A látható hullámhosszon túli képalkotási technikák javítják a gépi látási alkalmazásokat.

Míg a multispektrális és hiperspektrális kamerákat számos alkalmazásban és iparágban alkalmazzák, az egyik terület, amelyet e technológiák megjelenése javított, az ipari ellenőrzés. Az élelmiszerek és italok minőségellenőrzése, a gyógyszeripari termékek ellenőrzése és válogatása, a színellenőrzés és a folyamatfelügyelet csak néhány példa arra, hogy a nem látható képalkotó komponensek milyen szerepet játszanak napjainkban a gépi látórendszerekben.

1. ábra: A prizmatechnológián alapuló Sweep + és Fusion multispektrális kamerák egyetlen optikai úton keresztül egyidejűleg különböző fényspektrumok képeit nyújtják.

A JAI (San Jose, CA, USA, www.jai.com) több multispektrális kamerát (1. ábra) kínál a prizmatechnológián alapuló, szűrőkerekek és egyéb mozgó alkatrészek nélküli, egyetlen optikai útvonalon történő egyidejű felvételkészítésre. A térfigyelő kamerák felhasználói számára a JAI három multispektrális kamerát kínál a Fusion sorozatban. Ezek a 2-CCD érzékelős modellek csak a felbontásban és az adatinterfészekben különböznek egymástól: AD-080CL (0,8 MPixel, Camera Link interfész, 30 fps), AD-080GE (0,8 MPixel, GigE Vision interfész, 30 fps) és AD-130GE (1,3 MPixel, GigE Vision interfész, 31 fps).) Mindegyik kamera ugyanazon a multispektrális szemponton alapul, miszerint egy Bayer CCD egy csatornán látható színes képeket (400-700 nm), egy monokróm érzékelő pedig egy második csatornán közeli infravörös adatokat (750-900+ nm) rögzít.

A vonalkamerák felhasználói számára a JAI három multispektrális kamerát kínál a Sweep+ sorozatban. Ezek a prizmaalapú, négyvonalas kamerák külön csatornákat biztosítanak az R, G, B és NIR adatokhoz. Az SW-2001Q-CL egy 4 x 2048 CCD pixeles tömbön alapul, és Camera Link interfésszel rendelkezik 19 kHz-es vonalfrekvenciával, míg az LQ-401CL – szintén Camera Link interfésszel – egy 4 x 4096 CMOS tömböt használ 18 kHz-es vonalfrekvenciával. A 10GigE interfésszel rendelkező SW-4000Q-10GE 4 x 4096 CMOS-mezőt használ 72 kHz-es vonalfrekvenciával.

Hoz kapcsolódóan:

Végezetül a vállalat a Wave sorozatában egy multispektrális vonalkeresési lehetőséget is kínál a WA-1000D-CL modellel, amely két, prizmára szerelt InGaAs sorszenzorral rendelkezik (2 x 1024 pixel, Camera Link interfész, 39 kHz-es vonalfrekvencia). Az egyik csatorna a felső NIR spektrumot és az alsó SWIR sávot (900 és 1400 nm között) fedi le, míg a második csatorna a SWIR sáv felső részére esik, 1400 és 1700 nm között.3. ábra: A hűtött InSb detektoron alapuló FX50 hiperspektrális képalkotó kamera alkalmazható a fekete műanyag válogatásában és a fémfelületeken lévő szennyeződések kimutatásában.

“A különböző keskeny sávú fényforrások NIR és SWIR tartományban történő felhasználásával, valamint képfúziós technikákkal ez a kamera a nehezen megkülönböztethető anyagok felismerésére és válogatására használható, különösen olyan alkalmazásokban, mint az élelmiszerellenőrzés és a műanyag újrahasznosítás” – mondta Rich Dickerson, a JAI marketingkommunikációs vezetője.

A Salvo Technologies (Korábban PIXELTEQ; Seminole, FL, USA; www.opticalfiltershop.com) szintén multispektrális kamerákat fejleszt a szűrők gyártásával és a mikromintás szűrők aktív igazítási rendszeren keresztül történő közvetlen képérzékelőkhöz való rögzítésével, és multispektrális és polarimetrikus képalkotók sorát kínálja. A SpectroCam sorozatú kamerák, amelyek ultraibolya, VIS és SWIR változatban kaphatók, egy folyamatosan forgó szűrőkeréken alapulnak, amely hat-nyolc cserélhető optikai szűrőből áll. Az UV és VIS változatok – amelyek 200 és 900 nm, illetve 400 és 1000 nm közötti tartományt fednek le – CCD képérzékelőkön alapulnak, míg a SWIR változatok InGaAs érzékelőket használnak.

A PixelCam multispektrális kamerák háromtól kilenc spektrális sávig terjedő multispektrális képalkotási képességet biztosítanak, akár 30 fps sebességgel. A vállalat szerint mindhárom modell CCD-érzékelőkön (4 vagy 8 MPixel) alapul, a fókuszsíkbeli tömbbe ostyaszinten integrált egyedi dichroikus szűrőtömbökkel, amelyek nagy kontrasztú spektrális információt nyernek ki meghatározott látható és infravörös hullámhosszakon. Ezek a kamerák a 400 és 1000 nm közötti tartományban érzékenyek, és GigE vagy CoaXPress változatban kaphatók, akár 15 fps képkockasebességgel.

A Spectral Devices (London, ON, Kanada; www.spectraldevices.com) kétféle multispektrális kamerát kínál: pillanatképes és vonalkapcsolt kamerákat. A vállalat vonalkapcsolt kamerái az ams (Premstaetten, Ausztria; www.ams.com) 2 MPixeles CMV2000 globális záras CMOS képérzékelőjén alapulnak, és három standard négysávos kamerát, valamint egyedi kameramodelleket kínálnak 2-től 16 különböző sávig. Ezek a kamerák olyan alkalmazásokat céloznak meg, mint az élelmiszer-minőségbiztosítás és -ellenőrzés, valamint az ostyaellenőrzés.4. ábra: A 400 és 1000 nm közötti spektrális tartományával a Pika L hiperspektrális kamera mindössze 3,9 x 4,9 x 2,2 hüvelyk méretű, és gépi látási és távérzékelési alkalmazásokat céloz.

A pillanatképes kamerák a szintén az ams által kifejlesztett 4 MPixeles CMV4000 CMOS képérzékelőn alapulnak, és egy jelenet egyidejű rögzítésére szolgálnak több sávban. A hat szabványos modellben – valamint egyedi modellekben – kínált kamerák 2-től 16 sávig terjedő sávban rögzítenek, akár 94 kép/mp sebességgel, teljes képkockasebesség mellett. Ezek a multispektrális kamerák a vállalat szerint olyan alkalmazásokban használhatók, mint a robotika, az élelmiszer-feldolgozás és a színmérés.

Related: A légi képalkotás segíti a precíziós mezőgazdaságot

A szenzorok oldalán az imec (Leuven, Belgium; www.imec-int.com) kifejlesztett egy Argus nevű, CCD-in-CMOS technológián alapuló multispektrális időkésleltetett integrációs (TDI) képérzékelőt. A szenzorok 4096 oszlopos és 256 fokozatú formátumot használnak CCD tömbönként (vagy sávonként), 5,4 µm-es pixelmérettel. Ezen kívül elérhető egy hét sávos változat is, amely lehetővé teszi a felhasználók számára hét spektrális szűrő hozzáadását.

Ezek a prototípusok CMOS-meghajtókat és kiolvasó áramköröket integrálnak, és akár 300 kHz-es sorsebességet érnek el. Spektrális szűrőkkel kombinálva multispektrális TDI-képalkotás lehetséges, mégpedig a sávok és a TDI-szakaszok testreszabott számával. A szín- vagy spektrális szűrők utófeldolgozhatók az ostyán vagy a fedőüvegfedélen.

Hyperspektrális képalkotás

A hiperspektrális képalkotás lehetővé tétele érdekében az imec az ams CMV2000 CMOS képérzékelőjének közvetlenül a pixelekre felhelyezett ostyákon (2. ábra) alapuló, készleten kívüli hiperspektrális képérzékelőket is létrehozott. Ezek a képérzékelők pillanatkép-mozaik, pillanatkép-csempézett, soros ék és soros CCD időkésleltetett integrációs (TDI) formátumban kaphatók, és 4, 7, 16, 25, 32, 100+ és 150+ sávos opciókat kínálnak. A képérzékelők számos gépi látáskameramodellbe integrálhatók, amelyek mindegyike alkalmas különböző ipari vizsgálati alkalmazásokban való használatra.

XIMEA (Münster, Németország; www.ximea.com) négy imec érzékelőkön alapuló modellt kínál, köztük két 16 és 25 sávos mozaik-csempézett érzékelőt, valamint két 100 és 150 sávos sávos sorolvasó modellt. Ezek a kamerák vagy 170 fps sebességű USB3 interfésszel, vagy akár 340 fps sebességű PCIe interfésszel, valamint modelltől függően RGB+NIR, 470-630 nm, 600-950 nm, 600-975 nm és 470-900 nm spektrális tartományokkal rendelkeznek.

“Az imec technológiája a keskeny sávú spektrális szűrők pixel-szintű alkalmazásával, félvezető vékonyfilmes feldolgozással lehetővé teszi, hogy a hiperspektrális képérzékelő megoldások csökkentse a formafaktort, csökkentse a súlyt, és alkalmas legyen beágyazott látórendszerekbe” – mondta Ivan Klimkovic, a XIMEA Key Account Manager. “A XIMEA az imec hiperspektrális érzékelőit az xiQ kamera platformjával párosította, amely a 26,4 x 26,4 x 31 mm-es méretével és mindössze 31 grammos súlyával kiegészíti a fontos mérettényezőt.”

A Photonfocus (Lachen, Svájc; www.photonfocus.com) három hiperspektrális kamerát is kínál imec érzékelőkkel. Ezek a kamerák pillanatkép-mozaik formátumban kaphatók, és 16 vagy 25 sávos opciókat kínálnak. A GigE interfésszel rendelkező kamerák akár 50 fps sebességet is kínálnak, a spektrális tartományok pedig a modelltől függően 470-630 nm, 470-900 nm, 595-860 nm, 600-975 nm és 665-975 nm.

Az imec továbbá az Adimec (Eindhoven, Hollandia; www.adimec.com) partnereként kifejlesztette az imec VNIR hiperspektrális rendszert, amely egy 2 MPixeles CMOS képérzékelővel ellátott Adimec Quartz gépi látáskamerán alapul. Ez a rendszer 150+ sávos, soros letapogatási formátumot és Camera Link interfészt kínál, és 470-900 nm vagy 600-1000 nm spektrális tartományban működik.

Az IMEC-nek saját hiperspektrális termékei is vannak, köztük a SNAPSCAN NIR, SNAPSCAN VNIR és SNAPSCAN SWIR rendszerek, amelyek USB 3.0 interfésszel rendelkeznek, és pillanatkép- és vonalpásztázási formátumokat kínálnak 100+ és 150+ sávokkal, valamint a modelltől függően 470-900 nm, 600-1000 nm és 1100-1700 nm spektrális tartományokkal.

Kapcsolódnak: Hiperspektrális képalkotó rendszer osztályozza a mezőgazdasági termékeket

Az imec területén kívül is számos gépi látással foglalkozó vállalat fejleszt hiperspektrális kamerákat, köztük a Specim (Oulu, Finnország; www.specim.fi), amely az FX sorozatú kamerákat kínálja. Ezek a hiperspektrális kamerák soros letapogatási üzemmódban működnek, GigE, Camera Link vagy egyedi Ethernet-csatlakozással kaphatók, és kifejezetten ipari gépi látási alkalmazásokhoz tervezték őket.

Az FX50 kamera (3. ábra) hűtött InSb detektoron alapul, és 640 pixeles térbeli felbontással, 2,7-5,3 µm spektrális tartományban, 380 fps képfelvételi sebességgel és a kamera lefedettségén belül 154 sávból szabadon választható hullámhosszal rendelkezik. Ez a kamera a vállalat szerint alkalmas a fekete műanyag válogatására és a fémfelületeken lévő szennyeződések kimutatására.

“A műanyaghulladék hatalmas probléma: becslések szerint 2050-re több műanyag lesz az óceánokban, mint hal. A nem újrahasznosítható műanyagok többsége vegyes műanyagtípusokból áll, amelyek nem használhatók újra, mert a hagyományos műanyagválogató technológiák nem felelnek meg az ipari követelményeknek, hogy elég megbízhatóan és hatékonyan szétválasszák őket” – mondja Hannu Mäki-Marttunen, a Specim értékesítési & marketingvezetője. “Itt lépnek be a Specim FX sorozatú hiperspektrális kamerái. Az FX17 és a vadonatúj FX50 készülékkel most már 99%-os pontossággal tudjuk azonosítani és szétválogatni a különböző műanyagokat, még a fekete műanyagokat is.”

Majd így folytatja: “Ez azt jelenti, hogy a Specim végfelhasználói mostantól a műanyaghulladékot értékes nyersanyaggá alakíthatják, amelyet a műanyagiparban nyersanyagként újra fel lehet használni.”

Az FX17 modell egy InGaAs alapú kamera, amelynek spektrális tartománya 900-1700 nm, képfelvételi sebessége 670 fps, és a kamera lefedettségén belül 224 sávból szabadon választható a hullámhossz. A célalkalmazások közé tartozik az élelmiszer- és takarmányminőség, a hulladékválogatás, az újrahasznosítás és a nedvességmérés. Az FX10 modell egy CMOS-képérzékelős kamera, amelynek spektrális tartománya 400-1000 nm, képfelvételi sebessége 330 fps, és a kamera lefedettségén belül 224 sávból szabadon választható hullámhossz. A vállalat szerint ez a kamera olyan gépi látási alkalmazásokat céloz meg, mint az élelmiszer-minőségellenőrzés és a szín/sűrűség érzékelése a nyomtatási alkalmazásokban.

A Specim számos más hiperspektrális kamerát kínál, köztük a Fenix, PFD-65-V10E és sCMOS-50-V10E modelleket, valamint a hordozható Specim IQ kamerát, amely lehetővé teszi a mobil anyagelemzést, és 400 és 1000 nm közötti spektrális tartományt kínál.

A HinaLea Imaging (Kapolei, HI, USA; www.hinaleaimaging.com) szintén gyárt hiperspektrális kamerákat, köztük a 4200-as modell széles látómezejű kamerát, amely 2,3 MPixeles érzékelő térbeli felbontással, 400 és 1000 nm közötti érzékenységgel és akár 600 spektrális sávhoz való hozzáféréssel rendelkezik. A vállalat kínálja a kézi 4100H modellt is, amely állítólag 2,3 MPixeles adatkockát szolgáltat akár 550 spektrális sávban a látható és a közeli infravörös hullámhosszúságban (400-1000 nm). A készülék beágyazott processzorral és beépített világítással is rendelkezik.

“Óriási és növekvő érdeklődést tapasztalunk az élelmiszer-biztonsági ellenőrzéshez és a félvezető-feldolgozáshoz használt kameráink iránt” – mondja Alexandre Fong, a mérnöki részleg alelnöke. “A költséghatékony spektrális megoldások bevezetésével lehetőség nyílik arra, hogy az automatizált vizsgálati alkalmazásokat ilyen mélységű új információkkal átalakítsuk.”

A fejlett gépi látási alkalmazásokat mint egyik fő piacát megcélzó Headwall Photonics (Bolton, MA, USA; www.headwallphotonics.com) szintén spektrális kamerákat fejleszt. A Micro-Hyperspec kamerája esetében például a vállalat a gépi látást jelöli meg célalkalmazásként. Ez a kamera VNIR, NIR, kiterjesztett NIR és SWIR változatban kapható, amelyek mindegyike Camera Link interfésszel rendelkezik: VNIR A-sorozat (400-1000 nm, szilícium CCD érzékelő, 324 választható spektrális sáv, 90 fps); VNIR E-sorozat (400-1000 nm, sCMOS érzékelő, 369 választható spektrális sáv, 250 fps); NIR 640 (900-1700 nm, InGaAs detektor, 134 választható spektrális sáv, 120 fps); NIR 320 (900-1700 nm, InGaAs detektor, 67 választható spektrális sáv, 346 fps); Extended VNIR 640 (600-1700 nm, InGaAs detektor, 267 választható spektrális sáv, 120 fps); SWIR 384 (900-2500 nm, MCT detektor, 166 választható spektrális sáv, 450 fps); és SWIR 640 (900-2500 nm, MCT detektor, 267 választható spektrális sáv, >200 fps).

Kizárólag gépi látási alkalmazásokhoz tervezték a vállalat Hyperspec MV kameráját, amely 400 és 1000 nm közötti hullámhossz-tartománnyal, 270 választható spektrális sávval, Camera Link interfésszel és 485 fps képfelvételi sebességgel rendelkezik.

A BaySpec (San Jose, CA, USA; www.bayspec.com) olyan iparágak számára fejleszt spektrális műszereket, mint a kutatás-fejlesztés, a biomedicina és az optikai távközlés, de a vállalatnak vannak ipari ellenőrzésre alkalmas hiperspektrális kamerái is. Az egyik ilyen kamera az USB 3.0-alapú OCI-OEM kamera, amely a vállalat OCI-1000 (push-broom, akár 120 fps) és OCI-2000 (snapshot, akár 120 fps) hiperspektrális képalkotók optikai motorjaként szolgál, amelyek a 600-1000 nm-es tartományt fedik le akár 100 (OCI-1000) vagy 25 (OCI-2000) választható spektrális sávval.

Egy másik lehetőség a cég GoldenEye Snapshot hiperspektrális kamerája, amely szabadalmaztatott FT-PI technológiát használ, és a kiterjesztett 400-1700 nm-es tartományt fedi le, 40-52 választható spektrális sávval és 1 fps képsebességgel rendelkezik 648 x 488 térbeli képpontok mellett.

A Resonon (Bozeman, MT, USA; www.resonon.com) hasonlóan hiperspektrális kamerákat fejleszt laboratóriumi, kültéri és távérzékelési alkalmazásokhoz, miközben a gépi látás piacát is szem előtt tartja. Az ipari képalkotó alkalmazásokban való felhasználásra a cég szerint a következő kamerák alkalmasak: Pika L (4. ábra; 400-1000 nm-es spektrális tartomány, 281 választható spektrális sáv, 249 fps, USB 3.0 interfész), Pika XC2 (400-1000 nm-es spektrális tartomány, 447 választható spektrális sáv, 165 fps, USB 3.0 interfész).0 interfész), Pika NIR-320 (900-1700 nm-es spektrális tartomány, 164 választható spektrális sáv, 520 fps, GigE interfész) és Pika NIR-640 (900-1700 nm, 328 választható spektrális sáv, 249 fps, GigE interfész)

Végül a Norsk Elektro Optikk (NEO; Skedsmokorset, Norvégia; www.hyspex.no) két hiperspektrális képalkotó kamerát kínál ipari képalkotási alkalmazásokhoz a HySpex termékcsaládban. A HySpex SWIR-384 kamera MCT-érzékelőn alapul, és 950 és 2500 nm közötti spektrális tartományt kínál 288 választható spektrális sávval és 400 fps képkockasebességgel a teljes spektrális tartományban (skálázható a tartomány csökkentésével), míg a HySpex VNIR-1024 CMOS képérzékelőn alapul, és 400 és 1000 nm közötti spektrális tartományt kínál 108 választható spektrális sávval és 700 fps képkockasebességgel a teljes spektrális felbontás mellett.

A vállalat szerint mindkét hiperspektrális kamera rendkívül éles – mind spektrálisan, mind térben -, kevesebb mint 10%-os térbeli és spektrális hibás regisztrációval (smile és keystone).