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マシンビジョン

マシンビジョン(Machine Vision、MV)とは、多くの場合、画像の取り込みと処理に基づいて機器を動作させるシステムの事を指します。
世界最大のマシンビジョン業界団体である「AIA」によると、「ハードウェアとソフトウェアを組み合わせた産業用および非産業用アプリケーション全てを含むもの」だと言われています。
特に製造業では、コンピュータビジョンの応用を意味し、自動検査、プロセス制御、ロボットのガイドなどに使われるケースが多いです。
マシンビジョンシステムは、まず特殊な光学系を搭載した産業用カメラ内部の保護されたデジタルセンサーを利用して、画像を取り込みます。
そして、これらのコンピュータのハードウェアとソフトウェアが、さまざまな特性の処理を実行・分析し測定結果を導き出します。

マシンビジョンカメラとは

マシンビジョンカメラとは、工場のライン等で人間の検査者が行う目視検査の代わりに、各種製品(半導体チップ、液晶関連部品、自動車部品など)をコンピュータやデジタル入出力機器とともに検査するための画像入力用カメラの事です。
近年、画像処理技術が幅広い分野に使用されるようになったことで、画像処理の入力デバイスであるカメラが数年前と比較しても圧倒的に普及しました。
その流れを大きくけん引したのが自動車やスマートフォンに搭載されているカメラです。
技術面でみると、画像センサーがCCDからCMOSに変化したことで、センサーの生産性が高まりました。
低コスト・低消費電力・低サイズが実現し、また自動車やスマホという民生製品に採用されたことで、大量生産によって価格が下がったことも市場での普及に貢献しました。
自動車だけを見ても、標準となりつつあるバックモニターやドライブレコーダーに加えて、今後は衝突回避や自動駐車などが標準となり、さらには自動走行、ドライバーの居眠り検知と、画像によるセンシング技術が求められる分野が広がっています。
また、自動走行は自動車だけに限らず、物流センターでの自動走行フォークリフト、お掃除ロボット、ドローン、サービスロボットなどにカメラが搭載されてきています。

マシンビジョンカメラの分類

1.撮像素子構造による分類

マシンビジョンカメラに使われる撮像素子は、主としてCCDイメージセンサーとCMOSイメージセンサーの2種があります。
CCDイメージセンサーは感度·多画素·一画面同時にシャッターを切るグローバルシャッターに優れています。
CMOSイメージセンサーは低消費電力·低駆動電圧·スミア·同一センサチップ上に信号処理回路を組み込めるオンチップ信号処理、高速読出し、一部の画素のみを読み出す部分読出しが可能などの特徴をもっています。

2.カメラの出力インターフェイスによる分類

マシンビジョンカメラの出力インターフェイスは数種類あり、用途に応じて適したインターフェイス様式を選択しています。

2.1 CameraLinkインターフェイス

送受信が可能なインターフェイスで画像データや画素クロック、水平・垂直同期タイミング、ストロボタイミングを出力し、非同期リセット信号やカメラコントロール信号を受け入れます。スタンダードカメラリンクには電源供給機能はなく、カメラには別のコネクタから電源を供給しなければいけません。
しかし、同一コネクタから電源供給が可能な「PoCLミニカメラリンク規格」も生まれており、これによりカメラを小型にすることができ、現在ではこちらが主流になってきています。

2.2 USBインターフェイス

USBインターフェイス規格を搭載したマシンビジョンカメラも数多く出ており、最大の利点はフレームグラバボードを用いることなくカメラ出力画像をパソコンに取り込めることが挙げられます。USB2.0規格が主流ではありますが、近年、最大データ転送速度がUSB2.0に比べ10倍速い、USB3.0規格も採用され始めています。(次の項目で詳しく解説いたします)

2.3 GigE Vision インターフェイス

データ伝送速度が1,000Mbpsと早いため、画像処理用途に使用でき、マシンビジョンカメラに採用されている。
ケーブル長は100mまで伸ばすことができ、メガピクセルカメラの全画素データを高速に送ることができるため、自動車ナンバーの読み取りや工場内カメラの集中管理などに適しています。

2.4 IEEE1394 インターフェイス

マルチメディアに適したインターフェイスであるため、非同期リセットや各種画素数への対応など柔軟性に欠け、またコネクタの強度もFA用途では不足していると言われている。
しかし、標準カメラを用いて画像処理を行う用途では、フレームグラバを必要としないため、コストダウンが図れるというメリットもあります。

CameraLinkケーブルとは

CameraLinkインターフェースとは、「産業用デジタルカメラのデータ伝送方式を定めた規格」のことです。
旧来のデジタル出力を備えたカメラは、各メーカーにより使用するコネクタやピンアサインが異なり、カメラやデーターを取り込むグラバーボード側でも常に専用のケーブルを用意する必要がありました。

カメラメーカーとボードメーカーがコネクタやピンアサイン、使用するケーブル等を標準化したのがCameraLinkで、ケーブルの入手しやすくなり、取り扱いが簡単になったインターフェースです。

7ビットの信号を1対の線にシリアル送信でき、また効率的な信号伝送ができるため、旧来のデジタルカメラで採用していたLVDS方式のRS-644や、
RS-422パラレルインターフェースに比べ接続線数が少なく済むことから、コネクター形状の小型化やケーブル線をより細くすることも可能になりました。

CameraLink規格ではBase/Medium/Fullコンフィギュレーションがあり、LynxカメラはBaseコンフィギュレーションの2Tapを採用しています。
2TapとはCCDからの読み出し方式、1Tapで一方向、2Tapで2方向からの読み出しで、ケーブル一本さえあれば両方に対応可能です。
CameraLinkは産業用カメラの出力規格として、最も信頼と実績があるインターフェースとして成長しました。

USB3 Visionとは

USB3 Visionは、世界最大のマシンビジョン業界団体である「AIA」が中心となり、USB3.0の特長を活かしながら、産業用途で求められる通信仕様を盛り込み、2013年1月に正式に承認された標準規格です。
PC周辺機器として広く搭載されるUSB3.0の規格のひとつとなっており、産業用カメラにおいても中心的なカメラインターフェースとして幅広い用途に採用されています。

USB3 Visionのメリットについては、大きく3つあります。
1つ目は、実効値として約350MB/secもの高速データ転送ができる点です。
これは、GigE Visionの約3.5倍であり、CameraLink Baseを凌駕するような結果となっています。

2つ目は、DMA転送を実装しているため、CPU負荷が非常に低い上、信号の安定性能も優れており、電気的・規格的に安定していると言えます。
また、USB3 Visionカメラではリアルタイム性能が高く、トリガー入力に対する応答性能もCameraLinkと比べ遜色ありません。

3つ目は、専用の画像入力ボードが必要ないため、CameraLinkに比べ大幅なコストダウンを実現できる点です。

上記の3つの点から、USB3 Visionが産業カメラにおいて中心として幅広い用途で使用される要因となっています。

USB3 Visionケーブルとは

USB3 Visionケーブルとは、USB3 Visionカメラに対応したケーブルの事です。
また、USB3 Vision規格は、世界最大のマシンビジョン業界団体である「AIA」が、USB3.0規格をベースにマシンビジョンシステム用に策定したインタフェース規格となります。
データ転送速度は、USB2.0では最大480Mbpsでしたが、USB3.0は最大5Gbpsまでの高速伝送に対応しています。
USB2.0との互換性が高いことも特徴です。
当店では、固定部用から耐久性に優れた可動部用、長距離伝送に適した光伝送タイプなど多種多用な商品を取り揃えております。

USB3 Visionケーブルの今後

USB3 Visionケーブルは、今やマシンビジョン業界において必要不可欠なインタフェイスとなっています。
その導入のしやすさ(プラグアンドプレイ対応)、広い帯域幅(380MB/秒)、コストパフォーマンスの高さといったメリットにより、ギガビットイーサネットとCameraLinkの中間的存在としての役割を果たしています。
また、USB 3.0はデータの光伝送やアクティブ伝送にも対応しており、ケーブル長をさらに伸ばすことも可能です。
当店では、固定部用から耐久性に優れた可動部用、長距離伝送に適した光伝送タイプなど多種多用な商品を取り揃えております。

USB3 Visionケーブル、CameraLinkケーブルを取り扱う主要メーカー

  • ・沖電線
  • ・スリーエムジャパン
  • ・泉州電業
  • ・サードウェーブ
  • ・JARGY
  • ・Newnex

当店では、沖電線やスリーエムジャパンなどのUSB3 Visionケーブル、CameraLinkケーブルを取り扱っています。

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