Как работают роботизированные камеры в условиях низкой освещенности в промышленных условиях?

В современной промышленной автоматизации от роботов ожидается надежная круглосуточная работа. От складских автономных мобильных роботов и автоматизированных транспортных средств до промышленных инспекционных роботов и автономных уборочных машин — многие роботизированные системы должны продолжать работать в условиях, далеких от идеальных, например, при освещении.

Тусклые проходы на складах, плохо освещенные углы заводских помещений, зоны ночного досмотра и изменение освещения внутри и снаружи помещений — все это может влиять на работу камеры.

При снижении уровня освещенности камеры роботов могут давать более темные изображения, терять мелкие детали или испытывать трудности с точным определением находящихся поблизости объектов. Эти проблемы могут повлиять на навигацию, обнаружение препятствий и визуальный осмотр.

Итак, как же это можно сделать? роботизированные системы машинного зрения Как обеспечить надежное получение изображений в условиях низкой освещенности в промышленных условиях? Ответ зависит от нескольких факторов, включая диафрагму объектива, характеристики датчика изображения, настройки экспозиции и оптическую схему.

1. Почему съемка в условиях низкой освещенности представляет собой проблему для промышленных роботов?

В отличие от стационарных камер видеонаблюдения, роботизированным камерам часто необходимо получать изображения во время движения робота или его взаимодействия с окружающей средой.

В условиях низкой освещенности недостаточное количество света, достигающего датчика изображения, может создавать ряд проблем с получением изображения:

• Темные и недоэкспонированные изображения

При недостаточном освещении изображения могут выглядеть слишком темными, что затрудняет для алгоритмов компьютерного зрения различение объектов, краев и особенностей окружающей среды.

• Повышенный уровень шума изображения

В системах видеонаблюдения могут увеличиваться электронные коэффициенты усиления для компенсации недостатка света. Однако чрезмерное усиление может усиливать нежелательный шум изображения, снижая четкость изображения и влияя на распознавание объектов.

• Размытие изображения при движении робота

Более длительная выдержка позволяет большему количеству света достигать датчика, но она также может вызывать размытие изображения при движении робота или окружающих объектов.

• Сниженная надежность визуального распознавания

Низкое качество изображения может затруднить роботизированным системам идентификацию препятствий, распознавание объектов и поддержание согласованности визуальной информации во время работы.

Для роботов, непрерывно работающих на складах, заводах и в условиях открытого воздуха, эти проблемы делают съемку в условиях низкой освещенности важным фактором при разработке камер и объективов.

2. Как объектив с большой диафрагмой улучшает качество съемки в условиях низкой освещенности?

Одним из важнейших оптических факторов, влияющих на съемку в условиях низкой освещенности, является диафрагма объектива.

Диафрагма определяет, сколько света может пройти через объектив и достичь датчика изображения. Обычно она выражается в виде числа F, например, F1.6, F2.0 или F2.8.

Меньшее значение диафрагмы (F-число) обычно указывает на большую апертуру и более высокую светосилу.

Например:

• Диафрагма F1.6: Позволяет пропускать больше света в оптическую систему, что делает ее подходящей для применений с ограниченным освещением.

• Диафрагма F2.0: Обеспечивает полезный баланс между светоизлучением и глубиной резкости для многих задач роботизированного машинного зрения.

• Диафрагма F2.8: Пропускает меньше света по сравнению с диафрагмами F1.6 или F2.0, что потенциально может потребовать более длительной выдержки или большего усиления в условиях недостаточного освещения.

При одинаковых условиях объектив с диафрагмой F1.6 имеет большую апертуру, чем объектив с диафрагмой F2.0, и теоретически может пропускать примерно на 56% больше света, при условии сопоставимой оптической пропускаемости.

Для мобильных роботов этот дополнительный свет может помочь камере добиться достаточной экспозиции при более коротком времени выдержки или меньшем усилении.

Это особенно ценно при съемке движущихся объектов или наблюдении за окружающей обстановкой во время движения робота.

Однако большая диафрагма не всегда является оптимальным выбором для любого применения. Необходимо также учитывать оптическую резкость, глубину резкости, совместимость с сенсором и фактические условия освещения.

3. Почему одной диафрагмы недостаточно

Хотя большая диафрагма способствует увеличению светопропускания, общая эффективность съемки в условиях низкой освещенности зависит от всей системы камер.

Размер датчика изображения и производительность пикселей

Датчик изображения преобразует поступающий свет в электрические сигналы. Размер датчика, размер пикселя и светочувствительность — все это влияет на эффективность работы камеры в условиях низкой освещенности.

Для получения четких изображений крайне важно правильно подобрать сочетание объектива и датчика изображения.

Время экспозиции и частота кадров

Увеличение выдержки может повысить яркость изображения, но при этом может привести к размытию из-за движения.

Для автономных мобильных роботов (AMR), автоматизированных транспортных средств (AGV) и мобильных инспекционных роботов необходимо оптимизировать параметры экспозиции в соответствии со скоростью движения и требованиями к получению изображений.

Усиление и шум изображения

Увеличение коэффициента усиления сенсора может осветлить изображение, но чрезмерное усиление может снизить качество изображения.

Правильно подобранные линза и датчик могут помочь системе формирования изображения собрать достаточно света, не слишком полагаясь на электронное усиление.

Оптическая передача и качество изображения

Качество объектива определяется не только диафрагмой. На качество конечного изображения также влияют оптическая пропускаемость, покрытие линз, оптические аберрации и резкость изображения.

Следовательно, для обеспечения зрения роботов в условиях низкой освещенности необходим скоординированный подход к оптической конструкции и конфигурации камеры.

4. В каких областях применения робототехники особенно полезны объективы с большой апертурой?

Различные роботизированные приложения предъявляют разные требования к освещению. Оптические системы с большой апертурой могут быть особенно полезны в следующих условиях.

Автономные мобильные роботы (AMR) и автоматизированные транспортные средства (AGV) для складов

Автономные мобильные роботы часто перемещаются по складским проходам, зонам хранения и погрузки, где освещение может меняться в течение дня.

Объективы с большой диафрагмой могут помочь улучшить качество изображения в условиях слабого освещения, способствуя обнаружению препятствий и восприятию окружающей среды.

Роботы для промышленной инспекции

Роботам-инспекторам может потребоваться собирать визуальную информацию внутри помещений с оборудованием, производственных цехов или частично закрытых промышленных зон.

Надежный световой поток помогает поддерживать видимость изображения при ограниченном окружающем освещении.

Роботы для коммерческой уборки

Коммерческие роботы-уборщики часто работают в больших зданиях, коридорах, на парковках и в других местах с неравномерным освещением.

Подходящая линза с большой апертурой может помочь их системам зрения улавливать информацию об окружающей среде в условиях изменяющегося освещения.

Роботы для наружной инспекции и обеспечения безопасности

Роботы, предназначенные для работы на открытом воздухе, могут работать рано утром, вечером или ночью.

В таких приложениях следует оценивать диафрагму объектива вместе с чувствительностью сенсора, управлением экспозицией и, при необходимости, дополнительным освещением.

5. Что следует учитывать производителям при выборе объектива для роботов, работающих в условиях низкой освещенности?

Для разработчиков робототехники и производителей модулей камер выбор подходящего объектива для съемки в условиях низкой освещенности требует большего, чем просто сравнение значений диафрагмы.

В процессе оптической интеграции следует учитывать несколько факторов:

• Диафрагма: При необходимости увеличения светопоглощения следует рассмотреть конструкции с диафрагмой F1.6 или F2.0.

• Совместимость датчиков: Подберите объектив в соответствии с размером и разрешением датчика изображения.

• Оптическая резкость: Обеспечьте достаточную детализацию изображения по всему требуемому полю зрения.

• Поле зрения: Выберите подходящий диапазон обзора для задач навигации или осмотра, выполняемых роботом.

• Глубина резкости: Учитывайте рабочее расстояние и диапазон объектов, которые должны оставаться в фокусе.

• Механическая интеграция: Проверьте размеры объектива, TTL, интерфейсы крепления и место для установки.

В приложениях, связанных с обнаружением препятствий в ближнем поле или объектов на разных расстояниях, глубина резкости заслуживает особого внимания. Очень большая апертура может уменьшить диапазон расстояний, на которых изображение остается достаточно резким.

Поэтому крайне важно протестировать всю систему камеры и объектива в реальных условиях эксплуатации.

6. Wintop Optics: решения в области оптических линз для роботизированного зрения

В Оптика WintopМы понимаем, что надежное роботизированное зрение начинается с подходящих оптических компонентов.

Обладая 20-летним опытом разработки и производства оптических линз, мы предлагаем решения в области линз для различных роботизированных систем, включая автономных мобильных роботов (AMR), автоматизированные транспортные средства (AGV), промышленных инспекционных роботов, роботов для коммерческой уборки и автономных мобильных систем.

Наш роботизированные линзовые решения удовлетворять различным оптическим требованиям, в том числе:

• Конструкции с большой апертурой F1.6 и F2.0 обеспечивают улучшенное поглощение света.

• Широкоугольные и «рыбий глаз» оптические конструкции для восприятия окружающей среды.

• Совместимость с системами машинного зрения роботов с возможностью получения изображений высокого разрешения.

• Контролируемое искажение для различных требований к обработке изображений.

• Компактные оптические структуры для интеграции камер в условиях ограниченного пространства.

• Разработка линз по индивидуальному заказу с учетом конкретных требований к применению.

Независимо от того, разрабатываете ли вы робота для навигации на складе, систему промышленного контроля или автономную уборочную машину, выбор правильной оптической линзы может помочь повысить стабильность и надежность вашей системы машинного зрения.

Ищете объектив с большой диафрагмой для своего проекта по роботизированному машинному зрению?

Обратитесь в компанию Wintop Optics, чтобы обсудить ваши потребности в области визуализации и подобрать подходящие оптические линзы для ваших роботизированных систем нового поколения.

Часто задаваемые вопросы

В1: Какая диафрагма оптимальна для камер роботов, работающих в условиях низкой освещенности?

Объективы с диафрагмой F1.6 и F2.0 являются распространенными вариантами для роботизированных систем машинного зрения, требующих улучшенного светопропускания. Идеальная диафрагма зависит от окружающего освещения, характеристик датчика, рабочего расстояния и требований к глубине резкости.

В2: Объектив с диафрагмой F1.6 лучше, чем объектив с диафрагмой F2.0, для съемки в условиях низкой освещенности?

В целом, да. Объектив с диафрагмой F1.6 имеет большую диафрагму и теоретически может пропускать примерно на 56% больше света, чем объектив с диафрагмой F2.0 в сопоставимых условиях. Однако общее качество изображения также зависит от оптической пропускаемости, чувствительности сенсора и настроек экспозиции.

Вопрос 3: Может ли объектив с большой диафрагмой уменьшить размытие изображения при движении мобильных роботов?

Большая диафрагма позволяет большему количеству света достигать сенсора, что потенциально обеспечивает более короткие выдержки. Это может помочь уменьшить размытие изображения при движении роботов или окружающих объектов.

Вопрос 4: Почему камеры роботов выдают шумные изображения в темных условиях?

При недостаточном освещении системы камер могут увеличивать электронное усиление для осветления изображений. Чрезмерное усиление может усиливать шум изображения, снижая четкость картинки и влияя на распознавание объектов.

В5: Предоставляет ли компания Wintop Optics линзы с большой апертурой для роботизированных систем зрения?

Да. Компания Wintop Optics разрабатывает и производит оптические линзы для роботизированных систем машинного зрения, включая конструкции с большой апертурой F1.6 и F2.0. Также могут быть обсуждены индивидуальные оптические решения, учитывающие конкретные требования к датчику, полю зрения и механической интеграции.