Endüstriyel Görüntü İşleme Kameraları için Pozlama Süresinin Hesaplanması

2017 Dünya Atletizm Şampiyonası erkekler 100 metre finali büyük bir hikayeye sahne olmuştu. ABD'li Justin Gatlin 9.92'lik derecesiyle altın madalyaya uzanırken, Usain Bolt bronz madalyada kaldı.

2008 den beri 1 hatalı çıkış sebebiyle yarış dışı kalması dışında altın madalya alamadığı 100 metre yarışı da bulunmuyordu. Bu yarışlarında foto finişe de hiç ihtiyaç olmadı desek sanırım haksız olmayız. Bu son yarışında ise saatte 40 km ile koşan bu atletlerden hangisinin 1. Olduğunu ise fotofiniş kamerası belirleyecekti ve Usai Bolt, Amerikalı Justin Gatlin'e 30 ms farkla geçiliyordu.

Olimpiyatlar, dünya şampiyonaları gibi sportif yarışmalar kadar hızlı ve net görüntü almanın en anlamlı olduğu yerlerden biri de muhakkak ki endüstriyel görüntü işleme uygulamaları, fazla mı abartılı geldi? O zaman kullanıcılara hatalı ürünün gitmemesi için saniyede 100 ürünün kontrol edilmesi gerektiğini hayal edelim. Örneğin merkez bankalarında saniye de 120 adet banknot basıldığını ve kontrol edildiğini biliyor muydunuz?

Herhangi bir endüstriyel kamera uygulamasında, en önemli noktalardan biri de kameranın pozlama süresidir. Bunun keyfi olarak ayarlandığı durumlarda, ortaya çıkan görüntülediğimiz ürünün hareketi nedeniyle bulanık olabilir. Ayarlarımızı en üst düzeye çıkarmak için bulanıklığı ortadan kaldırmak ve parlaklığımızı en üst düzeye çıkarmak için minimum pozlama süresini hesaplamamız gerekir.

Bu blog yazısında, pozlama süresinin etkilerini anlamaya ve belirli bir uygulama için hesaplamaya yardımcı olacağız.

İlk olarak, kamera pozlamasını açıklayalım. Pozlama süresi veya deklanşör hızı, ışığın görüntü sensörüne düşmesine izin verdiğiniz süredir. Pozlama süresi ne kadar uzun olursa piksellere daha fazla ışık düşeceğinden görüntü de o kadar parlak olur. Endüstriyel kameralarda, pozlama süresi normalde milisaniye cinsinden verilir. (yani 1/60 sn = 0,0166 saniye veya 16 ms).

Peki bu bulanıklıkla nasıl ilişkilidir? Bulanıklık, nesneniz sensöre göre hareket ettiğinde ve pozlama süresi boyunca 2 veya daha fazla piksel boyunca hareket ettiğinde elde ettiğiniz şeydir.

Pozlama süresinin hareketi tamamen durdurabileceğinden daha hızlı hareket eden bir şeyin fotoğrafını çektiğinizde bunu görürsünüz.

Enstantane hızı ne kadar yüksek olursa, nesnenin başladığı yere göre hareket etme şansı o kadar az olur. Bir endüstriyel görüntü işleme uygulamasında endişelendiğimiz şey nesnenin pozlama süresi boyunca hareket etmesidir.

Uygulamaya bağlı olarak, bulanıklık bizi olumsuz etkiler veya etkilemez.

Örneğin kontrol edilecek parçanız x-ekseni ve sensörde 1000 piksele denk düşüyor. Görüntü alma sırasında nesne 1 piksel sağa hareket eder. Bu durumda 1 pikseli 1000 piksellik bir noktaya taşımış olursunuz. Buna "piksel bulanıklığı" diyoruz. Ancak, bunu fark edemezsiniz. Yalnızca basit bir kontrol yapıyorsak, veya çok küçük bir hareket varsa, muhtemelen bu durumu umursamayabilirsiniz!

Ancak bu nesnede hassas bir kontrol yaptığınızı örneğin hassas bir şekilde ölçtüğünüzü varsayalım. Burada tüm bu anlatılanlar çok daha önemli hale gelir, çünkü şimdi nesnenin gerçek boyutundan emin değilsiniz. Ve toleranslarınıza bağlı olarak yapacağınız hata tolere edilemeyebilir!

Çoğu durumda, piksel bulanıklığı olmayan net görüntüler isteriz. İyi kısmı, bu hesaplamak nispeten kolaydır! Bulanıklığı hesaplamak için aşağıdakileri bilmeniz gerekir:

• Piksel cinsinden kamera çözünürlüğü (hareket yönünde)
• Görüş Alanı (FOV),
• Nesnenin hızı
• Pozlama Süresi

Ardından, aşağıdaki formülü kullanarak nesnenin pozlama sırasında kaç piksel hareket edeceğini hesaplayabilirsiniz:

B = Vp * Te * Np / FOV

Nerede:

B = Piksel cinsinden bulanıklık

Vp = parça hızı

FOV = Hareket yönünde görüş alanı

Te = Saniyede pozlama süresi

Np = görüş alanını kapsayan piksel sayısı

Yukarıdaki örnekte, Vp 1 cm / sn, Te 33 ms, Np 640 piksel ve FOV 10 cm'dir:

B = 1 cm / sn *. 033 sn * 640 piksel / 10 cm = 2,1 piksel

Hassas kontrol ve ölçümlerde, 1 piksel bulanıklık bile çok fazla olabilir ve daha hızlı pozlama süresi kullanması gerekir.

Umarız artık uygulamalarınızda gerekli olduğunda gereken pozlama süresini bu bakış açısıyla değerlendirip hesaplarsınız.