Người mới chọn camera cho robot thường nhìn vào độ phân giải trước. Đó gần như luôn là thông số ít quan trọng nhất trong danh sách.
Kiểu màn trập — thông số quan trọng nhất
Màn trập cuốn. Cảm biến đọc từng dòng lần lượt. Rẻ, phổ biến trong camera tiêu dùng và điện thoại.
Vấn đề với robot. Khi camera hoặc vật chuyển động, các dòng được chụp ở thời điểm khác nhau nên ảnh bị méo — đường thẳng đứng thành nghiêng, vật tròn thành méo.
Hậu quả cụ thể. Mọi phép đo hình học từ ảnh đều sai khi có chuyển động. Với robot đang di chuyển hoặc cánh tay đang quay thì đây là sai số hệ thống không sửa được bằng phần mềm.
Màn trập toàn cục. Toàn bộ cảm biến chụp cùng một thời điểm. Không méo. Đắt hơn, thường độ nhạy thấp hơn một chút.
Quy tắc. Robot có chuyển động thì bắt buộc màn trập toàn cục. Đây là điều kiện đầu tiên khi lọc danh sách camera, trước mọi thông số khác.
Ngoại lệ. Camera chỉ chụp khi robot đã dừng hẳn thì màn trập cuốn dùng được, và tiết kiệm được đáng kể.
Tốc độ khung và thời gian phơi sáng
Tốc độ khung. Số ảnh mỗi giây. Quyết định vòng điều khiển dựa trên thị giác chạy nhanh cỡ nào.
Cần bao nhiêu. Với việc nhận diện tĩnh thì vài khung mỗi giây là đủ. Với robot bám theo vật đang chuyển động hoặc điều khiển bằng thị giác thì cần vài chục.
Thời gian phơi sáng và nhoè. Phơi lâu thì ảnh sáng hơn nhưng nhoè khi có chuyển động. Đây là đánh đổi cơ bản.
Cách thoát khỏi đánh đổi. Thêm ánh sáng. Nhiều sáng thì phơi ngắn được mà vẫn đủ sáng. Đầu tư vào đèn thường hiệu quả hơn đầu tư vào camera nhạy hơn.
Đèn nhấp nháy đồng bộ. Kỹ thuật mạnh — đèn công suất cao chớp rất ngắn đồng bộ với màn trập. Đóng băng chuyển động hoàn toàn và giảm ảnh hưởng của ánh sáng môi trường.
Lưu ý với đèn huỳnh quang và đèn LED rẻ. Chúng nhấp nháy theo tần số lưới điện. Camera phơi sáng ngắn có thể chụp trúng lúc đèn tối, cho ảnh sáng tối không đều giữa các khung.
Dải động và độ nhạy
Dải động. Khả năng ghi được cả vùng sáng lẫn vùng tối trong cùng một ảnh.
Vì sao quan trọng với robot. Cảnh thật thường có cả cửa sổ chói và góc tối. Camera dải động thấp thì hoặc vùng sáng trắng bệch hoặc vùng tối đen đặc, và vật trong vùng đó biến mất.
Tình huống điển hình. Robot đi từ hành lang tối ra gần cửa sổ. Camera mất vài giây để thích nghi, và trong vài giây đó nó gần như mù.
Độ nhạy. Cảm biến lớn và điểm ảnh lớn thì nhạy hơn. Đây là lý do camera độ phân giải thấp có thể nhìn tốt hơn trong tối so với camera độ phân giải cao cùng kích thước cảm biến.
Đánh đổi với độ phân giải. Cùng kích thước cảm biến, nhiều điểm ảnh hơn nghĩa là mỗi điểm nhỏ hơn và nhiễu hơn.
Kết luận thực dụng. Với robot, độ phân giải vừa phải cộng độ nhạy tốt cộng dải động rộng thường hữu ích hơn độ phân giải rất cao.
Ống kính và trường nhìn
Phần quyết định ngang camera và hay bị chọn qua loa.
Trường nhìn. Góc nhìn rộng bao nhiêu. Tính từ khoảng cách làm việc và vùng cần thấy.
Đánh đổi. Góc rộng thấy nhiều nhưng mỗi vật chiếm ít điểm ảnh, và méo nhiều ở rìa. Góc hẹp cho chi tiết tốt nhưng thấy ít.
Méo ống kính. Ống kính góc rộng làm đường thẳng cong. Hiệu chỉnh được bằng phần mềm nhưng hiệu chỉnh sai thì gây sai số hình học có quy luật.
Độ sâu trường ảnh. Khoảng cách mà vật còn nét. Khẩu độ nhỏ cho độ sâu lớn nhưng ít sáng. Với robot làm việc ở nhiều khoảng cách thì đây là ràng buộc thật.
Ống kính cố định tiêu cự. Nên dùng thay vì ống kính zoom. Zoom làm hiệu chỉnh thay đổi mỗi khi ai đó chạm vào.
Khoá vòng chỉnh. Sau khi chỉnh nét và khẩu, khoá lại bằng vít hoặc keo. Rung động làm vòng chỉnh xoay dần và ảnh mất nét sau vài tuần — sự cố phổ biến và rất khó đoán ra nguyên nhân.
Giao tiếp và tích hợp
Chuẩn giao tiếp. Ảnh hưởng tới băng thông, chiều dài cáp và độ trễ. Chuẩn công nghiệp cho phép cáp dài và đồng bộ nhiều camera; chuẩn tiêu dùng rẻ hơn nhưng hạn chế chiều dài.
Băng thông. Ảnh độ phân giải cao ở tốc độ khung cao tạo lưu lượng rất lớn. Kiểm xem đường truyền và máy tính có tải nổi không trước khi mua.
Độ trễ. Từ lúc chụp tới lúc chương trình nhận được ảnh. Với vòng điều khiển bằng thị giác thì đây là thông số quan trọng và hiếm khi được công bố — phải tự đo.
Kích hoạt bằng tín hiệu ngoài. Cho phép chụp đúng thời điểm mong muốn và đồng bộ nhiều camera. Cần cho hệ thống nhiều camera hoặc kết hợp với đèn nhấp nháy.
Cáp cho chuyển động. Camera gắn trên tay robot cần cáp chịu uốn lặp lại. Cáp thường sẽ đứt trong vài tháng.
Nguồn nhiệt. Camera công nghiệp toả nhiệt đáng kể và nhiệt làm tăng nhiễu ảnh. Cần đường tản nhiệt, đặc biệt trong vỏ kín.
Câu hỏi thường gặp
Thông số camera nào quan trọng nhất với robot?
Kiểu màn trập. Robot có chuyển động thì bắt buộc màn trập toàn cục, vì màn trập cuốn làm ảnh méo khi có chuyển động và mọi phép đo hình học đều sai.
Cách thoát khỏi đánh đổi giữa độ sáng và độ nhoè?
Thêm ánh sáng. Nhiều sáng thì phơi ngắn được mà vẫn đủ sáng. Đầu tư vào đèn thường hiệu quả hơn đầu tư vào camera nhạy hơn.
Vì sao độ phân giải cao không luôn tốt hơn?
Vì cùng kích thước cảm biến, nhiều điểm ảnh hơn nghĩa là mỗi điểm nhỏ hơn và nhiễu hơn. Với robot, độ nhạy tốt và dải động rộng thường hữu ích hơn.
Vì sao ảnh mất nét sau vài tuần chạy?
Rung động làm vòng chỉnh nét trên ống kính xoay dần. Phải khoá vòng chỉnh bằng vít hoặc keo sau khi cài đặt — sự cố phổ biến và rất khó đoán nguyên nhân.
Đọc thêm trong Pin & quản lý năng lượng và Động cơ & actuator.
