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スマートカメラは、画像キャプチャ回路に加えて、キャプチャした画像からアプリケーション固有の情報を抽出したり、イベントの説明を生成したり、インテリジェントで自動化されたシステムで使用される決定を下したりすることができるマシンビジョンシステムです。[1] [2]スマートカメラは、産業用ビデオカメラのハウジングに画像センサーを内蔵した自己完結型のスタンドアロンビジョンシステムです。インテリジェントカメラ、（スマート）ビジョンセンサー、インテリジェントビジョンセンサー、スマート光センサー、インテリジェント光センサー、スマートビジュアルセンサー、またはインテリジェントビジュアルセンサーとも呼ばれます。
ビジョンシステムとイメージセンサーは、インテリジェントイメージセンサーまたはスマートイメージセンサーと呼ばれる単一のハードウェアに統合できます。これには、イーサネットなどの必要なすべての通信インターフェイスと、PLC、アクチュエータ、リレー、または空気圧バルブに接続するための業界仕様の24V I/Oラインが含まれており、静的またはモバイルのいずれかになります。 [3]必ずしも産業用カメラや監視カメラ よりも大きいわけではありません。マシンビジョンの機能とは、通常、これらの機能が個々のアプリケーションで使用できるように開発されていることを意味します。このアーキテクチャの利点は、PCベースのビジョンシステムと比較して体積がコンパクトで、ユーザーインターフェイスが多少単純化（または省略）される代わりに、多くの場合コストが低くなることです。スマートカメラは、より一般的な用語であるスマートセンサーとも呼ばれます。[4]
歴史
スマートカメラという用語が初めて発表されたのは1975年[5]、Belbachirら[6]によるとのことです。 1976年、ゼネラル・エレクトリックの電子システム部門は、国立技術情報サービス向けのレポートで、スマートカメラに対する2つの産業企業の要件を示しました。[7] HRL研究所に所属する著者は、 1976年にスマートカメラを「写真を記録する前に処理できるカメラ」と定義しました。 [8]スマート光学センサーに関する最初の言及の1つは、1977年のNASAとゼネラル・エレクトリック宇宙部門による衛星の概念評価でした。 [9]これらは、インテリジェントなオンボードデータ編集および削減の手段として提案されました。
スマート カメラは 80 年代半ばから販売されてきました。21 世紀には、技術の進歩によりカメラのサイズが縮小され、処理能力が数千 MIPS に達したため、広く普及しました (2006 年末現在、1 GHz プロセッサと最大 8000 MIPS のデバイスが販売されています)。
人工知能とフォトニクスは互いに高め合います。[10]フォトニクスはAIのデータ収集プロセスを加速し、AIはフォトニクスの応用範囲を広げます。2020年、ソニーはAIエッジコンピューティング機能を備えた初のインテリジェントビジョンセンサーを発売しました。[11]これはExmorテクノロジーのさらなる発展です。
コンポーネント
スマート カメラは通常、次のコンポーネントのいくつか (必ずしもすべてではありません) で構成されます。
- イメージセンサー（マトリックスまたはリニア、CCDまたはCMOS）
- 画像デジタル化回路
- 画像メモリ
- プロセッサ（多くの場合、 DSPまたは適切な性能のプロセッサ）
- プログラムおよびデータメモリ（RAM、不揮発性フラッシュ）
- 通信インターフェース（RS-232、イーサネット）
- I/Oライン (多くの場合、光絶縁)
- レンズホルダーまたは内蔵レンズ（通常はC、CS、またはMマウント）
- 内蔵照明装置（通常はLED）
- 目的に応じて開発されたリアルタイム オペレーティング システム (VCRT など)
- オプションのビデオ出力（例：VGAまたはSVGA）
- エネルギーハーベスティングによるエネルギー供給
応用分野
各ユニットに専用のプロセッサが搭載されているスマート カメラは、複数のカメラを独立して、多くの場合非同期で動作させる必要があるアプリケーションや、分散ビジョンが必要な場合 (生産ラインや組み立て機械内の複数の検査ポイント) に特に適しています。一般的に、スマート カメラは、より複雑なビジョン システムが使用される同じ種類のアプリケーションに使用できます。また、量、価格、信頼性の制約により、大型のデバイスや PC を使用できないアプリケーションにも適用できます。
代表的な応用分野は次のとおりです。
- 品質保証のための自動検査（欠陥、欠陥、部品の欠落の検出など）
- 非接触測定。
- 部品の分類と識別。
- コードの読み取りと検証（バーコード、データマトリックス、英数字など）
- ウェブ検査（コイル、チューブ、ワイヤ、押し出しプラスチックなどの連続的に流れる材料の検査）による欠陥検出と寸法測定。
- ロボット誘導と自動ピッキングのための部品の位置と回転の検出
- 無人監視（侵入者の検知、火災や煙の検知）
- 生体認証とアクセス制御（顔、指紋、虹彩認証）
- 視覚センサーネットワークとスマートダスト
- ロボットガイダンス
- ほぼすべてのマシンビジョンアプリケーション
開発者はスマート カメラを購入して、特別なカスタム アプリケーション用の独自のプログラムを開発することも、カメラ メーカーまたはサードパーティから既製のアプリケーション ソフトウェアを購入することもできます。カスタム プログラムは、さまざまな言語 (通常はCまたはC++ )でプログラミングするか、より直感的だが柔軟性はやや劣るビジュアル開発ツールを使用して開発できます。ビジュアル開発ツールでは、既存の機能 (多くの場合、ツールまたはブロックと呼ばれます) をリスト (シーケンスまたは 2 次元フローチャート) に接続して、プログラム コードを記述せずに、必要な操作フローを記述できます。プログラミングと比較したビジュアル アプローチの主な利点は、開発プロセスが短く、多少簡単なことです。プログラマー以外の人でも使用できます。他の開発ツールは、比較的少数ですが比較的高度な機能を備えており、非常に少ない労力で構成および展開できます。
参照
参考文献
- ^ Ahmed Nabil Belbachir 編 (2009 )。スマートカメラ。Springer。ISBN 978-1-4419-0952-7。
- ^ Alexander Hornberg (2006). マシンビジョンハンドブック. Wiley-VCH. ISBN 3-527-40584-4。
- ^ Rinner, Bernhard; Wolf, Wayne (2018-10-17). 「分散型スマートカメラ入門」. Proceedings of the IEEE . 96 (10): 1565–1575. doi :10.1109/JPROC.2008.928742. S2CID 22637359 . 2021-09-13に閲覧。
- ^ Birem, Merwan; Berry, François (2014). 「DreamCam: モジュラーFPGAベースのスマートカメラアーキテクチャ」. Journal of Systems Architecture . 60 (6): 519–527. doi :10.1016/j.sysarc.2014.01.006. ISSN 1383-7621. S2CID 2095590. 2021年5月15日閲覧。
- ^ SCHNEIDERMAN, R; R, SCHNEIDERMAN (1975). 「電子機能を備えたスマートカメラのクリック」.エレクトロニクス. 48 (17): 74–81 . 2021年6月27日閲覧。
- ^ Belbachir, Ahmed Nabil 編 (2010). スマートカメラ. doi :10.1007/978-1-4419-0953-4. ISBN 978-1-4419-0954-1. 2021年6月27日閲覧。
- ^ ゼネラル・エレクトリック(1976). 「ソリッドステートテレビカメラ (CID)」(PDF) . 国立技術情報サービス. 2021年5月15日閲覧。
- ^ Reif, PG; Jacobson, AD; Bleha, WP; Grinberg, J. (1977年1月12日). Casasent, David P; Sawchuk, Alexander A (編). 「HYBRID LIQUID CRYSTAL LIGHT VALVE - IMAGE TUBE DEVICES FOR OPTICAL DATA PROCESSING」.光情報処理: リアルタイムデバイスと新技術. 0083.国際光学およびフォトニクス協会: 34–43. doi :10.1117/12.954897. S2CID 110882955. 2021年5月15日閲覧。
- ^ 「POST LANDSAT D ADVANCED CONCEPT EVALUATION」（PDF） . core.ac.uk/ . NASA . 1977年. 2021年5月15日閲覧。
- ^ 合田 圭介; ジャラリ バフラム; レイ チェン; シトゥ グオハイ; ウェストブルック ポール (2020-07-01). 「AI がフォトニクスを後押しし、その逆も」. APL Photonics . 5 (7): 070401. Bibcode :2020APLP....5g0401G. doi : 10.1063/5.0017902 . S2CID 225783016.
- ^ Lorbeer/pi、クラウス (2020 年 5 月 14 日)。 「ソニーは、KI-Verarbeitung とインテリジェントビジョンセンサーを発表します。」computerwelt.at (ドイツ語)。 2021年5月15日のオリジナルからアーカイブ。2021 年5 月 15 日に取得。