3Dマシンビジョンを使用する際、どのカメラを選んだら良いのか迷うこともあるでしょう。このページではカメラを選ぶ際にチェックしておきたいポイントを紹介するので、カメラ選びの参考にしてください。
選定基準となる「スペック」一覧
マシンビジョンのカメラを選定する際に、カメラに何ができ、何ができないかを見極めることが非常に重要です。たとえば鮮明な画像を撮影可能なカメラを探しているのであれば、カメラスペックのなかの「画質」を一番チェックする必要があります。画質が高ければ高いほど鮮明な画像を撮影でき、要望にピッタリなカメラを見つけられるでしょう。
つまりスペックが載った仕様表を見極めることが出来れば、自分にピッタリなカメラの選定がしやすくなります。ここでは選定基準となるスペックの見方について見ていきましょう。
イメージセンサー（撮像素子）
人間の目は「光」を集める器官であり、その光によって私たちは物を見ることが出来るのです。つまり機械の目であるマシンビジョンのカメラも人間の目のように光を集めて像をつくる仕組みになっています。網膜の代わりにイメージセンサーが光情報を受け取り、電気信号に変える役割を果たすのです。イメージセンサーのことを「撮像素子」と呼ぶこともあります。
- CCDセンサー
- CMOSセンサー
上記のセンサーが最もメジャーなイメージセンサーです。どちらのセンサーも光の強度・色を捉えた上で、電気信号に変えるという点は同じになります。ただ電荷の処理方法や構造が異なっており、この違いこそ性能の違いになるのです。
CCDセンサーよりもCMOSセンサーの方が、後で誕生したセンサーであり、従来は効率の悪さや画像にノイズが出るなどの技術面に課題を抱えていました。この課題も技術が進歩することによって解消されており、これまでのCCDセンサーが主流だったものが、今ではCMOSセンサーが主流となっています。
フレームレート
「fps」という記載を見たことがあるでしょう。この単位はフレームレートを表しており、1秒あたりに撮影できるフレーム数を示しています。この数値が大きいほど撮影速度がはたくなり、1秒あたりの撮影枚数が多くなるのでデータ量も増える仕組みです。フレームレートやフェースの種類で処理できるデータ量が変動し、とくにフレームレートは低速の10fpsから高速の340fpsまで幅広く存在しています。どうしてもフレームレートが早い方が良いと思いがちですが、撮影対象物に動きがなければ、撮影枚数を多くしても意味がありません。ただデータ量が増えてしまうだけです。しかし走るなどの動きを撮影する場合は高速でなければ対応できないケースも。そのため実際の撮影する対象物を考えた上で、今使っている画像処理システムにピッタリのフレームレートの数値を選択することが大切です。
取込み速度
シャッタースピードも非常に重要になってきます。シャッタースピードは光を取り込む時間のことで、シャッターを切る速さを「1/30秒」「1/1000秒」などの数値で記されています。この数値が高ければ高いほど、被写体に対しブレることなく撮影できるでしょう。反対に低ければ低いほど、シャッターを開き、光を取り込む時間も長くなるためブレが起こりやすい撮影方法となります。
ブレないなら数値が高い方が良いと思うかもしれませんが、実は一概にそういうわけではありません。たとえば夜間の撮影を行う場合は光が非常に少ないため、光を多く取り込む必要があります。そのためシャッタースピードを落とした方が綺麗に撮影できるでしょう。ブレを最小限にするためには、三脚などを用いてカメラを固定する方法が最適です。固定しておけば、シャッタースピードを落としたとしても夜間での撮影が綺麗に撮れるでしょう。
フェース（接続形式）
- GigE Vision
- USB（3.0、2.0）
- CameraLink
上記などが産業用カメラの分野において、フェースの主流なものです。USBについては、バージョン3.0になったことで高速通信もできるようになっています。また使用したいシステムのインターフェースと適合できるかどうかをチェックしておきましょう。ただカメラの中にはカスタマイズできるケースもあります。
波長域
基本的に産業用カメラの場合、モノクロが好まれるケースもあるでしょう。モノクロカメラであれば情報量も最小限に抑えられるため、保管の容量が小さくても問題ないといったメリットもあります。また、カラーの情報自体が不要なケースもあるでしょう。また特定の用途によっては、紫外線・赤外線などの目に見えない光を用いて撮影するカメラを活用することもあります。
カメラは人間が見えるものを捉えて撮影する機器ですが、人間には可視光の領域の波長しか目で見ることが出来ません。しかし特殊なカメラであれば視覚以上の能力を拡張でき、様々なものを撮影できるのです。マシンビジョンカメラであれば、人間の目では見ることのできない情報も捉えられるカメラが役立つでしょう。
撮像方式
- スナップショット方式
- ラインスキャン方式
カメラは上記の2種類の撮像方式に大きく分けることができます。私たちが普段の生活で使用するスマートフォンカメラなどはスナップショット方式（エリアスキャン）の撮像方式で撮るカメラです。センサーを活用して、ワンショットで撮影します。
一方で、ラインスキャン方式は横に並んだセンサーを走査して撮影するものです。たとえば工場の中のラインなどで流れてくる物を固定カメラで撮影するといった用途があります。ほかにも研究室などで撮影対象が固定された環境下において、カメラ側を動かしながら撮影する場合はラインスキャンカメラが選択されることも。
サイズ
マシンビジョンを活用する場合、常に人が入れる環境での撮影ばかりとは限りません。ケースによっては人が入れないような狭い場所での撮影を行うことも。たとえば生産ラインの装置内で用いたいケースや、ガスが充満するような環境下で用いたいケースなどがあるでしょう。このようなケースの撮影であれば、コンパクトなサイズの方が最適でしょう。
シャッター方式
- グローバルシャッター
- ローリングシャッター
シャッターは上記の2つに分けられ、グローバルシャッターはまぶたのように閉じるタイプで非常に性能が高い特徴がありますが、比較的高価なタイプです。一方のローリングシャッターはシャッターの部分が回転するタイプで、比較的リーズナブルに製造することができます。ただ撮影する対象が回転する物や動く物の場合は、像がゆがんでしまい、不思議な絵のようになってしまうこともあるので注意しましょう。そのためシャッターは、どのような撮影を対象にしているかを考慮したうえで選定することが大切です。
環境対応、ハウジング
防水・防湿・防爆など用途によって、カメラを収めるハウジングに必要な仕様が異なってきます。防塵や防水のカメラが求められるケースだと、「IPコード」を参考にすると良いでしょう。IPコードとは機器の防塵・防水の耐性を示した規格になっているので、必要であればチェックしてください。
まとめ
3Dマシンビジョンで用いるカメラを選定する場合、性能が良ければ良いというわけではありません。性能が高ければ高いほど、費用も高くなってしまうので注意が必要です。また状況によってはコンパクトサイズが良いケースもあり、要望に合ったカメラを選定することが大切になってきます。どのような対象物を撮影したいのか、どんな環境で撮影するのかなどを考慮して、カメラを選定しましょう。
