Rezolyutsiya sanoat tasvirining texnik muhokamalarida muqarrar asosiy mavzudir. 720i va 1080p kabi standart/yuqori aniqlikdagi spetsifikatsiyalardan tortib, 2MP, 4MP, 8MP va hatto 24MPli sanoat kameralarining asosiy konfiguratsiyasiga, soʻngra 4K, 8K va hatto gigapiksellar kabi ultra{8}}yuqori aniqlikdagi texnologiyalargacha sanoatning doimiy rivojlanishi piksellar sonining uzluksiz oʻsishini aks ettiradi. Biroq, sanoat ilovalarining haqiqiy stsenariylariga qaytadigan bo'lsak, yuqori piksellar sonini yaxshiroq tasvirlash natijalariga tenglashtiradimi? Turli ishlab chiqarish liniyalari va tekshirish talablari uchun "to'g'ri rezolyutsiya" ni qanday aniqlash mumkin? Javob oddiy raqamli taqqoslashdan ancha murakkab.
Sanoat tasvirlash sohasidagi rezolyutsiya bitta tushuncha emas, balki kamera o'lchamlari, chastota o'lchamlari va linzalarning o'lchamlarini o'z ichiga olgan keng qamrovli tizimdir. Ular orasida kamera o'lchamlari (piksel/megapikselda o'lchanadi) bozorda eng ko'p-ma'lum bo'lgan ko'rsatkichdir, ammo bu tasvir sifatini belgilovchi yagona omil emas. "Piksel{3}}markaziy" fikrlashdan tashqariga chiqishning asosiy sababi shundaki, sanoat tasvirining mohiyatimaxsus dastur stsenariylari asosida keng qamrovli savdo--apparat moslashuvidan ma'lumotlarni qayta ishlashga, xarajatlarni nazorat qilishdan samaradorlikka erishishgacha bo'lgan har bir ruxsatnoma tanlovi dastur talablariga aniq mos keladi. Ushbu maqola birinchi navbatda kamera ruxsati haqidagi asosiy tushunchaga e'tibor qaratadi, piksel qiymatlari ortidagi haqiqiy tasvirlash mantig'ini ajratadi va yuqori{2}}ravshanlik tanlovi ortidagi bir nechta texnik savdo-offlarni tahlil qilib, sanoat tasvir ruxsatini ilmiy tanlash uchun g'oyalarni taqdim etadi.
Kamera ravshanligi: piksellar maydon ko'rsatkichidir, bir yo'nalishli o'lchash kuchi kalit hisoblanadi
Kamera o'lchamlari, asosan, piksel yoki megapikselda (MP) o'lchanadigan sensorning fazoviy o'lchamlari bo'lib, u sensorning suratga olishi mumkin bo'lgan piksellarning umumiy sonini ifodalaydi. Shuningdek, u sanoat kameralarini tanlashda eng intuitiv mos yozuvlar indeksidir. Biroq, amaliy dasturlarda ko'pchilik muhandislar buni tushunish noto'g'ri tushunishga osonlikcha tushib qolishadipiksellarni ikki baravar oshirish hal qilish quvvatini ikki baravar oshirishga teng, asosiy masala bunga e'tibor bermaslikdirpiksellar ikki oʻlchovli maydon koʻrsatkichi boʻlib, sanoat tekshiruvida asosiy eʼtibor bir yoʻnalishli hal qilish qobiliyatidir..
Piksel qiymatlari va haqiqiy rezolyutsiya kuchi o'rtasidagi munosabatni tahlil qilish uchun misol sifatida klassik sanoat ruxsati spetsifikatsiyalaridan foydalanamiz: Ilk sanoat tasvirida bir vaqtlar ishlatilgan 640×480 piksellar soni bor-yo'g'i 307 200 (0,3 MP) piksellar soniga ega, spetsifikatsiya hozirda hech qanday batafsil talablarsiz oddiy stsenariylar uchun mos keladi; 1280 × 960 piksellar soni taxminan 1,23 million (1,2 MP) piksellar soniga ega, bu son jihatidan 0,3 MP dan 4 baravar ko'pdir. Biroq, bir yo'nalishli hal qilish kuchi nuqtai nazaridan, gorizontal piksellar 640 dan 1280 gacha va vertikal piksellar 480 dan 960 gacha, ya'nibir tomonlama hal qilish kuchi faqat ikki barobar ortadi, umumiy piksellar sonida aks ettirilganidek, to'rt barobar ko'paytirilmagan. Bu qoida, shuningdek, yuqori{1}}tarifli va ultra{2}}yuqori{3}}taʼriflar uchun ham amal qiladi: sanoat sohasida eng koʻp ishlatiladigan 1080p (1920×1080) piksellar soni taxminan 2,07 million (2MP) ni tashkil qiladi; sanoat 4K spetsifikatsiyasi (3840 × 2160) umumiy piksellar soni taxminan 8,3 million (8,3 MP) ni tashkil etadi, bu umumiy piksellardagi 2 MP dan 4,15 baravar ko'pdir, lekin bir tomonlama (gorizontal / vertikal) hal qilish kuchi faqat ikki baravar ko'payadi.
Sanoat tekshiruvi uchun ushbu xarakteristikaning amaliy ahamiyati shundaki, agar tekshirish talabichiziqli tafsilotlaro'lchangan ob'ektning (masalan, elektron komponentlarning pin qadami, metall plitalarning tirnalgan uzunligi) bir tomonlama piksellar sonining ko'payishi umumiy piksellarning ikki baravar ko'payishini ko'r-ko'rona ta'qib qilishdan ko'ra, hal qilish quvvatini samarali yaxshilashning kalitidir. Masalan, 3C elektron mahsulotlarini pin tekshiruvida gorizontal piksel zichligi to'g'ridan-to'g'ri 0,05 mm pin bo'shlig'ini ajratish mumkinligini aniqlaydi. Bunday hollarda, gorizontal piksellar sonini optimallashtirmasdan umumiy piksellarni oddiygina oshirish haqiqiy tekshirish natijalarining sezilarli yaxshilanishiga olib kelmaydi.
Yuqori rezolyutsiyaning muqarrar savdosi-: chegirmalar va beshta asosiy oʻlchov boʻyicha balans-
Kamera o'lchamlarining haqiqiy hal qilish mantiqini aniqlaganimizdan so'ng, biz asosiy haqiqatga duch kelishimiz kerak:yuqori kamera aniqligi muqarrar ravishda tasvirlash tizimining bir nechta o‘lchamlari bo‘yicha texnik savdo-bo‘lishi mumkin.. Sanoat tasviri alohida apparatli suratga olish jarayoni emas, balki “qo‘lga olish-uzatish-qayta ishlash-saqlash-ilovasining to‘liq havolasidir. Yuqori aniqlikdagi datchiklar tomonidan yaratilgan katta hajmdagi{6}}maʼlumotlar butun havolaning apparat unumdorligi, operatsion samaradorligi va hatto xarajatlariga nisbatan yuqori talablarni qoʻyadi. Quyida sanoat ilovalaridagi eng muhim beshta oʻlchovdan yuqori aniqlik-orqasidagi haqiqiy savdo xarajatlari tahlil qilingan.
Ma'lumotlar hajmi va saqlash / o'tkazish qobiliyatiga ikki tomonlama bosim
Yuqori aniqlikning eng to'g'ridan-to'g'ri ta'siri bu ma'lumotlar hajmining keskin o'sishi bo'lib, bu muammo sanoat video tasvirlashda ayniqsa mashhur. A asosida1 daqiqalik siqilmagan 24 bitli haqiqiy rangli videobenchmark sifatida, 1080p (2MP) spetsifikatsiyasining video ma'lumotlar hajmi taxminan 10,4 Gbni tashkil qiladi, 4K (8,3 MP) spetsifikatsiyasi esa 41,7 Gb ga etadi, bu avvalgisidan taxminan to'rt baravar ko'p.
Ushbu ma'lumotlar farqi bevosita ikkita asosiy muammoni keltirib chiqaradi: birinchidan, saqlash xarajatlarining oshishi. Sanoat ishlab chiqarish liniyalaridagi tekshiruv videolari ko'pincha kuzatuv uchun uzoq vaqt davomida saqlanishi kerak va xom ma'lumotlar hajmining to'rt baravar oshishi saqlash serverlarining sig'imi va qattiq disklar sonini sinxron ravishda oshirish kerakligini anglatadi; ikkinchidan, uzatish tarmoqli kengligining bandligi. Sanoat maydonlarida tarmoq o‘tkazuvchanligi resurslari cheklangan va yuqori aniqlikdagi videolarning haqiqiy{2}}vaqt- uzatilishi ko‘proq o‘tkazish qobiliyatini egallaydi va hatto ishlab chiqarish liniyasidagi boshqa uskunalarning aloqa samaradorligiga ham ta’sir qilishi mumkin. H.264 va H.265 kabi siqishni texnologiyalari sanoatda ma'lumotlar hajmini kamaytirish uchun ishlatilishi mumkin bo'lsa-da, hatto bir xil siqishni algoritmi va siqish nisbati bo'lsa ham, 4K va 1080p siqilgan ma'lumotlar hajmi hali ham 4: 1 nisbatini saqlab qoladi, bu esa ma'lumotlar hajmidagi farqlardan kelib chiqadigan bosimni tubdan bartaraf eta olmaydi. Shuning uchun, yuqori aniqlikni tanlashdan oldin, quyidagilarni baholash kerak:Tekshiruv talablari haqiqatan ham shunday yuqori tafsilotlarni olish qobiliyatini talab qiladimi yoki ikki baravar oshirilgan ma'lumotlar hajmi uchun saqlash va o'tkazish qobiliyati uchun qo'shimcha xarajatlarni to'lashga arziydimi?.
Chastota ravshanligi-almashinuvi: Ruxsat va kadr tezligi mos kelmaydi
Chastota o'lchamlari, ya'ni sanoat kamerasining kadrlar tezligi (FPS) kamera vaqt birligida olishi mumkin bo'lgan tasvirlar sonini ifodalaydi. Bu yuqori{3}}tezkorlikdagi ishlab chiqarish liniyalari- uchun asosiy indikatordir, masalan, oziq-ovqat mahsulotini onlayn tekshirish va lityum batareya qutb qismlarini yuqori-tezlikda nuqsonlarni tekshirish, real vaqt ishlashi va tekshirishning yaxlitligini taʼminlash uchun yuqori kadr tezligini talab qiladi. Biroq, kamera ruxsati- va kadr tezligi oʻrtasida tabiiy oʻzaro kelishuv mavjud boʻlib, bu xususiyat sensorning apparat ish prinsipi bilan belgilanadi: sensor tomonidan olingan tasvir maʼlumotlarini tezda oʻqish va uzatish, soʻngra keyingi suratga olishga tayyorgarlik koʻrish uchun qayta oʻrnatish kerak. Ruxsat qanchalik yuqori bo'lsa, bitta kadrli tasvirning pikselli ma'lumotlar hajmi qanchalik katta bo'lsa, ma'lumotlarni o'qish va uzatish uchun zarur bo'lgan vaqt shunchalik ko'p bo'ladi va maksimal erishish mumkin bo'lgan kadr tezligi shunchalik past bo'ladi.
Aksincha, kamera piksellar sonini pasaytirish sensorning bir -kadrli ma'lumot hajmini pasaytiradi, ma'lumotlarni o'qish tezligini oshiradi va kadr tezligini yaxshilash uchun joyni kengaytiradi. Albatta, bu cheklov mutlaq emas. Yuqori{3}}end sanoat kameralari sensor arxitekturasini optimallashtirish va yuqori{4}}tezkor ma'lumotlar interfeyslarini (masalan, CoaXPress va 10GigE) qabul qilish orqali yuqori aniqlikdagi kadrlar tezligini oshirishi mumkin, ammo bu apparat xarajatlarini ham sezilarli darajada oshiradi. Sanoat ilovalari uchun kadr tezligini tanlash har doim atrofida aylanaditekshirish maqsadining harakat tezligi: agar o'lchangan ob'ekt yuqori tezlikda harakatlansa (masalan, 3 m / s tezlikda ishlab chiqarish liniyasida ichimlik idishlarini tekshirish), kadr tezligi o'lchamlariga qaraganda ancha yuqori ustunlikka ega. Bunday hollarda yuqori aniqlikni ko'r-ko'rona tanlash kadrlar tezligining etarli emasligiga olib kelishi mumkin, natijada tasvirning xiralashishi, o'tkazib yuborilgan tekshiruvlar va boshqa muammolar paydo bo'lishi mumkin; statik tekshiruv uchun (masalan, yarimo'tkazgichli gofretlarni oflayn tekshirish), kadr tezligi talablarga javob beradigan xonada batafsilroq ma'lumot olish uchun ruxsatni mos ravishda oshirish mumkin.
Sensor sezgirligining susayishi: kichikroq piksellar, yuqori yorug'lik sezgirligiga bog'liqlik
Kamera sezgirligi sensorning zaif yorug‘likni suratga olish qobiliyatini ifodalaydi, bu sanoat stsenariylari (masalan, aniq bo‘shliqlarning ichki tekshiruvi va qorong‘u xonadagi qismlarni tekshirish)-yorug‘ligi pastligi uchun asosiy ko‘rsatkichdir. Uning asosiy belgilovchi omili hisoblanadisensorning piksel o'lchami: piksel o'lchami qanchalik katta bo'lsa, bitta piksel shunchalik ko'p fotonlarni ushlay oladi, sensorning yorug'likka nisbatan sezgirligi shunchalik yuqori bo'ladi va yorug'lik darajasi past bo'lgan-muhitlarda olinadigan tasvirlar shunchalik aniq bo'ladi; aksincha, piksel o'lchami qanchalik kichik bo'lsa, bitta pikselning fotonni suratga olish qobiliyati shunchalik zaif bo'lsa, sensorning sezgirligi shunchalik past bo'ladi va yorug'lik darajasi past bo'lgan- muhitlarda tasvir shovqini va tafsilotlarni yo'qotish ehtimoli shunchalik yuqori bo'ladi.
Cheklangan sensor o'lchamida ruxsatni yaxshilash uchun sanoat odatda usulini qo'llaydipiksel o'lchamini kamaytirish-masalan, 1-dyuymli sensor uchun 2MP dan 8MP ga koʻtarilganda piksel oʻlchami taxminan 5,5 mkm dan 2,7 mkm gacha kamayadi, piksel maydoni esa asl nusxaning atigi toʻrtdan bir qismiga teng, fotonni suratga olish qobiliyati ham sezilarli darajada kamayadi. So'nggi yillarda yarimo'tkazgich texnologiyasi doimiy ravishda rivojlangan bo'lsa-da, CMOS sensorlari jarayoni izchil optimallashtirildi va yangi sensorlar orqa{8}}yoritilgan va stacked arxitekturalar orqali sezgirlikni oshirishi mumkin, shu bilan birga, sanoat tasvirining haddan tashqari kam yoritilishi stsenariylarida sezgirlikni hal qilish hali ham ustunlik qiladi.
Masalan, ma'lum bir brendning 201-IP-462 seriyali sanoat kamerasi erishadiultra-past nur sezuvchanligi ~0,001Lyuksgachakatta piksel oʻlchamli dizayni bilan deyarli yorugʻliksiz sanoat boʻshliqlarida tekshirish imkonini beradi-bir xil oʻlchamdagi yuqori aniqlikdagi{1}}kameralar erishib boʻlmaydigan xususiyatga. Bu ham muhim printsipni tasdiqlaydi: agar o'lchangan sahnaning yorug'lik sharoitlari cheklangan bo'lsa va qo'shimcha yoritish moslamalari bilan yaxshilash mumkin bo'lmasa, u holdaSensorning sezgirligini ta'minlash yuqori aniqlikka erishishdan ko'ra muhimroqdir-agar rasm yorugʻlik yetarli boʻlmagani uchun xiralashgan boʻlsa, hech qanday piksellar soni samarali tekshiruv maʼlumotlarini yozib ololmaydi.
Otish shovqinining ortishi: yuqori aniqlikdagi rasmning tozaligi muammosi
Otish shovqini fotonlarning tasodifiy harakat xususiyatlaridan kelib chiqqan tasvirlash tizimlarida muqarrar shovqin turidir. Uning intensivligi sensor tomonidan olingan fotonlar soni bilan bog'liq: qancha ko'p fotonlar ushlangan bo'lsa, tortishish shovqinining ta'siri nisbatan kichikroq va rasmning tozaligi shunchalik yuqori bo'ladi; ushlangan fotonlar qancha kam bo'lsa, tortishish shovqinining ta'siri shunchalik aniq bo'ladi va rasmda ko'proq shovqin va dog'lar paydo bo'ladi.
Yuqorida aytib o'tilganidek, yuqori{0}}tasvirli sensorlarning piksel o'lchami kichikroq va bitta piksel tomonidan olingan fotonlar soni katta-pikselli sensorlarga qaraganda ancha kam. Shunday qilib, tortishish shovqinining ta'siri kuchayadi va rasmning signal{3}}to- shovqin nisbati (SNR) pasayadi. Sanoat tekshiruvi uchun shovqin mavjudligi nuqsonlarni aniqlashning aniqligiga xalaqit beradi-masalan, metall yuzalarning mikro-chizilishini tekshirishda, rasmdagi shovqin tekshirish algoritmi boʻyicha tirnalgan deb notoʻgʻri baholanishi mumkin, bu esa notoʻgʻri signal tezligining oshishiga olib keladi; tibbiy tasvirni sanoat tekshiruvida shovqin nozik strukturaviy tafsilotlarni yashirishi va tekshirish va hukmning to'g'riligiga ta'sir qilishi mumkin. Amaliy ilovalarda shovqinni kamaytirish algoritmlari tortishish shovqinining ta'sirini kamaytirish uchun ishlatilishi mumkin bo'lsa-da, ortiqcha algoritmni qayta ishlash ham haqiqiy tekshiruv tafsilotlarini yo'qotishiga olib keladi va shovqinni kamaytirish va tafsilotlarni saqlash o'rtasida yangi savdo-shakllanadi.
Muqarrar xarajat omili: yuqori aniqlikdagi{0}}apparatning eksponentsial o'sishi
Xarajat har doim sanoatda qoʻllanilishi va jihoz tanlashda asosiy eʼtibor hisoblanadi va yuqori aniqlikdagi sanoat tasvirlash tizimlari butun zanjir boʻylab apparat investitsiyalarining eksponensial oʻsishini anglatadi. Birinchidan,{2}}yuqori{3}}ravshanlikdagi sanoat kamerasining-asosiy komponentining o‘zi murakkab yarimo‘tkazgich jarayoni va sensorning yuqori rentabellik talablari tufayli ancha yuqori ishlab chiqarish xarajatiga ega, 8MP sanoat kamerasining narxi odatda bir xil marka va seriyadagi 2MP kameranikidan 2-3 baravar yuqori. Ikkinchidan, linzalar, maʼlumotlarni yigʻish kartalari va uzatish kabellari kabi qoʻllab-quvvatlovchi qurilmalar ham sinxron tarzda yangilanishi kerak: yuqori{10}}ravshanlikdagi tasvirlash uchun linzalar ruxsati cheklovlari tufayli tasvirning xiralashishiga yoʻl qoʻymaslik uchun yuqori-aniqlikdagi aniqlikdagi sanoat linzalari kerak boʻladi; yuqori{12}}ma'lumot uzatish tezligi yuqori-ma'lumot olish kartalari va yuqori-o'tkazuvchanlik kabellarini (masalan, optik tolali) talab qiladi, bu esa umumiy uskuna narxini yanada oshiradi.
Bir martalik{0}}apparat sotib olish narxiga qo'shimcha ravishda, rezolyutsiyaning oshishi bilan keyingi foydalanish va texnik xizmat ko'rsatish xarajatlari ham ortadi: ma'lumotlar hajmi qanchalik baland bo'lsa, sanoat kompyuteri va tasvirni qayta ishlash serverining ishlash talablari shunchalik yuqori bo'ladi, bu esa quvvat sarfi va texnik xizmat ko'rsatish xarajatlarining oshishiga olib keladi; yuqori aniqlikdagi{1}}uskunalar qanchalik murakkab boʻlsa, saytdan foydalanish muhiti va texnik xizmat koʻrsatuvchi xodimlarning kasbiy mahoratiga- talablar shunchalik yuqori boʻladi va shunga mos ravishda kundalik foydalanish va texnik xizmat koʻrsatish xarajatlari oshadi. Ko'pgina sanoat korxonalari uchun uskunalarni yangilashning yakuniy maqsadi ishlab chiqarish samaradorligini va tekshirishning aniqligini oshirishdir, shuning uchun rezolyutsiyani tanlash quyidagi xususiyatlarga asoslanishi kerak.xarajat-samaradorlik nisbati-eng yuqori rezolyutsiyani soʻzsiz qoʻlga kiritish shart emas, balki tekshirishning haqiqiy talablari va byudjet miqyosiga koʻra eng mos ruxsat konfiguratsiyasini tanlash kerak.
Xulosa
Sanoat tasviri sohasida rezolyutsiya hech qachon mustaqil texnik ko'rsatkich emas, balki butun tasvirlash tizimi va amaldagi dastur stsenariylari bilan chambarchas bog'liq bo'lgan asosiy parametrdir. "Yuqori rezolyutsiyaga ko'r-ko'rona intilish" tushunchasini noto'g'ri tushunish ko'pincha keraksiz xarajatlarga olib keladi va hatto tekshiruv samaradorligini pasaytiradi. Ilmiy rezolyutsiyani tanlash printsipiga amal qilishi kerak"ilovaga-yo'naltirilgan, talabga-yo'naltirilgan": birinchidan, asosiy tekshiruv talablarini, jumladan, o'lchanayotgan ob'ektning batafsil darajasi, harakat tezligi,-joydagi yorug'lik shartlari va boshqa asosiy omillarni aniqlang; ikkinchidan, maʼlumotlar hajmi, kadrlar tezligi, sezgirlik va narxni oʻz ichiga olgan turli xil rezolyutsiya konfiguratsiyalarining texnik almashinuvini-baholang; nihoyat, haqiqiy byudjet va uzoq muddatli operatsiya ehtiyojlarini-birlashtirib, eng mos keladigan yechimni tanlang.
Ushbu maqolaning keyingi qismida biz linzalarning o'lchamlari va chastota o'lchamlarining sanoat tasvirlash tizimining umumiy ishlashiga ta'sirini batafsil ko'rib chiqamiz va odatiy sanoat ilovalari (masalan, 3C elektronika, avtomobil ishlab chiqarish, oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlash va yarimo'tkazgichlarni tekshirish) bilan birlashtirilgan batafsilroq va amaliy piksellar sonini tanlash qo'llanmasini taqdim etamiz.
