Журнал "Системы Безопасности" № 6‘2018

Ч тобы избежать проблем при переходе с тех- нологии ПЗС на КМОП, необходимо подо- брать подходящий КМОП-сенсор. Поговорим о том, что необходимо учитывать при замене камеры с ПЗС-сенсором низкого разрешения (Sony ICX445, ICX414, ICX618 и др.) на камеру с КМОП-сенсором низкого разрешения (Sony IMX273, IMX287 и др.). В чем именно разница между ПЗC- и КМОП-сенсорами? Роль светочувствительного сенсора заключается в захвате света и его преобразовании в электри- ческий сигнал. Технология ПЗС (прибор с заря- довой связью) была впервые представлена на рынке в начале 1970-х гг. Она основана на прин- ципе накопления заряда в светочувствительных конденсаторах "металл – оксид – полупровод- ник" (МОП). Каждый конденсатор подключен к схеме управления, которая отвечает за передачу аккумулированного заряда на усилитель, где он создает выходное напряжение. Этот аналоговый сигнал затем преобразуется в цифровой. Все собранные данные представляют собой необра- ботанные видеоданные, которые передаются сенсором без дополнительной обработки. В сенсоре с технологией КМОП (комплементар- ная структура "металл – оксид – полупровод- ник") каждый светочувствительный элемент оснащен собственным электрометрическим уси- лителем. Благодаря этому достигается суще- ственно более высокая скорость передачи дан- ных от сенсора, что означает более высокую ско- рость съемки камеры. Однако ввиду сокращения светочувствительной площади для размещения электронных компонентов первые КМОП-сенсо- ры характеризовались гораздо меньшей чув- ствительностью. С использованием наборов микролинз сегодня эта проблема устранена. В целом КМОП-сенсоры отличаются большей емкостью насыщения, обеспечивая более широкий динамический диапазон по сравне- нию с аналогичными ПЗC-сенсорами. Европей- ская ассоциация машинного зрения (EMVA) разработала международный стандарт для сравнения производительности цифровых камер EMVA1288. Сенсоры IMX273 и IMX287 превосходят свои ПЗC-аналоги, например ICX445, ICX414 или ICX618, особенно в отно- шении шумовых характеристик. Когда и почему следует задуматься о переходе? Чтобы обеспечить готовность к долгосрочной эксплуатации и достаточный уровень поддерж- ки, интеграторам камер рекомендуется выби- рать продукты с сенсорами на основе техноло- гии КМОП. Даже если существующая модель сенсора еще не снята с производства, следует задуматься о переходе с технологии ПЗC на КМОП при ответе "да" по крайней мере на один из следующих вопросов: 1. Необходимо повысить производительность системы за счет увеличения скорости съемки? 2. Нужно получать изображения более высоко- го качества даже в условиях недостаточной освещенности? 3. Возникают артефакты изображения, напри- мер видимые границы, вуаль или размытие? 4. Следует сократить затраты на систему машинного зрения? 5. Сенсоры с используемой технологией уже сняты или вскоре будут сняты с производства? Перейти на технологию КМОП можно в любой момент. Чем раньше это будет сдела- но, тем быстрее будут достигнуты повыше- ние производительности и экономия затрат на камеру. Какие факторы необходимо учитывать при смене технологии? Чтобы упростить переход, следует выбирать КМОП-сенсор, оптический формат которого аналогичен формату установленного в камеру ПЗC-сенсора. В зависимости от назначения системы потребуется внести самые минималь- ные модификации в ее архитектуру. Напри- мер, в этом случае можно будет оставить тот же объектив. Помимо оптического формата сенсора необходимо определить, соответ- ствуют ли размеры пикселя и точное положе- ние пикселей стоящим перед системой зада- чам и целям обработки изображений. К сожа- лению, не для всех ПЗC-сенсоров можно подобрать равноценную альтернативу (напри- мер, ICX618). В такой ситуации, возможно, производитель камеры сможет помочь найти решение. Процесс перехода еще больше упрощается в том случае, если оставить стандартный интер- фейс передачи данных, к примеру Gigabit Ether- net или USB 3.0. Выбор подходящего интерфей- са зависит от многих параметров, в том числе от следующих: l требуемая длина кабеля; l требуемая пропускная способность/частота кадров; l количество камер в системе; l необходимость подключения Plug and Play. Если система уже оснащена интерфейсом GigE или USB 3.0, не требуется ничего менять. В слу- чае же, когда существующая камера имеет уста- ревший интерфейс, такой как FireWire (IEEE 1394), следует всерьез подумать о пере- ходе на новый. По сути, переход на интерфейс GigE приведет к значительному снижению затрат на систему и позволит использовать кабели большей длины – до 100 м. Как интегрировать современную КМОП-камеру в систему? Процесс интеграции КМОП-камеры на замену камере с ПЗC-сенсором не настолько сложный, как можно подумать, в особенности если используется стандартное аппаратное и про- граммное обеспечение. Производители камер берут на себя решение всех задач, связанных с интеграцией сенсора, включая оптимизацию качества изображения. Потребуется выполнить только следующие действия: 1. Рассчитать необходимое разрешение каме- ры. Оно зависит от того, настолько мелкие дета- ли должны быть различимы на изображении. 2. Выбрать подходящий интерфейс камеры. Его определяют такие факторы, как длина кабеля, пропускная способность, необходимая скорость съемки (частота кадров) и требование к работе в режиме реального времени, а также характе- ристики аппаратного обеспечения ПК. 3. Выбрать объектив и источник света. Если избежать смены формата сенсора невозможно, потребуется подобрать новый объектив с соот- ветствующим полем изображения. Во многих случаях осветительную установку можно оста- вить без изменений либо, если светочувстви- тельность нового сенсора и прежнего ПЗC-сен- сора сопоставима, потребуется внести лишь незначительные коррективы в параметры (про- граммное обеспечение). 4. Интегрировать камеру в систему с точки зре- ния ПО и средств управления. Это шаг не дол- жен вызвать сложностей, если камеры отвечают распространенным стандартам, например GenI- Cam, или оснащены интерфейсом в соответ- ствии с USB3 Vision или GigE Vision. В заключение можно отметить, что переход с ПЗС- сенсоров низкого разрешения на КМОП-сенсоры низкого разрешения, такие как Sony IMX273 или IMX287, является сравнительно простой задачей и будет способствовать повышению производи- тельности системы машинного зрения, а также обеспечит значительное сокращение затрат и готовность к долгосрочной эксплуатации. n www.secuteck.ru декабрь 2018 – январь 2019 МАШИННОЕ ЗРЕНИЕ В И Д Е О Н А Б Л Ю Д Е Н И Е 97 Ваше мнение и вопросы по статье направляйте на ss @groteck.ru Майкл Райек Менеджер по продукту компании Basler AG Переход от сенсоров ПЗС на технологию КМОП В начале 2015 г. корпорация Sony, крупнейший в мире поставщик ПЗС-сенсоров, объ- явила о прекращении производства всех выпускаемых сенсоров на базе этой тех- нологии. В результате перед пользователями ПЗC-камер встала задача поиска каме- ры на замену