プロの視点でお伝えする産業用カメラの選定方法

カメラ本体の選定方法

1.用途はなにか?

産業用カメラは大きく分けて、モニタリング用とマシンビジョン用の2種類があります。
モニタリング用は、カメラとモニタやレコーダーを直接繋ぎ目視での確認を目的とします。
主に顕微鏡などに使用するカメラがこちらです。USBでPCに接続する場合もあります。

マシンビジョン用は、画像解析装置やPCに接続し、画像解析を目的とします。
こちらは生産ラインなどに設置し、パターン認識などの解析用カメラとして使用します。


2.イメージセンサは単板式か3板式か

カラーカメラのイメージセンサー(撮像素子:CCD、CMOS、他)として単板式と3板式があります。
単板式は二次元的に配置されたカラーフィルターを受光面に貼り合わせた1個のイメージセンサーを用いて、色の三原色R(赤)、G(緑)、B(青)のカラー信号を生成しています。

3板式はR、G、Bに対応した3個のイメージセンサーを用いてカラー信号を取り出します。
各イメージセンサーの画素はRGBすべてのデータを持つことになるので、単板式に比べて解像度、画質がすぐれています。
一般に3板式を3CCD、3CMOSと呼んでいます。
また、単板式を1チップと呼ぶ場合もあります。

  3CCD
3CMOS
CCD
1CMOS
画質
価格


3.映像出力はデジタルかアナログか

従来のカラーカメラではNTSCなどのTVフォーマットでした。
その後、イメージセンサーの高画素化が進み、
アナログ映像信号でPC用ディスプレイなどに表示する方法がとられていました。

近年では、ほとんどがデジタル映像信号に置き換わり
DVIやHD-SDIなどでPC用ディスプレイやTVに接続する方法がとられています。

また、デジタル映像信号は容易に画像保存や画像処理が行えるため、
CameraLink、IEEE1394b等のインターフェイスをを介して、
カメラ制御が可能となるPCを用いたデジタル映像信号も増えています。

4.解像度

位置決めなどのアプリケーションでは、高速性が求められるため、
比較的解像度の低いカメラが使用されています。
カメラのパーシャルスキャン(部分読み出し)機能などを利用してフレームレートをあげ、
より高速処理を行う場合もあります。

一方、外観検査(缶・ボトル検査、印刷・ラベル検査、等)などのアプリケーションでは、
高解像度のカメラが使用されています。

5.CCDのイメージサイズ

1/2型、1/3型などのように表現されます。
日本では軽量法により取引における「インチ」の使用が認められていないため
ブラウン管などと同様「型」が使用されています。
このサイズはイメージセンサーの実際の寸法ではなく、
呼び名に相当する管径の撮像管の 画面サイズと等しい事を表します。

「1/2型」の場合、撮像管に相当する対角は8㎜、「1/3型」は6㎜となります。
ご使用になるレンズなどの光学系を選択される際の
便宜を考慮してこのような習慣がうまれました。

一般的には、大きいイメージセンサーサイズならば、
多くの素子を配列できるため、高解像度を実現でき、
小さいイメージセンサーサイズは逆に解像度に限界がありますが、
レンズを含めた小型化が可能となります。

近年、産業用カメラ市場では、1/3型クラスが主流となっております。

6.フレームレート

フレームレートとは、1秒間に何回画面を書替えることができるかを表す指標です。
一般的な動画は30fps(毎秒30枚の画像を書き換え)となります。

より滑らかな映像や動きの速い物体を撮影する場合は
60fps~120fpsの画像書き換えの可能なカメラが採用されています。
部分読み出しにより、さらにフレームレートをあげる事も可能です。

ただし、高解像のカメラほど画素数により画像1枚あたりの情報量が多くなり、
フレームレートは低くなります。

東芝モニタリング用カメラの比較表

型式 解像度 イメージセンサ 出力 形状 その他
IK-4K 4K 3CMOS 3G-SDI
HD-SDI
分離型
IK-HD5 Full HD 3CMOS 3G-SDI
HD-SDI
DVI-D
分離型
IK-HD3/HR3 Full HD 3CMOS DVI-D 分離型 共通CCU
1CMOS
IK-HD1/HD2 Full HD 3CCD DVI-D 分離型
IK-HR2D Full HD 1CMOS DVI-D
USB2.0
一体型
IK-HR1S Full HD 1CMOS HD-SDI 一体型
IK-HR1H Full HD 1CMOS HD-SDI
DVI-D
分離型

カメラレンズの選定方法

画角(撮影範囲)と被写体までの距離が決まれば、
その範囲を映せるレンズを焦点距離(f=○mm)で選ぶことが出来ます。
また、被写体までの距離とレンズの焦点距離によって、画角がかわります。


1/3型CCDカメラの場合

●東芝IK-TFシリーズ
4:3イメージセンサ(水平×垂直):4.8mm×3.6mm

計算式: f = 3.6mm×(WDmm/ODmm)


●東芝IK-HD,HRシリーズ
16:9イメージセンサ(水平×垂直):5.2mm×2.9mm


計算式: f = 2.9mm×(WDmm/ODmm)


f=レンズの焦点距離(mm) 
WD=被写体までの距離(mm)   OD=被写体の高さ(mm)


注意事項

※一般的なモニタリングに使用するカメラレンズの選定計算式です。
 実際の見え方と異なる場合がございます。
※計算で得られた焦点距離に一致するレンズがない場合は、
 計算値より短い焦点距離(広角側)のレンズを選定します。





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