62 acquisition d`images

G uide d’achat
ACQ U I S I T I O N D ’ I M A G E S
Les caméras de vision
industrielle
Les caméras de vision “de base” ne sont pas inquiètes pour leur avenir. Malgré
la multiplication des systèmes intégrés embarquant les fonctions de traitement
d’images, elles restent omniprésentes et les fournisseurs continuent de renforcer
leur offre, déjà très conséquente. Avec la variété de modèles présents sur le marché, il peut être difficile de s’y retrouver. Le choix, comme toujours, est dicté par
l’application. C’est elle qui détermine la résolution, la vitesse d’acquisition, le type
de capteur, la dynamique, mais aussi toute une liste de fonctions permettant
d’obtenir la meilleure image qui soit.
L
orsque Sony introduit la première
caméra CCD en 1980, la vision industrielle en est à ses balbutiements.
Premiers algorithmes de traitement
d’images, premières applications industrielles
en contrôle de production, premiers échecs,
aussi… Certains fournisseurs en payent les
frais, d’autres poursuivent leur chemin sur ce
nouveau marché et parviennent à faire oublier
les déboires des débuts.
En une dizaine d’anL’essentiel
nées, la vision indus Le choix d’une caméra de
trielle gagne ainsi ses
vision industrielle repose sur
lettres de noblesse. Le
un grand nombre de critères.
développement du nuLe type de caméra (monomérique, la démocratichrome ou couleur), le
sation des “capteurs”
capteur d’images, la
de vision, l’apparition
résolution et la vitesse
du capteur CMOS aux
d’acquisition sont les
côtés du traditionnel
principaux.
CCD et l’arrivée en
 Viennent ensuite de
force de nouvelles innombreuses fonctions
terfaces, redéfinissent
optiques permettant
les fondements d’une
d’obtenir “une belle image”,
technologie désormais
tels que le format du capteur,
mature.
la vitesse d’obturation, ou le
mode de balayage.
De ces évolutions résulte une offre particu Dans tous les cas, c’est
l’application qui commande…
lièrement large : des
caméras les plus sim-
62
ples aux systèmes intégrés les plus sophistiqués, en passant par des capteurs embarquant l’affichage, l’éclairage et plus ou moins
d’“intelligence”, il y a toujours moyen de
répondre aux besoins de son application…
Le marché des caméras, en particulier, offre
une impressionnante variété de modèles. A
l’image de la photographie ou de la vidéo
grand public, on y trouve toutes sortes de
résolutions, de vitesses et un grand nombre
de fonctions plus ou moins connues.
Pour faire le bon choix, il faut avant tout
revenir à quelques notions fondamentales…
Dans une application de vision industrielle,
tout commence par l’acquisition d’une
image au niveau d’un capteur (CCD ou
CMOS). Celui-ci est un semi-conducteur
constitué d’un réseau d’éléments photosensibles, les pixels, qui sont assemblés de manière linéaire ou matricielle. Les pixels capturent les photons de la lumière visible et les
convertissent en charges électriques (par
effet photoélectrique). A la sortie du capteur,
le signal est numérique. Ensuite, il peut être
converti sous forme analogique dans la caméra avant d’être transféré à la carte d’acquisition et de traitement d’images (dans ce cas,
la caméra est analogique), ou directement
transmis à la carte sous forme numérique
(dans ce cas, la caméra est numérique). Le
Baumer Electric

Il existe une très large variété de caméras de vision industrielle.
Pour faire le bon choix, il faut notamment considérer le type de
capteur, la résolution et la vitesse d'acquisition.
traitement de l’image proprement dite s’effectue alors dans la carte, qui transfère ensuite les résultats dans la mémoire interne
du PC.
Le choix d’une caméra se résume donc à
considérer trois étapes : la manière dont
l’image est acquise (avec le format du capteur, sa vitesse d’acquisition, sa résolution,
etc.), l’endroit où elle est convertie (à l’intérieur de la caméra ou pas), et la manière
dont elle est transmise à la carte. En pratique,
cela se traduit par de nombreux critères.
« L’application définit le choix d’un modèle couleur ou
monochrome.Viennent ensuite la résolution, la vitesse
d’acquisition, le type de capteur et sa configuration, la
dynamique, le type de caméra (numérique ou analogique)
et enfin les interfaces qui lui sont associées », indique
Jacques Roman, responsable support caméras chez i2S.
Plus que tout autre critère, le choix d’une
caméra monochrome ou couleur est entièrement dicté par les exigences de l’application.A l’origine, un capteur CCD ou CMOS
ne prend qu’une image monochrome. Il
n’est en effet sensible qu’à la quantité de
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photons qu’il reçoit, et ce dans un spectre
bien défini (entre l’ultraviolet et le proche
infrarouge). Pour qu’il acquière des images
en couleur, il faut trouver une astuce. Par le
passé, la plupart des caméras couleur intégraient pour cela trois capteurs CCD recouverts d’un filtre coloré. Un prisme divisait la
lumière blanche incidente en trois composantes, et les projetait sur chacun des capteurs. L’image “complète” était alors reconstruite dans la carte d’acquisition ou
directement dans la caméra.
Ce principe permettait d’obtenir des caméras couleur de haute résolution, mais à un
prix élevé (jusqu’à deux ou trois fois supérieur à celui d’une caméra monochrome),
si bien que l’on se contentait parfois des niveaux de gris d’une caméra monochrome
pour une application nécessitant un contrôle
de couleurs… Désormais, les caméras couleur tri-CCD cohabitent avec des caméras
constituées d’un seul capteur CCD et de filtres colorés (tels que le filtre de Bayer).
L’image complète est ensuite reconstituée en
couleurs dans la carte d’acquisition.
La solution, plus simple qu’une caméra triCCD, est aussi bien moins coûteuse. « On
trouve désormais des caméras couleur mono-CCD pour
quelques centaines d’euros de plus qu’une caméra monochrome, avec une résolution proche de celle des caméras
tri-CCD », indique M. Roman.
Malgré tout, les caméras monochromes sont
encore utilisées dans plus de 80 % des applications de vision industrielle (à la différence,
par exemple, des applications de vidéosurveillance ou de visioconférence). Il faut dire
que la plupart d’entre elles se limitent à des
contrôles de présence/absence, des lectures
de caractères et des mesures dimensionnelles, autrement dit des contrôles dans lesquels
la couleur de l’objet n’intervient pas. Par
ailleurs, les caméras couleur sont pénalisées
par des temps de calcul
plus
longs, et nécessitent souvent de
bien maîtriser
l’éclairage. A
l’heure actuelle, leur emploi reste encore limité à
des applications très spécifiques, telles que le contrôle de la maturité des fruits
et de la cuisson des biscuits dans l’agroalimentaire, ou le contrôle de marquages couleur dans la pharmacie.
Une fois que l’on a choisi une caméra couleur ou monochrome, il faut se pencher sur
la résolution du capteur (exprimée en
pixels). A l’image des appareils photo numériques, les caméras de vision industrielle
offrent des résolutions toujours plus élevées.
En quelques années, le traditionnel formatVGA
(640 x 480 pixels) perd de plus en plus de
terrain au profit du XVGA (1024 x 768 pixels)
et des caméras mégapixels (de 1 024 x 1 024 à
3 264 x 2 448 pixels, voire plus).
Là aussi, tout dépend de l’application. Pour
les contrôles les plus simples (détection de
présence/absence, par exemple), leVGA suffit. Pour des applications de vision plus complexes, il faut passer à de plus hautes résolutions. Le contrôle des composants sur les
tranches de semi-conducteurs (wafer), par
exemple, nécessite des résolutions supérieures au mégapixel.
Mais on ne peut sélectionner une résolution
sans prendre en compte la vitesse d’acquisition de la caméra. Un capteur de faible
Les caméras peuvent être
utilisées pour des applications
industrielles ou scientifiques.
Suivant les cas, on privilégie
alors leur robustesse, leur
résolution ou encore leur
sensibilité.
Kappa
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résolution permet en effet d’aller beaucoup
plus vite (entre 60 et 80 images/seconde
pour un capteur CCD de 640 x 480 pixels,
contre moins de 5 images/seconde pour des capteurs
CCD de
Imasys
3 288x2 470 pixels).
Autre critère indissociable, la configuration
du capteur. Par rapport aux capteurs CCD
ou CMOS matriciels, les capteurs linéaires
permettent en effet d’obtenir des vitesses
d’acquisition largement supérieures. Le modèle CCD linéaire Aviiva SM2 d’Atmel, par
exemple, offre une fréquence d’acquisition
allant jusqu’à 98 kHz.
Traditionnellement, les caméras linéaires
sont utilisées pour le contrôle de matières
premières en défilement ou de produits non
conditionnés (fruits et légumes en vrac, rouleaux de cartons, etc.), alors que les caméras
matricielles sont privilégiées dans le contrôle
d’objets conditionnés. Mais la différence ne
s’arrête pas toujours là. Bien souvent, les caméras linéaires sont utilisées à la place des
modèles matriciels pour obtenir de plus
grandes vitesses d’acquisition, ou lorsque la
forme des pièces contrôlées s’y prête (c’est
le cas par exemple lorsqu’on souhaite contrôler le profil d’un objet cylindrique qui
tourne sur lui-même).
La vitesse d’acquisition dépend aussi de la
technologie utilisée dans le capteur d’images. Dans un capteur CCD (charge coupled device),
les charges sont collectées durant le temps
d’exposition dans le condensateur associé à
chaque pixel, puis transférées de pixel à pixel
jusqu’à une sortie commune où elles sont
converties en tension. Une matrice CCD est
donc lue de ligne à ligne, “dans l’ordre”.
Dans un capteur CMOS (complementary metal
oxide semiconductor), en revanche, la conversion
se fait au niveau de chaque pixel. Les pixels
peuvent donc être lus à n’importe quel endroit et dans n’importe quel ordre : c’est
“l’accès aléatoire aux pixels”. Conséquence,
on peut sélectionner la zone contenant l’information utile, et accroître ainsi les cadences du contrôle… Attention tout de même
63
Guide d’achat
Caméras numériques sans traitement embarqué*
Fabricant
(Représentant)
Capteur
Modèle
Résolution
(Format)
Fréquence
d’acquisition
Monture
Interfaces
Atmel (Imasys)
CCD Linéaire
Aviiva SM2
512
98 kHz
C ou F
CameraLink
8/10/12 bits. Anti-blooming. Trigger
Aviiva M4
8 192 (4,47””)
19 kHz
M72
CameraLink
8/10/12 bits. Anti-blooming. Trigger
Atmos 1M60
1 312x1 024 (1/2“)
48 images/s
C
CameraLink
45x45x45
8/10/12 bits. LUT, ROI, trigger
Atmos 2M60
2 096x1 184 (2/3“)
48 images/s
C
CameraLink
44x44x45
8/10/12 bits. LUT, ROI, trigger
Guppy F-033
640x480 (1/3“)
60 images/s
C et CS
IEEE-1394a
30x30x47
DCAM, I/O, triggers, LUT, AGC
Oscar F-810
3 288x2 470 (2/3“)
3,1 images/s
C
IEEE-1394a
44x44x65,9
DCAM, I/O, triggers, LUT, FIFO
Guppy F-036
752x480
60 images/s
C et CS
IEEE-1394a
CMOS
AVT (Imasys)
CCD matriciel
CMOS
Baumer Optronic
Dimensions Observations
(mm)
DCAM, I/O, triggers, LUT, AGC
Marlin F-131
1 280x1 024 (2/3“)
30 images/s
C
IEEE-1394a
58x44x29
CCD linéaire
FWL120
2 048
2,8 kHz
F
IEEE-1394a
56x73x93,9
CCD matriciel
FWX03/c
656x494 (1/3“)
70 images/s
C
IEEE-1394a
73x56x55
N/B et couleur
FWX401D
2 048x2 048 (1,3“)
10 images/s
F
IEEE-1394a
73x56x95
N/B
FQX33c
2 088x1 550 (1/1,8“)
5 images/s
C
IEEE-1394a
73x56x55
Couleur. Option : refroidie
FQX80c
3 264x2 448 (2/3“)
3 images/s
C
IEEE-1394a
73x56x55
Couleur. Option : refroidie
ARC-HS14/c
1 390x1 040 (2/3“)
15 images/s
C
IEEE-1394a
88x39x78
N/B et couleur. Refroidie
ARC-HR50c
2 560x1 920 (2/3“)
2,5 images/s
C
IEEE-1394a
88x39x78
Couleur. Refroidie
iX03/c
656x494 (1/3“)
70 images/s
C
BaumerLink
42x42x51,4
N/B et couleur. Système
multicaméras Baumer iMux
iX20/c
1 624x1 236 (1/1,8“)
12 images/s
C
BaumerLink
42x42x51,4
N/B et couleur. Système
multicaméras Baumer iMux
FWXC03c
640x480 (1/4“)
64 images/s
C
IEEE-1394a
73x56x55
Couleur
FWXC30c
2 048x1 536 (1/2“)
10 images/s
C
IEEE-1394a
73x56x55
Couleur
ARC-CM13c
1 280x1 024 (1/2“)
18 images/s
C
IEEE-1394a
88x39x78
Couleur. Refroidie
iXC13c
1 280x1 024 (2/3“)
22 images/s
C
BaumerLink
35x35x42
N/B Syst. multicaméras Baumer iMux
CMOS
DCAM, I/O, triggers, LUT, FIFO
Cohu
(SAIS)
CMOS
7800
1 280x1 024 (2/3“)
30 images/s
C
CameraLink
42x42x15
Dalsa (i2S)
CCD linéaire
Spyder GigE
1 024 (1“)
68 kHz
C, F, M42
Gigabit Ethernet
60x72x60
Nouvelles caméras Gigabit Ethernet,
8/10/12 bits
Piranha3
12 288
23 kHz
M72
CameraLink
80x150x42
Caméras rapides haute résolution
8/12 bits, 2 à 8 voies
Pantera TF1M60
1 024x1 024 (1“)
60 images/s
C, F, M42
CameraLink
94x94x45
8/10/12 bits, pixels carrés
Pantera TF 11M4
4 008x2 672 (24x36)
4 images/s
F, M72
CameraLink
94x94x45
8/10/12/14 bits, pixels carrés
1M28-SA
1 024x1 024 (1“)
28 images/s
C
CameraLink
55x55x45
Dynamique 120 dB, ROI,
pixels carrés
1M150-SA
1 024x1 024 (1“)
150 images/s
C
CameraLink
55x55x45
Dynamique 120 dB, ROI,
pixels carrés
8 ou 10 bits, RJ45, I/O, strobe, LED
CCD matriciel
CMOS
Dalsa Coreco
(Imasys)
CCD matriciel
Genie M640
640x480 (1/2“)
60 images/s
C
Gigabit Ethernet
29x44x67
Fast Vision
(SAIS)
CMOS
Fastcam 13
1 280x1 024
500-50 000 im/s
C, F
CameraLink
NC
Fastcam 40
2 352x1 728
240-40 000 im/s
C, F
CameraLink
NC
Hamamatsu**
CCD linéaire
C10 000
128x2 048
100 kHz
F
CameraLink
150x150x21
Module à intégrer dans un châssis
CCD matriciel
C9260-905
640x480
20 images/s
C
USB 2.0
150x150x21
Module à intégrer dans un châssis
F
CameraLink
85x85x160
Haute résolution
234x187x54
Détection RX pour CND/radiographie/
diffraction
IDS (Imasys)
C9300-124
4 000x2 672
15 images/s
CMOS
C9311 DK
1 248x1 152
30 images/s
CCD matriciel
UI-2310
640x480 (1/4“)
75 images/s
C
USB 2.0
34x32x34,4
I/O, trigger, WDM, TWAIN, Linux
UI-2250
1 600x1 200 (1/1,8“)
12 images/s
C
USB 2.0
34x32x34,4
I/O, trigger, WDM, TWAIN, Linux
*Les tableaux ne présentent que les modèles de plus faible et de plus haute résolution - **Propose également des caméras linéaires spécifiques pour détection de rayons X
64
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Guide d’achat
Caméras numériques sans traitement embarqué
Fabricant
(Représentant)
Capteur
Modèle
Résolution
(Format)
Fréquence
d’acquisition
Monture
Interfaces*
Dimensions Observations
(mm)
IDS (Imasys)
CMOS
UI-1210
640x480 (1/2“)
55 images/s
C
USB 2.0
34x32x27,4
I/O, trigger, WDM, TWAIN, Linux
UI-1460
2 048x1 536 (1/2“)
10 images/s
C
USB 2.0
34x32x27,4
I/O, trigger, WDM, TWAIN, Linux
IPX-11M5-L
4 000x2 672
5 images/s
F
CameraLink
67x67x67
8,10,12 bits. Lut, ROI, trigger,
format 1.46“x1.012“
IPX-11M5-G
4 000x2 672
5 images/s
F
Gigabit Ethernet
67x67x67
8,10,12 bits. Lut, ROI, trigger,
format 1.46“x1.012“
IPX VGA 210L
640x480 (1/3“)
210-3000 im/s
C, F
CL, Gigabit
Ethernet
67x67x41
Couleur ou monochrome
IPX VGA 120L
640x480 (1/3“)
120 images/s
C, F
CameraLink
67x67x41
IPX 11M5-L
4 000x2 672
5 images/s
F
CL, Gigabit
Ethernet
67x67x41
CCD Kodak
CCD linéaire
CV-L107
3x2 048
19 kHz
F
CameraLink
90x90x90
Tri-CCD, capteur 28,7 mm
CCD matriciel
TM-6740
640x480 (1/2“)
208 images/s
C
CameraLink, GigE
51x51x74(85)
Jusqu’à 3 200 images/s en ROI
TM-4100
2 048x2 048 (1/2“)
15 images/s
CameraLink, GigE
51x51x74(85)
CV-A33
659x493 (1/2“)
117 images/s
C
CameraLink
35x44x58
Vidéo rapide. Jusqu’à 4 995 im/s
en ROI
CV-A20
1 920x1 080 (2/3“)
60 images/s
C
CameraLink
44x35x58
Sortie 10 bits, format HDTV
DX40-285CL
1 384x1 032
15 images/s
C
CameraLink
60x60x47
Caméra 12 bits très robuste.
Version N/B
DX40-274CL
1 628x1 236
12 images/s
C
CameraLink
60x60x47
Caméra 12 bits très robuste.
Version N/B
DVL512R
512
73,8 kHz
C/F/M39
M42
LVDS, CL, RS422
Anti-blooming, shutter, pixel clock
40 MHz
DVL7500T2
7 500
5,2 kHz
F/M39
M645/M42
LVDS, CL, RS422
Shutter émulé. Fréquence pixel :
20 MHz
CCD matriciel
LUxxx
De 640x480 à
11 Mpixels (1/2-1“)
NC
C
USB 2.0
60x100x40
Couleur ou monochrome
CMOS
LUxxx
De 640x480 à
11 Mpixels (1/2-1“)
NC
C
USB 2.0
60x100x40
Couleur ou monochrome
CCD matriciel
mvBlueFox 120G/
CU**
640x480 (1/4“-1/3“)
60-100 im/s
C/CS
USB 2.0
38,8x38,8x58,5 2I/2O N/B ou couleur. Bayer pattern,
backfocus
mvBlueFox 124G/
CU**
1 600x1 200 (1/1,8“)
16 images/s
C/CS
USB 2.0
38,8x38,8x58,5 2I/2O N/B ou couleur. Bayer pattern,
backfocus
CMOS
mvBlueFox 102G/
CU**
1 280x1 024 (1/2“)
16 images/s
C/CS
USB 2.0
38,8x38,8x58,5 2I/2O N/B ou couleur. Bayer pattern,
backfocus
CCD matriciel
mvBlueCougar
120G/CU
640x480 (1/4“-1/3“)
60-100 im/s
C/CS
Gigabit Ethernet
96x38,8x38,8
2I/2O N/B ou couleur. Bayer pattern,
backfocus
mvBlueCougar
124G/CU
1 600x1 200 (1/1,8“)
16 images/s
C/CS
Gigabit Ethernet
96x38,8x38,8
2I/2O N/B ou couleur. Bayer pattern,
backfocus
CMOS
mvBlueCougar
102G/CU
1 280x1 024 (1/2“)
16 images/s
C/CS
Gigabit Ethernet
96x38,8x38,8
2I/2O N/B ou couleur. Bayer pattern,
backfocus
Mikrotron
(Photon Lines)
CMOS
MC13XX
1 280x1 024 (1“)
Jusqu’à 500 im/s C
CameraLink
63x63x47
Couleur ou monochrome
NET (Elvitec)
CCD matriciel
FO113B
640x480 (1/3“)
60 images/s
C
IEEE-1394
44x29x63
N/B ou couleur
FO531B
1 628x1 236 (1/1,8“)
10 images/s
C
IEEE-1394
44x29x63
N/B ou couleur
Imperx (Imasys)
Imperx
(SAIS)
Jai-Pulnix
(Imasys)
CCD matriciel
CCD matriciel
CMOS
Kappa
Lord Ingénierie
Lumenera
(Photon Lines)
Matrix Vision
CCD matriciel
CCD linéaire
PCO
(Photon Lines)
CCD matriciel
PixelFly
De 640x480 à
1,3 Mpixels (2/3“)
Jusqu’à 40 im/s
C
NC
40x40x60
12 bits
Photonfocus (i2S)
CMOS
Blizzard-60
750x400 (2/3“)
60 images/s
C
USB 2.0, CL
55x55x24
8/10 bits, dynamique 120 dB, ROI
Hurricane-40
1 024x1 024 (1“)
37 images/s
C
USB 2.0, CL
55x55x39
8/10/12 bits, dynamique 120 dB, ROI
*Dans toute la colonne, CL est utilisé pour CameraLink - ** Existe en module OEM
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65
Guide d’achat
Caméras numériques sans traitement embarqué (suite)
Fabricant
(Représentant)
Capteur
Modèle
Résolution
(Format)
Fréquence
d’acquisition
Monture
Interfaces*
Dimensions Observations*
(mm)
Pixelink (Elvitec)
CMOS
PL-A741
1 280x1 024 (2/3“)
28 images/s
C
IEEE-1394
35x50x100
Obturateur global. N/B ou couleur
PL-A781
2 208x3 000 (1“)
5 images/s
C
IEEE-1394
40x50x102
Obturateur tournant. N/B ou couleur
EC-650
659x493 (1/2“)
C
IEEE-1394a
38x33x46
Balayage progressif
EC-1600
1 620x1 220 (1/1,8“)
C
IEEE-1394a
38x33x46
Balayage progressif
EC-640
659x493 (1/2“)
C
IEEE-1394a
28x33x46
Balayage progressif
EC-1280
1 280x1 024 (2/3“)
C
IEEE-1394a
28x33x46
Balayage progressif
CV-640F
659x494 (1/2“)
C
IEEE-1394b
31x53x63
Balayage progressif
CV-1280F
1 280x1 024 (2/3“)
C
IEEE-1394b
31x53x63
Balayage progressif
Megaplus2
ES-2020
1 600x1 200
C, F
IEEE-1394a, CL
52,1x46x52,1
Balayage progressif
Megaplus2
ES-11000
4 008x2 672
C, F
IEEE-1394a, CL
113x61,3x83,2 Balayage progressif
Scion Corporation (SAIS) CCD matriciel
CFW 1310
1 360x1 024 (1/2“)
7,5 images/s
C
IEEE 1394
140x57x57
Couleur ou monochrome
Sony
CCD matriciel
XCD-V50/CR
640x480 (1/3“)
60 images/s
C
IEEE-1394
57,5x44x29
IEEE-1394b. Existe en N/B et couleur
XCL-U1000/C
1 628x1 236 (1/1,8“)
15 images/s
C
CameraLink
44x56x95
Existe en version N/B et couleur
Sony
(Alliance Vision)
CCD matriciel
XCD-X170
1 024x768 (1/3“)
C
IEEE-1394a
44x33x116
Balayage progressif
XCD-SX910
1 280x960 (1/2“)
C
IEEE-1394a
44x33x116
Balayage progressif
XCL-V500
648x494 (1/3“)
C
CameraLink
29x29x30
Balayage progressif
XCL-U1000
1 600x1 200 (1/1,8“)
C
CameraLink
44x56x95
Balayage progressif
XCD-V50
640x480 (1/3“)
C
IEEE-1394b
44x29x57,5
Balayage progressif
XCD-V50-CR
640x480 (1/3“)
60 images/s
C
IEEE-1394b
44x29x57,5
IEEE-1394a et b, N/B / couleur
jusqu’à 1280x960
XCL-U1000/C
1 600x12 000 (1/1,8“)
15 images/s
C
CameraLink
44x65x95
Gamme de 5 caméras CL, N/B
et couleur
SVS084
640x480 (1/3“)
111 images/s
C
CameraLink
50x50x43
SVS11000
4 008x2 672
5 images/s
M58
CameraLink
65x65x45
LBD 500@7000
512
70 kHz
F
CameraLink
70x55x98
LXC 8000@14000
8 000
14 kHz
M60
CameraLink
82x110x133
TAG MBD 640@60
640x480 (1/3“)
60 images/s
C
Gigabit Ethernet
42x55x115
TAG MBD
1600@15
1 600x1 200
15 images/s
C
Gigabit Ethernet
42x55x115
Tapix
MBM640@200
640x480
200 images/s
C
CameraLink
42x55x155
Tapix
MBM1300@500
1 280x1 024
500 images/s
C
CameraLink
82x110x133
C-CS8550DIF
640x480 (1/3“)
60 images/s
C
IEEE-1394
35x49x98
C-CS3970CL
1 628x1 236 (1/1,8“)
15 images/s
C
CameraLink
43x54x59
C-CSB1100CL
1 240x1 023
22,9 images/s
C
IEEE-1394
54x43x29
Existe en CameraLink
C-CSB4000F
2 008x2 047
7,3 images/s
C
IEEE-1394
54x43x94,5
Existe en CameraLink
Fire-i501
640x480 (1/3“)
60 images/s
C
IEEE-1394
64x64x60
8 ou 10 bits, N/B ou couleur Raw
Fire-i810
1 600x1 200 (1/1,8“)
10 images/s
C
IEEE-1394
64x64x60
8 ou 12 bits, N/B ou couleur Raw
CCD matriciel
Luca
De 640x480 à
1 280x1 024 (1/2“)
Jusqu’à 75 im/s
C
USB 2.0
46x68x35
Couleur ou monochrome
CMOS
Luca
752x480 (1/3“)
Jusqu’à 86 im/s
C
USB 2.0
46x68x35
Couleur ou monochrome
Dica
1 280x1 024 (2/3“)
Jusqu’à 27 im/s
C
IEEE 1394a
46x90x35
Couleur ou monochrome
PCO.1300
(2/3“)
Jusqu’à 25 im/s
C ou F
IEEE 1394a
60x60x60
14 bits
Prosilica
(Alliance Vision)
CCD matriciel
CMOS
Redlake
(Alliance Vision)
Sony (i2S)
CCD matriciel
CCD matriciel
SVS Vistek
(Elvitec)
CCD matriciel
Tattile (Elvitec)
CCD linéaire
CCD matriciel
CMOS
Teli-Toshiba
(Elvitec)
CCD matriciel
CMOS
Unibrain (i2S)
CCD matriciel
8 000 pixels N/B
*Dans toute la colonne, CL est utilisé pour CameraLink
66
MESURES 783 - MARS 2006 - www.mesures.com
Guide d’achat
à ne pas confondre cette fonction “naturelle”
des capteurs CMOS avec la sélection de régions d’intérêt (ROI) que l’on retrouve dans
un nombre croissant de capteurs CCD. Il
s’agit bien dans ce cas d’un mode de lecture
partielle permettant d’accroître les cadences
de l’application, mais le transfert de charges
de pixels à pixels impose tout de même de
lire des lignes entières…
Une caméra à capteur CMOS est aussi moins
chère qu’une caméra CCD. Elle convient aux
applications les plus courantes (relativement
peu gourmandes en résolution) ou à celles
qui nécessitent des cadences particulièrement élevées. Les essais en crash-tests, par
exemple, sont effectués avec des caméras
CMOS offrant plus de 1 000 images par seconde. Mais si les capteurs CMOS ont fait de
réels progrès en termes de qualité d’images,
ils souffrent encore d’un niveau de bruit supérieur à celui d’un CCD, et d’une sensibilité
plus faible. Pour les applications de vision
“haut de gamme”, le CCD reste donc une
référence.
Autre critère à prendre en compte, la dynamique de la caméra, autrement dit le nombre de niveaux de gris utilisables pour chaque pixel. Dans le cas d’une caméra
analogique, la dynamique est exprimée sous
la forme du rapport (en dB) entre la tension
de saturation et le bruit moyen de la sortie.
Dans le cas d’une caméra numérique, c’est
le nombre de bits sur lesquels est codé le
niveau de gris. Si la plupart des caméras offrent une dynamique de 8 bits, on trouve
aussi des modèles offrant une dynamique de
10, 12, 14 voire 16 bits, qui sont utilisés
dans certaines applications spécifiques (notamment dans l’industrie électronique) ou
dans le domaine scientifique.
Attention cependant à ne pas confondre la
dynamique d’une caméra numérique avec
la résolution de la conversion analogique
numérique (qui est elle aussi exprimée en
bits).
Le choix des interfaces
Restent deux critères essentiels : le choix
d’une caméra analogique ou numérique,
et celui de l’interface qui permettra de
transférer les données à la carte d’acquisition
et de traitement d’images.
Entre le numérique et l’analogique, il semble
désormais ne plus y avoir de controverses.
Même si l’analogique équipe encore la
grande majorité des applications de vision
actuelles, l’offre ne cesse de se restreindre au
profit des modèles numériques, toujours
plus nombreux. « Ceux qui s’équipent actuellement
en caméras analogiques sont presque toujours des indus-
Le format du capteur a aussi son
importance. Un capteur
constitué d'un grand nombre de
pixels offre une bonne
sensibilité et une résolution
élevée, mais il trouve ses limites
dans les applications nécessitant
des vitesses élevées.
Sony
triels qui travaillent déjà en analogique et qui ne tiennent
pas à tout redévelopper », indique Alexandre Kairo,
ingénieur technico-commercial chez Imasys.
L’analogique est aussi privilégié dans le domaine de la vidéosurveillance, et dans les cas
où la caméra est très éloignée du PC. Les protocoles numériques actuels sont en effet limités en termes de distances : jusqu’à 5 mètres pour l’USB, et jusqu’à 10 mètres pour
le CameraLink ou l’IEEE 1394a (à moins
bien sûr d’installer des répéteurs). Mais « à
part dans ces cas particuliers, nous ne conseillons pratiquement plus que du numérique », souligne M. Kairo.
Il faut dire aussi qu’en quelques années, la
technologie est devenue plus abordable. « On
trouve aujourd’hui des caméras numériques au prix des
caméras analogiques il y a cinq ou six ans », indique
M. Roman.
Du côté des interfaces en revanche, les débats
sont encore loin d’être clos… Entre le
Firewire (IEEE-1394a et b), le CameraLink,
l’USB et le tout dernier Gigabit Ethernet, que
choisir ? Là aussi, tout dépend des besoins de
l’application.
Le Firewire permet d’atteindre un débit de
400 Mbits/s (pour l’IEEE-1394a) ou
800 Mbits/s (pour l’IEEE-1394b), soit une
valeur suffisante pour un grand nombre
d’applications de vision industrielle. Autre
intérêt, c’est un standard “universel” venu
de l’informatique grand public. Les différents composants (câbles, cartes, etc.) sont
donc courants et bon marché. Pas besoin
d’utiliser une carte d’acquisition d’images
spécifique, une simple carte réseau dotée
d’un port IEEE-1394 suffit. FireWire est un
bus auquel on peut raccorder simplement
un grand nombre de caméras (jusqu’à 63),
et ce de manière “plug and play”. La liaison est
aussi plus adaptée à la synchronisation de
plusieurs caméras (pour contrôler par exemple les différentes faces d’une même
pièce).
Seuls inconvénients, FireWire dépend de
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l’OS utilisé (seul Windows propose de manière native la gestion de l’IEEE-1394), sa
bande passante est limitée dans les applications les plus exigeantes (on ne trouve
d’ailleurs pas d’interfaces FireWire sur des
caméras linéaires) et elle est partagée entre
les différentes caméras mises en réseau…
L’interface USB, de son côté, ressemble fortement à l’IEEE-1394a. Même popularité (en
fait, une popularité encore plus grande),
débits un peu moins élevés mais très acceptables, même type de raccordement… et
même type d’applications. « L’USB convient aux
applications les plus courantes en termes de résolutions et
de cadences, souligne M. Roman. Mais elle est arrivée (du moins dans les caméras) bien après l’IEEE-1394a,
en offrant pratiquement les mêmes spécifications.A cause
de ce retard, elle reste confinée sur un petit marché ».
L’interface CameraLink, en revanche, est dédiée à la transmission de signaux vidéo. Son
principal intérêt réside dans sa bande passante. Avec des débits allant jusqu’à
2,3 Gbits/s dans sa configuration “Base”,
elle convient en effet aux applications de vision les plus complexes. « On l’utilise pour raccorder les caméras linéaires et pour les applications nécessitant de hautes résolutions et de hautes cadences »,
indique M. Kairo. La liaison est indépendante
de l’OS, mais elle nécessite d’utiliser une
carte spécifique. Autre limite, CameraLink
n’est pas un bus mais une liaison point à
point. Elle offre donc moins de souplesse
pour installer plusieurs caméras en réseau (il
faudra toujours une caméra par interface…).
Jusqu’à présent, toutes ces interfaces semblaient cohabiter de manière pacifique. Mais
l’arrivée en force du Gigabit Ethernet pourrait changer la donne. Ces derniers mois, de
nombreux fabricants s’y sont mis (Dalsa,
Imperx, Jai-Pulnix, MatrixVision ou Tattile pour ne
citer qu’eux). Mais alors qu’il était jusqu’à
présent nécessaire d’utiliser des boîtiers assurant la conversion de signaux LVDS, ana-
67
Guide d’achat
logiques ou CameraLink vers le Gigabit
Ethernet, l’interface est désormais “native”
sur les caméras numériques. Ses avantages
sont multiples. Les données sont transmises
avec un débit de 1 Gbits/s à des distances
allant jusqu’à 100 mètres, et elles arrivent
dans le PC à travers une simple carte réseau.
Seul inconvénient, le protocole n’est pas encore complètement défini, et il n’y a que très
peu de logiciels et de bibliothèques de traitement d’images qui sont fournis avec. Mais
cela ne l’empêche pas de faire l’unanimité.
« Avec un débit de 1 Gbits/s, et bientôt de 10 Gbits/s,
Ethernet va certainement monter en puissance dans les
applications de vision industrielle, souligne
M. Roman. Pas forcément tel qu’on le connaît actuellement, mais peut-être sous une “nouvelle forme” qui serait
un mélange des interfaces que nous connaissons ».
Du côté des caméras analogiques, en revanche, les choses sont bien plus simples. Plus
de trois quarts des caméras monochromes
actuelles utilisent un signal analogique basé
sur la norme CCIR, l’équivalent européen de
la norme RS170 (mise au point aux ÉtatsUnis dans les années 30 pour définir le signal vidéo utilisé dans les télévisions noir et
blanc). Les standards PAL (en Europe) et
NTSC (aux États-Unis) définissent quant à
eux les signaux analogiques couleur.
Chacun d’entre eux offre un nombre de pixels
et une fréquence spécifiques. Les formats
CCIR et PAL, par exemple, offrent une vitesse
d’acquisition de 25 images par seconde.
Obturateur, format, monture… :
des paramètres clés
Avec ces critères, les principales spécifications de la caméra sont désormais définies.
Pour affiner le choix, il reste à prendre en
Caméras analogiques sans traitement embarqué
Fabricant
(Représentant)
Capteur
Modèle
Résolution
(Format)
Cohu
(SAIS)
CCD matriciel
4912
Jai-Pulnix
(Imasys)
Kappa
Lumenera
(BFI Optilas)
CCD matriciel
CCD matriciel
CCD matriciel
CMOS
Net
(Elvitec)
CCD matriciel
Perkin Elmer
(Elvitec)
CCD linéaire
Sony
CCD matriciel
Sony
(Alliance Vision)
Sony
(i2S)
Teli Toshiba (Elvitec)
68
CCD matriciel
CCD matriciel
CCD matriciel
Vitesse
d’acquisition
Monture Dimensions
(mm)
Observations
752x582 (1/2“)
C, CS
160x67x63
Haute sensibilité (0,02 lux.). Interfaces CCIR/PAL,
RS170, composite
3600
768x494 (1/2“)
C, CS
63x25x25
Modèle miniature pour vision industrielle
et applications scientifiques
CV-A11
659x494 (1/2“)
30 images/s
C
29x44x66
Balayage partiel, balayage progressif, trigger,
setup par RS232
CV-A2
1 628x1 236 (1/1,8“)
15 images/s
C
29x44x66
Trigger, auto-iris, binning, setup par RS232,
balayage progressif
CF8HS
752x582 (1/2“)
50 images/s
C
50x40x67
Monture CS sur demande. Interface Kappa CSI.
Versions 2/3“, 1/3“, 1/4“
CF142
752x582 (1/2“)
50 images/s
C
50x40x77
Monture CS sur demande. Interface Kappa CSI.
Versions 1/3“, 1/4“
Lu075
640x480 (1/3“)
60 images/s
C
57x97x39
USB 2.0 Obturateur global. Haute sensibilité.
Jusqu’à 100 im/s en binning
Lw11055
4 008x2 672
3,5 images/s
K
50x63x41
USB 2.0 Obturateur global. Jusqu’à 6 images/
buffer. Format 24x36mm
Lu125
1 280x1 024 (2/3“)
15 images/s
C
57x97x39
USB 2.0 100 dB (multislope) Jusqu’à 12 images/
buffer. ROI
Lw625
300x2 200 (2/3“)
5 images/s
C
57x97x39
USB 2.0 Obturateur semi-global. Jusqu’à 2
images/buffer. ROI
KS120
752x582 (1/2“)
50 images/s
C
34x34x60
C-NET145LA
1 392x1 040 (2/3“)
15 images/s
C
50x50x76
LC3021PGN-022
512
36 kHz
M42
63,5x63,5x69,1
LC3023PGN-022
2 048
9,5 kHz
M42
63,5x63,5x69,1
XC-ES50/CE
768x494 (1/2“)
30 images/s
C
29x29x32
Technologie interlacée. Existe en version NTSC et
PAL
XC-HR50
659x494 (1/3“)
60 images/s
C
29x29x30
Balayage progressif
XC-HR70
1 024x768 (1/3“)
30 images/s
C
29x29x30
Balayage progressif
XC-HR50
659x494 (1/3“)
60 images/s
C
29x29x30
Balayage progressif
XC-HR70
1 024x768 (1/3“)
30 images/s
C
29x29x30
Balayage progressif
XC-ST51CE
752x582 (1/2“)
50 images/s
C
44x29x57,5
Balayage progressif, interface RS170, CCIR
XC-ES30
752x485 (1/3“)
60 images/s
C
29x29x30
Modèles N/B CCIR/RS170, sensible UV et proche
IR, 1/3“ et 1/2“
XC-HR70
1 024x768 (1/3“)
30-60 images/s
C
29x29x30
Modèles N/B balayage progressif, pixels carrés,
1/3“ et 1/2“
C-CS8560D
640x480 (1/3“)
60 images/s
C
29x29x26,5
Balayage partiel. Modèle compact
C-CS3950D
1 000x800 (1/3“)
30 images/s
C
44x29x78
Existe en sortie LVDS et CameraLink
MESURES 783 - MARS 2006 - www.mesures.com
Guide d’achat
compte différents paramètres permettant
d’obtenir “une belle image”.
Le format du capteur. Le format du capteur
CCD, exprimé en pouces, ne correspond pas
aux dimensions réelles de la matrice. Il s’agit
en fait d’un héritage du temps où l’on utilisait des caméras à tubes. Les diamètres externes de ces tubes s’exprimaient en pouces
(1/2”, 2/3” ou 1”), de même que les dimensions des rectangles photosensibles inscrits à l’intérieur (plus petites que le diamètre externe). Aujourd’hui, les tubes ont
pratiquement disparu, mais les dimensions
des rectangles ont perduré. On trouve le plus
souvent des capteurs de 1/4” (pour des dimensions de 3,2x2,4 mm),1/3”
(4,8x3,6 mm), 1/2 (6,4x4,8 mm), 2/3”
(8,8x6,6 mm), 1” (12,8x9,6 mm), voire
1/1,8” (7,18x5,32 mm).
Ces dénominations sont néanmoins utiles
pour choisir le bon objectif. Pour un capteur
CCD de 1/3”, par exemple, il faut en effet
que le format de l’objectif soit supérieur ou
égal à 1/3”.
La taille du pixel a aussi son importance.
Plus le pixel est gros, plus il reçoit de
lumière, et donc plus la sensibilité de la
caméra est élevée. Les problèmes de distorsion dus à la forme rectangulaire du
pixel ne se posent pratiquement plus.
Désormais, la plupart des matrices se
composent de pixels carrés et conviennent ainsi aux applications de mesures
dimensionnelles.
La monture. Elle désigne la façon de fixer
l’objectif sur la caméra. Les montures C et CS
sont les plus courantes. Seule différence entre
les deux, la distance entre l’arrière de l’objectif et le capteur (17,5 mm pour la monture C, 12,5 mm pour la monture CS). La
monture F est également largement répandue, notamment pour les caméras de haute
résolution.
Le “binning” désigne un mode de lecture
de la matrice CCD dans lequel on associe des
pixels adjacents. Cette méthode réduit bien
sûr la résolution, mais elle augmente la sensibilité de la caméra (deux pixels reçoivent
Les caméras, de A à Z
 Blooming (ou smearing) : sorte de “bavure”
apparaissant lors de la saturation d’un ou
de plusieurs pixels adjacents. De nombreuses caméras sont actuellement dotées
de fonctions “anti-blooming”.
 Capacité du puits de charge (well
capacity) : quantité de charges qu’un pixel
peut stocker. Ce facteur est directement
relié à la dynamique du capteur.
 Facteur de remplissage : pourcentage de
surface photosensible par rapport à la
surface totale du capteur.
 Gain : facteur d’amplification du signal. Un
gain élevé permet d’augmenter le
contraste, mais il augmente aussi le bruit
présent dans l’image.
 Iris : dispositif permettant de réguler la
quantité de lumière qui traverse l’objectif.
S’il est asservi automatiquement en
fonction de la lumière reçue, on parle
d’auto-iris.
plus de lumière qu’un seul) et la vitesse de
lecture de la matrice.
Transfert d’interligne ou de trame ?
Lorsqu’on déplace les charges accumulées
dans les pixels d’un capteur CCD, il faut pouvoir disposer d’une “zone de stockage” avant
de les convertir en tension. Dans un capteur
CCD à transfert de trame, les charges sont
transférées ligne par ligne dans une zone
protégée de la lumière (en bout de ligne).
Dans un CCD à transfert d’interligne, la zone
de stockage se situe juste en dessous de chaque ligne. Un tel capteur offre une sensibilité
inférieure (la surface photosensible est plus
petite), mais il autorise un temps d’intégration, et donc un temps de pose, beaucoup
plus court qu’un CCD à transfert de trame.
A l’heure actuelle, la majorité des caméras
utilisées en vision sont constituées de CCD à
transfert d’interligne. Les CCD à transfert de
trame sont de plus en plus destinés à des
applications en faible luminosité (astronomie, biologie, etc.) pour lesquelles on accepte des temps de pose plus longs.
Le choix des interfaces assurant la transmission
des données entre la caméra et la carte
d'acquisition est déterminant. Parmi les interfaces
des caméras numériques, FireWire, CameraLink et
le Gigabit Ethernet se partagent l'essentiel du
marché.
i2S
MESURES 783 - MARS 2006 - www.mesures.com
 Lux : unité d’éclairement permettant
notamment de définir la sensibilité de la
caméra.
 Offset : ce paramètre s’ajoute au signal de
sortie du CCD pour augmenter les niveaux
de gris de l’image, qui paraît alors “plus
claire”. Le réglage de l’offset peut être
automatique ou manuel.
 Sharpness : paramètre qui influe sur la
netteté de l’image
 Temps d’exposition : temps durant lequel
les cellules photosensibles du capteur sont
exposées à la lumière
 White balance (balance des blancs) :
paramètre permettant de modifier la
quantité de rouge et de bleu présents
dans l’image pour obtenir une représentation plus fidèle des couleurs. La balance
des blancs se configure de manière
automatique ou manuelle
Balayage progressif ou entrelacé ? A l’origine, les premiers capteurs CCD délivraient
des images entrelacées. Dans ce format, les
trames paires et impaires sont lues l’une après
l’autre. Dans un capteur à balayage progressif,
au contraire, tous les pixels sont exposés en
même temps. La fonction, indispensable pour
la capture d’objets en mouvement, est désormais utilisée dans la plupart des applications
de vision industrielle.
Dernière précision, la fonction de balayage
progressif est “naturelle” pour un capteur
CMOS, puisqu’il n’y a pas de notion de ligne
(chaque pixel est adressé de manière indépendante).
L’obturateur (ou shutter). En vision industrielle, comme en photographie, il détermine le temps d’exposition du capteur. Un
shutter rapide permet de ne pas saturer le
capteur et de réduire l’effet de “flou” induit
par la capture d’un objet en mouvement.
D’un autre côté, les images sont plus sombres (puisque la matrice reçoit moins de
lumière). Si l’on utilise un shutter à haute
vitesse, il faut donc employer un éclairage
puissant et un objectif à grande ouverture.
La plupart des caméras offrent un mode
d’obturation global (global shutter), dans lequel
tous les pixels sont exposés au même moment et pendant le même temps. Ce mode
est particulièrement utile pour l’acquisition
d’objets en mouvement. Ce n’est pas le cas
en revanche des obturateurs tournants (ou
rolling shutter) dans lesquels les pixels sont lus
les uns après les autres.
Marie-Line Zani
69