Cảm biến hình ảnh: nguyên lý hoạt động và đặc điểm, ứng dụng

Posted on Posted in Tin tức kỹ thuật

Trong tự động hóa nhà máy, cảm biến được sử dụng rộng rãi trong nhiều công đoạn để thu thập các thông tin về trạng thái/quá trình hoạt động và/hoặc đưa ra các tín hiệu cho các thiết bị khác trong hệ thống. Một số loại cảm biến thông dụng được biết đến như cảm biến quang điện, cảm biến tiệm cận, cảm biến siêu âm, cảm biến hình ảnh…

Cùng với yêu cầu ngày càng cao của quá trình tự động hóa sản xuất, nhất là trong các khâu kiểm tra ngoại quan, nhận dạng, hiệu chỉnh, đo đạc, phân loại, phát hiện lỗi sản phẩm…; cảm biến hình ảnh với các tính năng ưu việt, linh hoạt ngày càng được ứng dụng rộng rãi và trở thành công cụ kiểm soát chất lượng hiệu quả.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến hình ảnh:

Giống với cảm biến quang điện, cảm biến hình ảnh đóng vai trò như “con mắt” của hệ thống điều khiển, điểm khác biệt là ở chỗ cảm biến hình ảnh phải thu thập, phân tích dữ liệu qua hình ảnh rộng chứ không phải qua 1 điểm.

Nghĩa là đầu vào của cảm biến hình ảnh là cả một bức ảnh chứ không phải chỉ là sự tồn tại hay không ánh sáng ở 1 điểm (cảm biến quang điện), từ dữ liệu ảnh thu thập được cảm biến này phân tích để đưa ra tín hiệu điều khiển ở đầu ra. Qúa trình này có thể biểu diễn đơn giản qua 3 giai đoạn:

1. Thu thập(acquire): camera “chụp ảnh” đối tượng.

2. Phân tích(analyze): “Bức ảnh” được lưu lại tại bộ nhớ, sau đó thực hiện xử lý, phân tích, so sánh với các thông số đặt trước.

3. Đưa ra kết quả (determine): căn cứ vào những dữ liệu thu thập, phân tích, cũng như tham số đặt trước cảm biến sẽ đưa ra kết quả ở đầu ra.

Cảm biến hình ảnh có thể dễ dàng kết nối và trao đổi dữ liệu với các hệ thống thiết bị khác của nhà máy để hiển thị kết quả và kích hoạt các công đoạn tiếp theo của quá trình tự động hóa.

Đặc điểm của cảm biến hình ảnh

Cảm biến hình ảnh so với mắt người 
Việc xử lý này cũng gần giống với quá trình xử lý hình ảnh của mắt người, tuy nhiên có 1 vài khác biệt cơ bản:

Trong khi mắt người có khả năng phân tích và xử lý rất nhanh những chi tiết phức tạp thì cảm biến hình ảnh chỉ có thể nhận dạng được chi tiết 1 cái đơn giản hóa và thường nhận dạng những đối tượng có cấu trúc rõ ràng, hoạt động 1 cách lặp lại theo khuôn mẫu.

Cảm biến hình ảnh khi hoạt động sẽ giảm độ phân giải của hình ảnh và thường làm việc trong “dải màu xám” (gray scale) vì vậy yêu cầu hình ảnh của đối tượng phải có ánh sáng tốt, độ tương phản cao.

Cảm biến hình ảnh hoạt động 1 cách đơn giản hóa hơn mắt người, tuy nhiên nhờ vậy nếu đảm bảo được điều kiện làm việc, nó có khả năng kiểm tra, kiểm định sản phẩm qua hình dạng vật lý ở tốc độ cao, hoạt động liên tục và độ chính xác luôn đảm bảo.

Cảm biến hình ảnh và Hệ thống thị giác máy.

Thực tế, cảm biến hình ảnh được coi là dạng thiết bị đơn giản của hệ thống thị giác máy, thường được thiết kế rất nhỏ gọn tích hợp cả camera lẫn phần xử lý tín hiệu (microprocessors); qua đó trở thành 1 thiết bị độc lập xử lý đầu vào hình ảnh ra đầu ra tín hiệu; thực hiện chuyên dụng cho một nhiệm vụ thị giác nhất định.

Máy thị giác được tích hợp nhiều công cụ xử lý hình ảnh phức tạp hơn và có thể đảm nhiệm nhiều chức năng như:

  • Dẫn hướng và căn chỉnh vị trí
  • Nhận diện ký tự OCR
  • Đọc barcode
  • Đo, kiểm kích thước hình học

trong khi, Cảm biến hình ảnh thường tâp trung vào ứng dụng:

  • Kiểm tra Có/Không
  • Kiểm tra OK/NG

Do vậy, cảm biến hình ảnh sẽ là 1 giải pháp máy thi giác đơn giản, giá thành thấp, nhưng vẫn có khả năng phân tích xử lý nhiều nhiệm vụ kiểm tra trong một bức ảnh mục tiêu.

Vision Sensor Process

Xem thêm các dòng sản phẩm cảm biến hình ảnh Congex – series IS2000

Ngoài ra, Cognex cũng đã phát triển nâng các series cảm biến hỉnh ảnh cho các tính năng nâng cao như

  • Cảm biến hình ảnh IS2001M : chuyên dụng cho dẫn hướng và căn chỉnh vị trí
  • Cảm biến hình ảnh IS23M: chuyên dụng cho đo kích thước