使いやすいカメラモジュールで次のアプリケーションにマシンビジョンを素早く追加

視覚は非常に重要な感覚です。私たちが日常業務に使用するすべての情報のうち、約80%は目から得ています。2014年、マサチューセッツ工科大学（MIT）の神経科学者は、脳はわずか13ミリ秒（ms）の間に目で見たものから画像全体を形作ることができることを発見しました。

視覚の重要性を考えると、私たちの多くが視覚センサをマシンに追加したいと考えるのは当然のことです。製品にマシンビジョンを追加することで、そうでなければ実装が困難、あるいは不可能な機能の多くが可能になります。たとえば、製造工程の初期段階で欠陥を特定できる組立ラインの検査機や、製品の有効期限をチェックできる倉庫ロボットなどです。

難しいのは、人間の目の立体的で高精細な色覚を再現することです。幸いなことに、ほとんどの産業アプリケーションではこのような高性能な機能は必要ありません。たとえば、機械にバーコードをチェックさせたいとします。その場合、センサには高画素数や色の見え方は必要なく、レンズもシンプルで、広い視野または深い視野を必要とせず、システムは特に高速に情報を処理する必要はありません。このため、安価で信頼性の高い市販のビジョンシステムから、このタスクに適したものを幅広く選択することができます。

可視スペクトルの上下の電磁波に感度のあるセンサを選択することで、人間の目を補完することができます。たとえば、赤外線（IR）機能を追加するのは比較的簡単で、人間の目では見えないものをマシンが見ることができます。

アクティブセンサを選択することは1つのことですが、ビジョンシステムには、レンズとホルダ、センサからアプリケーションプロセッサへの電気的接続、すべてを動作させるためのサポート電子機器とソフトウェアなど、さらに多くのものが必要です。その結果、ワイドなシーンを取り込むための超広角レンズや、従来のセットアップのための汎用レンズなど、さまざまなセンサとレンズの選択肢をマッチングさせるため、テストには時間とコストがかかります。

小型で完璧な形状

STMicroelectronicsは、CAM-55G0/CAM-56G3/CAM-66GYカメラプロモジュールにより、開発プロセスを容易にしました。プロモジュールは開発専用に設計されており、必要なイメージセンサ、レンズホルダ、レンズ、およびプラグアンドプレイのフラットフレキシブルケーブル（FFC）接続で構成されています（図1）。開発プロセスが完了したら、STMicroelectronicsは商用ソリューションのためにSTMicroelectronicsと共同で取り組むことをお勧めします。

図1：CAM-55G0/CAM-56G3/CAM-66GYプロモジュールは、レンズ、レンズホルダ、センサボード、FFCケーブルで構成されています。（画像提供：STMicroelectronics）

プロモデュールは小型で、フットプリントは5または6.5平方ミリメートル（mm²）です。このモジュールは、2.73 × 2.16ミリメートル（mm）の小型で低消費電力のイメージセンサをベースにしています（図2）。センサのフットプリントは、AR/VR（拡張現実/仮想現実）メガネやパーソナルエレクトロニクスのようなサイズに制約のあるデバイスに適しており、可視および近赤外領域で動作し、644 × 604ピクセル（0.38メガピクセル（MP））の解像度を提供します。

図2：プロモジュールの中心にある光学センサの大きさはわずか2.73 × 2.16mmです。（画像提供：STMicroelectronics）

プロモジュールはMIPI Camera Serial Interface 2（CSI-2）を使用しています。これはセンサからアプリケーションプロセッサに静止画やビデオ画像を伝送するために広く採用されている高速プロトコルです。このセンサはまた、自動ダークキャリブレーション、欠陥ピクセル補正、アナログおよびデジタルゲインを備えています。

異なるレンズによるマシンビジョン

STMicroelectronicsは、さまざまなマシンビジョンオプションを簡単に試せるようにしました。さまざまなレンズと光学セットアップを特長とするいくつかのプロモジュールリファレンスデザインが利用可能です。これらのリファレンスデザインには、クリーンルーム環境で接着およびテストされたフォーカスレンズが付属しており、同じフレキシブルプリント基板（FPC）対基板コネクタとピンアウトが備わっています。これにより、同じ開発ツールと光学パラメータを使用して、異なるレンズを持つプロモジュールを素早くプラグアンドプレイで構成することができます。

開発作業には2つのオプションがあります。STEVAL-EVK-U0I1 USBキット（図3）を使用し、搭載されたカメラアセンブリを保持するSTEVAL-55G1MBI1 S-Boardを接続するか（図4）、STEVAL-CAM-M0I1 P-Boardを使用し、お好みの組み込み処理プラットフォームに接続することができます。P-Boardはプロモジュールを別途購入する必要があります。S-Boardを搭載したEVKはUSB接続でPCに接続でき、P-Boardでの開発は組込み処理プラットフォームで完結します。

図3：STEVAL-55G1MBI1 S-BoardはSTEVAL-EVK-U0I1 USBキットに差し込み、USBコネクタを介してPCに接続します。（画像提供：STMicroelectronics）

図4：STEVAL-55G1MBI1 S-Boardにはカメラアセンブリが搭載されています。（画像提供：STMicroelectronics）

評価用グラフィカルユーザーインターフェース（GUI）ソフトウェアおよびLinuxドライバは、STMicroelectronicsからダウンロードできます。

まとめ

マシンビジョンを追加することで、アプリケーションに魅力的な新機能が加わります。しかし、市販されている幅広いソリューションの中から最適なシステムを選択するのは、時間がかかり困難です。STMicroelectronicsのプロモジュールと関連ソフトウェアは、設計および開発プロセスを簡素化します。EVKまたは組み込み処理プラットフォームに異なるプロモジュールを接続することで、複数のレンズおよび光学構成を試すことができます。