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Telecamera

Le telecamere raccolgono le immagini che vengono solitamente trasferite a sistemi di supervisione, analisi e immagazzinamento con l’impiego di server video, registratori e monitor. A seconda del tipo di applicazione si possono utilizzare telecamere analogiche, digitali, con sensore CCD o CMOS, statiche, manovrabili, dome (da soffitto), a scansione progressiva, a infrarossi ecc. Quelle di ultima generazione sono dotate di protocolli e interfacce di rete di vario tipo (IP, PoE, telefoniche, mesh, fibra ottica, wireless ecc.), capacità di controllo via web e archiviazione di immagini a bordo (con schede di memoria).telecamera
Le telecamere professionali necessitano di prestazioni di alto livello e ruotano intorno a tecnologie come l’alta definizione, l’ottica per lunghe distanze e in condizione day & night, streaming diretto su web, capacità di supportare interfacce wireless, cellulari (smartphone), PC e webcam.
La maggior parte delle telecamere industriali usate nella visione artificiale è di tipo CCD (Charged Coupled Device), ovvero sono basate su sensori a trasferimento di carica, nei quali le immagini vengono digitalizzate e registrate su un chip tramite fototransistor che convertono l’intensità luminosa in elettroni liberi.
Di contro, le tecnologie CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) permettono di realizzare sullo stesso substrato sia la parte fotosensibile sia la circuiteria accessoria, il che consente la produzione di dispositivi economici (es. smart camera) dotati di notevoli capacità di calcolo e memoria.
Il declino delle videocamere con uscita analogica va a favore di quelle interamente digitali (Firewire, Camera-link, Gigabit Ethernet), mentre le emergenti applicazioni wireless favoriscono la diffusione dei sensori CMOS, rendendo ancor più economica l’integrazione dell’elettronica di trasferimento e comunicazione.
(Armando Martin)

Di seguito sono analizzate brevemente le caratteristiche più importanti di una telecamera:
1) Acquisizione digitale o analogica: le più moderne telecamere usufruiscono della tecnologia digitale, che fornisce una migliore qualità dell’immagine, rispetto alle classiche telecamere analogiche. In particolare, l’acquisizione digitale garantisce un’alta qualità del segnale (minor presenza di rumore e disturbi), maggior velocità di trasmissione dei dati (elevata frequenza di frame rate, cioè di immagini per unità di tempo) e più alta risoluzione (possibilità di distinguere facilmente piccoli dettagli o di inquadrare aree di una certa grandezza).
2) Acquisizione a colori o a toni di grigio: l’oggetto reale inquadrato dalla telecamera può essere acquisito, in base alla tipologia del sensore, mantenendo i colori reali oppure trasformandoli in toni di grigio; nel primo caso è possibile effettuare senza problemi controlli su oggetti di colori diversi, mentre nel secondo caso è importante notare che colori anche sensibilmente differenti tra di loro, possono apparire molto simili come tonalità di grigio.

colori-grigio

Esempio di acquisizione a colori e a toni di grigio.

Nell’esempio seguente è chiaramente visibile questo effetto: immaginando di voler controllare semplicemente la qualità della scritta “etichetta”, stampata in rosso su sfondo verde, due colori che a prima vista dovrebbero mantenere una differenza marcata anche dopo la conversione in toni di grigio. Invece, ciò che accade dopo l’acquisizione con una telecamera a toni di grigio è esattamente l’opposto: l’immagine (al centro della figura) è molto scura e il contrasto tra scritta e sfondo è talmente basso che difficilmente il controllo sarà affidabile. Nella terza immagine (in basso) è invece possibile vedere come appare la stessa etichetta dopo aver utilizzato una telecamera a colori e aver applicato un filtro rosso (che evidenzia in bianco i pixel del colore del filtro): la verifica della presenza e della qualità della scritta è facilmente effettuabile senza alcuna difficoltà.
3) Sensore matriciale o lineare: le telecamere più comunemente utilizzate per la visione artificiale hanno al loro interno un sensore matriciale (detto anche Area Scan, a scansione d’area), cioè un array bidimensionale di elementi sensibili (pixel), che riproducono un’immagine (frame). Ogni elemento sensibile (pixel) è costituito da un dispositivo CCD, che si occupa di convertire l’intensità luminosa in un valore che, insieme a tutti gli altri valori della matrice, costituisce l’immagine digitale che verrà successivamente elaborata dal sistema di visione.
Per applicazioni dove è necessaria alta definizione abbinata ad alta velocità, è possibile invece utilizzare telecamere lineari (Line Scan, a scansione di linea), che permettono, sfruttando il movimento dell’oggetto, di ricostruire l’immagine finale bidimensionale tramite un array monodimensionale.
4) Risoluzione: in base alla tipologia di applicazione ed in relazione alla precisione richiesta, sono disponibili sul mercato vari modelli di telecamere con risoluzione che può arrivare fino a 2, 4 o più Mpixel per i sensori matriciali e fino a 8 kpixel per i sensori lineari. Solitamente le risoluzioni più comuni per le telecamere matriciali sono 640×480 pixel (bassa risoluzione) e 1024×768 o 1600×1200 (alta risoluzione, rispettivamente di 0,7 o 2 MPixel).

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Discretizzazione di un immagine a toni di grigio con risoluzione di 9 x 8 pixel

La risoluzione in pixel è un parametro molto importante per comprendere quale sia la telecamera più adatta alle nostre esigenze: se per esempio si ha la necessità di ottenere la risoluzione di 1 mm su un’area di 1 metro quadrato (1000 x 1000 mm), occorrerà una telecamera con almeno 1 Mpixel di risoluzione (1000 x 1000 pixel).
Tutte le caratteristiche sopra menzionate (tipologia di acquisizione, di sensore, risoluzione) influiscono sulla costruzione finale dell’immagine digitale e sulla fedeltà e precisione con la quale essa ricalca l’oggetto reale inquadrato dalla telecamera. Poiché l’elaborazione dell’immagine viene effettuata da un processore, l’immagine ottenuta dal sistema deve essere portata in forma digitale, per cui occorre discretizzare l’immagine per ottenere un segnale compatibile con l’elaborazione. Quindi, ad ogni pixel deve corrispondere un valore numerico funzione della luminosità per immagini a scala di grigio o del colore per immagini a colori.

(Anie-Linee Guida)

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