ADR* ( アドバンスト・ダウンウェブ・リサンプリング) は様々なウェブ速度でラインスキャンカメラからデジタルで 画像を取込む究極の方法です。ADR のユニークな利点とは:

  シャッターのないカメラからの取込み
  改善された画質
  永続的カメラ露光で得られた情報をフル活用
  電子シャッターに起因する固定パターンノイズの発生防止
  産業ニーズを満たすシステムの信頼性

ADR は、ラインスキャンカメラから画像を取込む全く新しい方法をご提供いたします。従来の手法に比べ、ADR は よりシンプルで信頼性のあるラインスキャン画像取込みシステムにおいて、究極の画像が得られます。

ADR では、ラインスキャンカメラは電子シャッターを使用せずに一定の循環率で作動します。 それでも、動作速度は可変です。 高精度のリアルタイムデジタル演算により実際の対象物がそのまま再現された画像をご覧いただけます。ADR はオリジナル の形状とカラースケールの特性を忠実に維持できるように設計されています。

通常のラインスキャン画像取込み方法では各カメラサイクルについて一つのクロスウェブラインが出力されます。例えば10 kHz で稼動しているラインスキャンカメラと秒速100 インチで移動するウェブの検査を実施しているとします。各ラインはダウ ンウェブ方向に1/100 インチのウェブ部分に対応しています。この方向での解析分解能は100 dpi です。

ウェブ速度が変更すると、下図のような幾何学的ひずみが発生します:

つまり、カメラのラインレートとウェブ速度によってダウンウェブ解像度が厳密に決定されるということです。ウェブ速度が変 化する場合は、カメラのラインレートをそれに比例して変化させる必要があります。

従来の手法は、画像取込み中にウェブ速度を感知し、カメラのラインレートを一定の比率が維持されるように操作するという ものです。一般的な方法は、回転や移動速度に比例した割合で電子パルスを送るモーションエンコーダを使用することです。 ユレシス社のラインスキャン対応フレームグラバーはエンコーダのパルスレートによってカメラのラインレートを調整できるよ うに設計されたレートコンバーターを備えています。

画像取り込み中に一定のウェブ速度を保つということも問題を回避する方法の一つです。ただし、この方法は機械的理由によ り困難な場合があります。たとえ可能であるとしても、予想できる速度精度を維持することは困難です。産業用ラインスキャ ン画像取込みにおいてはウェブ速度の変化に対応するソリューションは必須です。

従来のやり方ではウェブ速度が変化した場合にカメラのラインレートを調整することが通例です。しかし、カメラのラインレー トが変化すると、カメラの感度に直接影響を及ぼすことがあります。特に、ラインスキャンカメラはライン循環中の照度の変 化に電子的に反応します。カメラ循環が速くなると露光時間が短くなるために減光し、その逆もあります。何もしなければダ ウンウェブ方向の取り込んだ画像の明るさはウェブ速度によって変動します。

ソリューションは、ラインスキャンカメラ内部の露光を電子シャッターで調節することです。下図は電子シャッターの有無によ るラインスキャンの露光原理を示しています:

電子シャッターではカメラ循環時間に関係なくリニアセンサーが各ラインについて一定時間だけ光に反応して露光を制御する 仕組みになっています。ただし、この露光時間はもっとも速いカメララインよりも短く設定する必要があります。

電子シャッターがなければ、ピクセルごとの反応はデータ読み出し時にリセットされますが、リニアセンサーは常に光に反応 します。

ADR はウェブ速度の変化に対応する画期的なソリューションをご提供いたします。カメラは電子シャッターがなくても一定の サイクル率で操作できます。モーションエンコーダ( または同等のセンサー) が移動速度の正確な測定に依然として使用され ていますが、測定値はカメラの制御に使用されていません。速度情報は特許を得た補間デバイスを制御し、カメラからのデー タをリサンプルするためのものです。

本プロセスは下図のとおりです:

この例ではカメラが20 kHz で作動します。ウェブ速度は秒速50 インチから200 インチまで1:4 の変化量で変わります。 図はウェブを表します。上部は低速でスキャンされ、下部は高速です。カメラから集められた情報はダウンウェブ方向に幅が 変化するウェブのセクションに関連付けられます。カメラデータは適切なウェイトで組合せが行われ、同じサイズのセクション に対応したリサンプルデータが構築され、本例では正確で一様な100 dpi の解像度が得られます。

演算はリアルタイムで実施され、カメラ・ダイナミクスよりも更に優れたデジタル精度です。ウェイト係数は、モーションエンコー ダから得られる速度情報を常時使用する独自の特許アルゴリズムで決められます。係数は図に示されたような値になります。

ADR では、カメラのラインレートは次の要件を満たすように選択されます:

高速で高解像度であっても、最新の産業用カメラでは電子シャッターの機能を備えていないものもあります。その場合、スキャ ナーやコピー業界から取り入れたリニア画像センサーを用いていますが、ウェブ速度は正確に制御できます。

この機能が欠如しているとウェブ速度の変化に上記のカメラは対応できません。ADR テクノロジーは産業用マシンビジョンに 要求される融通性をもってそのようなカメラを使用できるかけがえのない方法なのです。

ADR テクノロジーでは、カメラが継続して露光するため、検査したウェブのどの部分でも取り込んだ画像の構築に使用でき ます。これは電子シャッターが低速で光学情報を妨げて、大部分の時間を「無駄」にするような従来のやり方とは違います。

カメラ感度はできるだけ引き上げて、結果として得られる画像の信号対ノイズ比を最適にします。実際、ADR はラインスキャ ンカメラから画像を取り込む最善の方法なのです。

ADR でご利用いただける理想的な感度以外に、二次的な利点も考慮に値します。電子シャッターで露光制御をすると、カ メラから送られるデータのノイズを誘発します。この邪魔なノイズは電子シャッターが開く際に生じる電子パルスが原因です。 カメラのデータシートはこのノイズのことを、電子シャッターを使用する場合に増加するFPN( 固定パターンノイズ) として記 載しています。

新しいテクノロジーはこの問題をスマートに解決します。ADR はシャッターを無効にしてシャッター搭載カメラを最大限に活 用します。

システムの観点では、ADR のアプローチは従来のやり方よりもシンプルです。カメラ循環率や電子シャッターの稼動が不要 なのでカメラに関係するコントロールはより少なくなっています。このシンプルさが産業用アプリケーションでの堅牢性にとっ て貴重なのです。

ADR が高い評価を受けるもう一つの点は、カメラのラインレートの幅よりも動作範囲が広いための動作上の安全性です。

明らかにどのようなラインスキャンカメラでも速度性能に限界があります。ハイエンドの速度範囲では絶対的な限界はカメラ からデータを読み出す際の時間で決まります。従来のシャッターアプリケーションでは通常、選択した露光時間により更に限 界は低速になります。

カメラはこの限界を超えて操作することは絶対にできません。機械駆動が偶然に過剰に速度を上げた場合は、モーションエ ンコーダがこの加速度を通知します。従来のアプローチでは、これはカメラの「オーバードライブ」につながります。カメラ は情報を失い、最悪の場合、特別な予防措置が施されていなければカメラは停止します。

ADR をご使用いただくと、特に産業用アプリケーションのトラブル解決で使いやすさをかなり実感していただけます。機械シ ステムは通常の速度の二倍で操作できます。当然、画像取り込みシステムが貴重な画像を取り込む妨げにはなりません。

ローエンドの速度範囲の場合も同じことが言えます。電子的な理由によってカメラはある制限を下回ると作動しなくなります。 機械システムがゆっくりと動き出すと( 例えば開始条件)、ADR は従来のやり方よりももっとスムーズに稼動します。ADR の 最大対最小の動作速度比は現在200 に指定されています。