組み込みビジョン システムが飛躍的に進歩し、より革新的で直感的になるにつれ、解像度とフレーム レートの仕様に対応することがますます複雑になっています。ご存知のように、従来、高速移動の検査シナリオで使用されるアプリケーションでは、非常に高いフレーム レートが必要です。組み込みビジョン プロジェクトの大部分では、30 ～ 60 フレーム/秒 (fps) のフレーム レートで十分ですが、特定のニッチ・アプリケーションでは、500 fps を超えるフレーム レートが必要です。
高速で移動する物体を鮮明に撮影するには、カメラは高いフレーム レートで撮影できる必要があります。露出時間が短いカメラであれば、このような動的な検査シナリオで課題となることが多いモーション ブラーを軽減できます。
この記事では、高フレーム レート カメラの基礎、主な機能、用途、利点についてご説明します。
はじめに、高フレームレートカメラとは何でしょうか?
基本的に、高フレーム レート カメラは、標準カメラよりも高速で画像や動画を撮影します。但し、カメラの解像度とフレーム レートを選択するには、画像の忠実度と処理速度のバランスを取る必要があります。例えば、高フレーム レートが重要な検査ベースのアプリケーションでは、パフォーマンスを犠牲にすることなしに超高解像度をサポートすることはできない可能性があります。従って、課題は、これら 2 つの重要な要素のバランスを最適化することにあります。
解像度とフレーム レートの選択は、最終的には各アプリケーションの特定のニーズと、システムの処理能力、および帯域幅の能力によって決定されます。
現在、「高」フレーム レート カメラを構成するかという分類は、統一された基準がありません。最新の組み込みビジョン アプリケーションに関する限り、4K 以上の解像度では 30 fps のフレーム レートが「高」と見なされます。フル HD の場合、60 ～ 120 fps のフレーム レートが「高」と見なされます。
なぜ高フレームレートのカメラが重要なのか？
高フレーム レート カメラは、標準カメラよりもはるかに高速で画像やビデオを撮影するため、特に検査ベースのアプリケーションでは非常に役立ちます。この場合、迅速な処理とリアルタイムの分析が必要です。
高フレーム レート カメラにより、検査システムは欠陥、位置ずれ、その他の問題を即座に特定して対応できます。この迅速な対応により、不良品の生産を防ぎ、ダウンタイムを削減し、一貫した製品品質を確保することで、生産プロセスの品質を維持するのに役立ちます。
高フレームレートカメラに求められる機能とは何でしょうか？
- ストロボ機能: カメラをストロボライトと同期させて、動きの速い被写体を最小限のブレで撮影します。
- 外部トリガー: 外部トリガーのサポートにより、各フレームの撮影タイミングを正確に制御できるため、外部イベントやシステムとの同期が重要な場合に役立ちます。
- グローバルシャッター: グローバルシャッターモードにより、画像全体が一度に取り込まれるため、動きのアーティファクトが排除され、高速で動く被写体の歪みのない画像が得られます。
- マルチROIキャプチャ: 一つのフレーム内で複数の特定の関心領域が撮影されます。これは、視野（FoV）内の複数の異なる領域に焦点を当てる検査シナリオで重要です。
- センサーの解像度:高い解像度は、各フレームのデータサイズが大きくなることを意味します。解像度が高いと、フレームレートは低くなります。
- インターフェースの帯域幅:USB 3.0は最大で400 MB/sの帯域幅を持ち、MIPIはレーンごとに最大320 MB/sの帯域幅を提供します。
- 露出時間:達成できる最大フレーム レートは、1 を露出時間 (秒単位) で割った値を超えることはできません。従って、露出時間は要求されるフレームレートに合わせる必要があります。
- ピクセルの形式:出力画像の形式（ベイヤー、RGB、またはモノクロ）はフレームレートに影響します。例えば、RGBは生のベイヤー出力に比べて、より多くの帯域幅と処理能力を必要とします。
- 関心領域:関心領域の幅と高さが大きくなるほど、フレームファイルのサイズも大きくなります。
- センサーのビット深度:ビットの深度が大きくなるほど、最大フレームレートは低くなります。
高フレームレートカメラの一般的な用途
産業検査
高フレームレートカメラは、ロボットアームやピック・アンド・プレースロボットなどの自動化システムに統合されています。これらのカメラは、ロボットが生産ライン上で移動する物体のバーコードやその他のマークを正確に識別し、撮影することを可能にして、スムーズな処理を保証します。これらのカメラは、物体の仕分け、機械の操作、製品検査など、正確な画像が必要とされるアプリケーションにおいて重要です。また、高フレームレートカメラが可能にする大量のデータ転送により、画像は迅速に集中システムに送信され、分析と意思決定が行われます。
スマート農業
高フレームレートカメラは、家畜や作物の素早い動きや行動をリアルタイムで監視および分析します。これにより、病気や害虫、その他の問題を早期に検出できる詳細な画像が提供され、農業上の課題に対処するための予防的措置が可能になります。さらに、これらのカメラは高フレームレートで現代農業の実践を支援し、水や肥料、農薬の最適な使用を実現することで、コストを削減しながら作物の収穫量を増加させます。
e-con Systemsはカスタムの高フレームレートカメラソリューションを提供します
当社は、OEMカメラの設計、開発、製造において22年以上の経験を持っています。社内の専門知識により、解像度やフレームレートなどの特定の要件に応じた広範なカスタマイズが可能です。
カメラ セレクタ ページから、機能、インターフェース、アプリケーションなどに基づいて選択し、当社のラインナップをご確認ください。
また、カスタマイズされたe-con Systemsのカメラ ページにアクセスし、お客様のニーズにどのようにお応えできるかについては、カメラのカスタマイズページをご覧ください。
高フレームレートカメラをアプリケーションに統合に関するサポートが必要な場合は、camerasolutions@e-consystems.com までお問い合わせください。
Prabu Kumarは、e-con Systemsの最高技術責任者兼カメラ製品責任者であり、組み込みビジョン分野で15年以上の豊富な経験があります。彼は、USBカメラ、組み込みビジョンカメラ、ビジョンアルゴリズム、FPGAに関する深い知識をも有しています。医療、工業、農業、小売、生体認証などのさまざまなドメインにまたがる50以上のカメラソリューションを構築してきました。また、デバイスドライバー開発とBSP開発の専門家でもあります。現在は、新時代のAIベースのアプリケーションを強化するスマートカメラソリューションの構築に全力を注いでいます。