" № 1‘2019

Иван Емельянов Руководитель проекта НПК "Фотоника" Н а рынке видеонаблюдения происходят эво- люционные изменения, которые в ближай- шей 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, обеспечиваю- щих определенный выходной сигнал. Модели конечных продуктов могут очень сильно отли- чаться. Использование сенсоров с одинаковыми характеристиками в разных изделиях не гаран- тирует одинаковое качество картинки. Компонентная база Лидеры рынка используют компоненты только проверенных производителей, которые не поз- воляют себе экспериментировать без проведе- ния испытательных тестов. Наличие тестовых лабораторий позволяет гарантировать стабиль- ность работы камеры. С точки зрения подгонки деталей японские производители все еще не имеют конкурентов. Системная оптимизация Для качества конечного продукта важна систем- ная оптимизация: большое количество исследо- ваний, тестов делает интеграцию камер в теку- щие системы легкой, доступной и минимально затратной по времени. При использовании рас- пространенного ПО в большинстве случаев про- блем 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: l доступная по цене и по времени интеграция в существующие системы; l приемлемая скорость передачи данных – 1 Гбит/с; l легкая эксплуатация: все данные передаются по Ethernet, который присутствует практиче- ски в любом компьютере, и нет необходимо- сти 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, напри- мер для научных исследований, в астрономии и медицине, где требуется высокая кадровая частота при сохранении разрешения. USB-решения – самые простые и ранее в машин- ном зрении не применялись, но сегодня стандарт USB пользуется огромной популярностью, и с его помощью можно эффективно решать многие задачи. Среди его несомненных плюсов – про- стейшее подключение, отсутствие необходимо- сти 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 усту- пая. 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 иде- альное 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 инте- реса относительно всей площади сенсора. К при- меру, при научном исследовании процесс идет непосредственно в центре сенсора и нужно полу- чить картинку только этой области, при этом у сен- сора есть определенные ограничения по кадровой частоте. За счет функции MultiRoy можно ограни- чить площадь захвата изображения, выбрав ее предварительно, и на выходе получить сигнал из выделенной области. Это позволит значительно сократить выходной битрейт видеопотока и повы- сить характеристики чувствительности сенсора. Другими словами, сейчас можно гораздо эффек- тивнее решать задачи, которые раньше решались только использованием крупных сенсоров. Биннинг Это способность сенсора изменять выходное раз- решение и выходной поток. Если нужно изменить характеристики сенсора для получения более высоких показателей, можно объединять пиксе- ли 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 высо- кое разрешение, можно им пожертвовать и полу- чить 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 зада- вать определенные шаблоны для управления экспозицией, усилением и затвором. Если стоит задача, которая предполагает определенную периодичность съемки с измененными парамет- рами экспозиции и значениями усиления, в про- граммном обеспечении камеры можно зало- жить шаблон, по которому камера будет в опре- деленный момент времени осуществлять сраба- тывание затвора с конкретным значением экс- позиции и частотой. Эта функция активно при- меняется при изготовлении машин 3D-контро- ля, когда требуется обеспечить достаточно про- должительное шаблонирование при анализе трехмерной поверхности исследуемого объекта. Протокол точного времени В машинном зрении основополагающим фак- тором успеха является синхронизация всех про- цессов. 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 техно- логии заслуживают внимания и являются рав- ными конкурентами. Не так давно КМОП-тех- нология считалась дешевой и даже отсталой, но теперь политика многих компаний в мире сви- детельствует о том, что КМОП-версия пол- ностью догнала ПЗС и даже перегнала ее. Все последующие камеры машинного зрения и дру- гих задач будут выпускаться на КМОП-сенсо- рах, которые позволяют обеспечить все задан- ные характеристики. Максимально высокие требования предъ- являются к аэрофотосъемочной аппаратуре, где даже камеры с разрешением 150–200 Мпкс выпускаются на КМОП-сенсорах. А это в оче- редной раз доказывает, что время ПЗС прошло, освободив место для более современных и эффективных технологий. n февраль – март 2019 www.secuteck.ru МАШИННОЕ ЗРЕНИЕ В И Д Е О Н А Б Л Ю Д Е Н И Е 104 Ваше мнение и вопросы по статье направляйте на ss @groteck.ru 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 предпола- гают, что все камеры одинаковые, так как в них используются одни и те же сенсоры. Как обстоят дела на самом деле? Какие отличительные особенности сенсоров поз- воляют на выходе получать разные продукты?