MARKETING NOTE www.baslerweb.com Basler ace und IP-Kameras mit Sony IMX174 und IMX249: Modernste CMOS-Technologie für mehr Flexibilität in ITS-Anwendungen Komplexe Mautanwendungen, Enforcement-Projekte oder Verkehrssicherheitsanwendungen erfordern volle Flexibilität. Um Bildmaterial optimal auswerten zu können, benötigen kamerabasierte Systeme entweder exzellente Einzelbilder, Videostreaming-Funktionalität oder eine Kombination aus beidem. Automatische Nummernschilderkennung funktioniert nach folgendem Prinzip: Sony hat mit seinen neuen Sensoren der Pregius-Serie für viele Anwendungen der industriellen Bildverarbeitung für eine deutliche Verbesserung gesorgt. B esonders der neue IMX174-Sensor eignet sich aufgrund seiner herausragenden technischen Eigenschaften und seiner Leistungsfähigkeit für eine Vielzahl von Anwendungen im Bereich Verkehr und Transport. Um die Vorteile dieser neuen Sensormodelle für jede dieser Anforderungen möglichst umfassend auszuschöpfen, hat Basler zusätzlich zu einigen ausgewählten ace Modellen auch eine seiner IP-Kameras mit diesem Sensor ausgerüstet. HH-402 AJ PI-461 RMS OD-735 GLD M-234 JEN OD-735 GLD BO- 693 AJ PI-4671 936 M-1234 639 GO Diese Marketing Note gibt einen Überblick über die einzelnen Anwendungsmöglichkeiten im TrafficBereich, die von den Verbesserungen dieses neuen Sensortyps profitieren. Eine Kamera mit einem hochauflösenden Sensor und eine Lichtquelle sind auf das Fahrzeug und seinen Fahrer gerichtet. Die Kamera nimmt in schneller Folge Bilder des Nummernschildes auf. Getriggert wird der Auslöser der Kamera durch ein externes Signal im oder am Boden, beispielsweise durch eine Sensorschleife, Radar- oder Laser-basierte Sensoren. Die erfassten Bilddaten werden über eine Schnittstelle (bei ITSAnwendungen typischerweise Gigabit Ethernet oder USB 3.0) an die Rechnereinheit übertragen, die mithilfe eines OCR-Algorithmus (Optische Zeichenerkennung – Optical Character Recognition) die Zeichen und Buchstaben auf dem Nummernschild liest und in diesem Zusammenhang ANPR/ALPR genannt wird. Diese Daten werden anschließend zur Weiterverarbeitung bereitgestellt. Inhalt: 1. Harte Anforderungen für harte Bedingungen.......... 1 2. Hohe Dynamik, niedriges Rauschen: der Sony IMX174 Sensor.................................................... 1 3. Basler ace mit Sony IMX174.............................................2 4. Basler ace mit Sony IMX249............................................3 5. Sensor-Vorteile auch für Netzwerkkameras..............4 1. Hohe Anforderungen für harte Bedingungen 2. Hohe Dynamik, niedriges Rauschen: der Sony IMX174 Sensor Kameras in Verkehrs- und Transportanwendungen mussten sich im Laufe der Zeit veränderten Aufgaben stellungen anpassen. Dienten die Kameras anfangs größtenteils zur Überwachung oder zum Aufnehmen des Verkehrsflusses, so sind sie heute als optimiertes Auge ein funktionsstarker Bestandteil des Systems. Eine Anforderung muss jede Kamera in Verkehrsanwendungen, egal ob Industrie- oder Netzwerkkamera, erfüllen: sie muss gestochen scharfe Bilder liefern, bei allen Licht- und Witterungsverhältnissen; insbesondere, wenn die Nummernschilder der Fahrzeuge automatisch erkannt werden müssen (Automatic Number Plate Recognition – ANPR, oder Automatic License Plate Recognition – ALPR). Dafür ist der neue IMX174 CMOS Global Shutter-Sensor wie geschaffen. Im Vergleich zum bisherigen SensorKlassiker für ITS, dem ICX285, der über 15 Jahre lang der führende CCD-Sensor für Traffic-Anwendungen war, brilliert der IMX174 mit folgenden Eigenschaften: Höhere Auflösung: Mit einer Auflösung von 2,3 MP (1920 Pixel × 1200 Pixel) deckt dieser Sensor eine größere Breite ab, d. h. statt nur einer Fahrspur kann die Kamera bis zu zwei Spuren zum Beispiel in einer Mautanwendung erfassen. Dies ist vor allem für Kamerasysteme innerhalb der EU relevant, 1 Ein hoher Gain ist also in vielen Fällen die notwendige Alternative. Erhöht man den Gain, verstärkt sich jedoch auch das Rauschen entsprechend. Aus diesem Grund sind sein niedriges Rauschen und sein hohes SignalRausch-Verhältnis essenzielle Vorteile des IMX174. da europäische Nummernschilder größere Buchstaben aufweisen, die wiederum durch den OCR-Algorithmus leichter zu identifizieren sind. So wirkt sich die höhere Auflösung des Sensors unmittelbar auf die System kosten aus: Erfasst der Sensor mehr Breite, reduziert sich die notwendige Anzahl von Kameras. Hohe und ausreichend hohe Bildraten: Mit bis zu 155 Bildern pro Sekunde (fps) in Kombination mit der USB 3.0-Schnittstelle und bis zu 50 fps mit GigE übererfüllt der Sony IMX174 die Anforderungen des ITS-Marktes. Für die überwiegende Mehrzahl von Kameraanwendungen im Bereich Verkehr und Transport sind derart hohe Bildraten nicht erforderlich, 30 Bilder pro Sekunde reichen in der Regel aus. In anderen Regionen, wie z. B. in den USA oder im Nahen und Mittleren Osten, ist die höhere Auflösung jedoch schon für eine Spur notwendig, da hier die Nummernschilder entsprechend kleinere Zeichen verwenden. Hier bietet sich mit dem „kleinen Bruder“ des IMX174, dem Sony IMX249, eine vor allem preislich sehr attraktive Alternative. Beide Sensoren unterscheiden sich im Grunde nur in der Bildrate voneinander, die Bildqualität ist bei beiden Modellen ausgezeichnet. So reicht der IMX249 mit Bildraten von 40 fps mit USB 3.0- und GigE-Schnittstelle für eine Vielzahl von Anwendungen vollkommen aus, und stellt so eine vollwertige, aber eben günstigere Alternative zum „großen Bruder“ IMX174 dar. Höhere Empfindlichkeit: Empfindlichkeit wird in der Bildverarbeitung gerne mit Quanteneffizienz (QE) gleichgesetzt. QE ist abhängig von der Wellenlänge des Lichts und für Verkehrs anwendungen neben dem sichtbaren auch speziell im NIR-Bereich, also bei etwa 850 nm, wichtig. QE bedeutet, dass von der Menge des einfallenden Lichts (Lichtquanten) bei hoher QE zum Beispiel 60 % in Spannung auf dem Sensor umgesetzt wird. Der IMX174 erreicht eine QE von über 70 % und übertrifft damit auch in diesem Bereich die Werte von CCD-Sensoren deutlich. Moderne CMOS-Technologie ohne Störeffekte: Smearing ist eines der wesentlichen Probleme, mit denen Kameraanwendungen im Traffic-Bereich bislang zu kämpfen hatten. Die Ursache des Smearing liegt in der Bildauswertung bei CCD-Sensoren begründet und tritt häufig auf. Eine typische Verkehrssituation kann zum Beispiel grelle Lichteinstrahlung durch Autoscheinwerfer in der Dunkelheit sowie direktes Sonnenlicht bzw. dessen Reflexion sein. Licht ist auch die Ursache für ein weiteres Artefakt, das Blooming. Es entsteht, wenn die Ladung, die in einem Pixel durch das Licht erzeugt wird, die Full-Well-Kapazität des CCD-Sensors überschreitet und dadurch in die Nachbarpixel „überläuft“. Sehr niedriges Rauschen: Bei schwachen Lichtverhältnissen hat man üblicherweise zwei Möglichkeiten in der Kamera, um ausreichend helle Bilder zu erhalten: Man erhöht entweder den Gain (Verstärkung) oder aber die Belichtungszeit. Da in Verkehrsanwendungen kurze Belichtungszeiten zwingend erforderlich sind, damit die beobachteten Objekte scharf – das heißt ohne Bewegungsunschärfe (motion blur) – abgebildet werden, sind längere Belichtungszeiten in der Regel keine Option. Typische Belichtungszeiten, je nach Anwendung und Stärke des unterstützenden Blitzes, liegen bei 50 s bis 1 ms. Bei CMOS-Sensoren sind derlei Artefakte aufgrund ihrer Architektur kein Thema, weder Smearing noch Blooming treten auf. Global Shutter-Technologie: Sensoren mit Global Shutter belichten alle Zeilen eines Bildes gleichzeitig. Das macht den Global Shutter zur idealen Verschlusstechnik für Aufnahmen mit schnell bewegten Objekten, womit Kameras in Verkehrsanwendungen naturgemäß häufig konfrontiert sind. Bislang waren CMOS-Sensoren meist mit Rolling Shutter ausgestattet. Durch deren zeitversetzte Belichtung entstehen bei bewegten Objekten in bestimmten Fällen Verzerrungen – der sogenannte Rolling ShutterEffekt. Das schränkt die Verwertbarkeit von Aufnahmen deutlich ein. Zu lange Belichtungszeiten verursachen Bewegungsunschärfe – inakzeptabel für Kameraanwendungen im Straßenverkehr 2 acA1920-155uc und acA1920-155um USB 3.0-Schnittstelle 2,3 MP Auflösung (1920 Pixel × 1200 Pixel) Bildrate von 155 fps Mono und Color Größe: 29,3 mm × 29 mm × 29 mm 3. Basler ace mit Sony IMX174 Sämtliche Spezifikationen und Eigenschaften dieses Kameramodells stehen unter Basler ace USB IMX174 für Sie zur Verfügung. Für hochintegrierte Lösungen wie z. B. kompakte ANPR-Module bietet die ace mit USB 3.0-Schnittstelle eine sehr geringe CPU-Last für die Bildübertragung an die Rechnereinheit und lässt somit von der begrenzten Rechenkapazität mehr für die eigentlichen Aufgaben (ANPR). Basler hat folgende Modelle seiner ace FlächenkameraSerie mit dem Sony IMX174 Sensor ausgestattet: 4. Basler ace mit Sony IMX249 Fahrende Autos: oben aufgenommen mit Global Shutter, unten mit Rolling Shutter. Die Verzerrungen entstehen durch die zeitversetzte Belichtung der einzelnen Bildzeilen (Rolling Shutter-Effekt). acA1920-50gc und acA1920-50gm Mit dem Sony IMX249 Sensor stehen die folgenden Basler ace Modelle zur Verfügung: acA1920-40gc und acA1920-40gm GigE-Schnittstelle 2,3 MP Auflösung (1920 Pixel × 1200 Pixel) Bildrate von 40 fps Mono und Color Größe: 42 mm × 29 mm × 29 mm GigE-Schnittstelle 2,3 MP Auflösung (1920 Pixel × 1200 Pixel) Bildrate von 50 fps Alle Details und Spezifikationen unter Basler ace GigE IMX249. Mono und Color acA1920-40uc und acA1920-40um Größe: 42 mm × 29 mm × 29 mm USB 3.0-Schnittstelle Die umfassende Modellbeschreibung finden Sie auch unter Basler ace GigE IMX174. Aufgrund ihrer Flexibilität und möglicher Kabellängen von bis zu 100 m eignet sich die Gigabit Ethernet (GigE)-Variante uneingeschränkt für eine Vielzahl von Anwendungen in Verkehrssystemen. 2,3 MP Auflösung (1920 Pixel × 1200 Pixel) Bildrate von 40 fps Mono und Color Größe: 29,3 mm × 29 mm × 29 mm Alle Details und Spezifikationen unter Basler ace USB IMX249. 3 5. Sensor-Vorteile auch für Netzwerkkameras Viele Kameraanwendungen in Verkehrssystemen arbeiten mit einer Kombination aus Industrie- und Netzwerkkameras, manche auch nur mit Netzwerkkameras allein. Die Daten der Basler IP-Kamera BIP2-1920-30c auf einen Blick: Sony IMX174 Sensor Auflösung: 1920 Pixel x 1080 Pixel (CMOS, Global Shutter) Max. Bildrate: 30 fps MJPEG, MPEG-4, H.264 Modulare Kombinationen aus Industrie- und Netzwerkkameras erlauben flexible Lösungen für eine Vielzahl von Anforderungen an Verkehrskameras. Unkomprimierte Einzelbilder (YUV) Real Time Trigger (JPEG oder YUV) Insbesondere für diese Anwendungen rüstet Basler eines seiner IP-Kameramodelle mit dem Sony IMX174 Sensor aus. Die Basler IP-Kamera BIP2-1920-30c bietet modernste Global Shutter-Technologie und sowohl komprimierte (stream) als auch unkomprimierte YUVBilder (Einzelbilder). Letzteres stellt sicher, dass keinerlei Bilddaten durch Komprimierung verloren gehen und das Bildmaterial bis ins kleinste Detail für weitere forensische Analysen zur Verfügung steht (z. B. ANPR). Die Kamera verfügt über eine Bildrate von 30 fps und liefert mit ihrer Full HD-Auflösung eine ausgezeichnete Bildqualität. Einer der großen Vorteile des Sony IMX174 Sensors ist sein großer Dynamikbereich. Er sorgt für klare Details und einen starken Kontrast auch bei starken Helligkeitsunterschieden. Das bedeutet, er kann innerhalb eines Bildes gleichzeitig die dunklen Bereiche, wie z. B. den Fahrer im Fahrzeuginneren, und sehr helle Bereiche, wie ein stark reflektierendes Nummernschild, kontrastreich und detailgenau abbilden. Das ist ein großer Fortschritt für viele ITS-Anwendungen, die häufig mit solch anspruchsvollen Lichtverhältnissen konfrontiert sind. 4 DC-Blendensteuerung, PoE, IR-Sperrfilter (optional ohne Filter) SDHC-Kartensteckplatz Die genauen Spezifikationen dieser IP-Kamera finden Sie unter Basler IP-Kamera IMX174. Autor Kontakt Enzio Schneider Market Manager ITS Enzio Schneider – Market Manager ITS Enzio Schneider ist Market Manager ITS (Intelligente Verkehrssysteme) bei der Basler AG. Er ist Diplom-Geophysiker und begann 2004 seine Laufbahn bei Basler im damaligen Geschäftsbereich Display Inspection. Tel. +49 4102 463 346 Fax +49 4102 463 46346 E-Mail [email protected] Basler AG An der Strusbek 60-62 22926 Ahrensburg Deutschland In seiner aktuellen Position steht er mit seiner umfassenden Marktexpertise Baslers weltweiten Kunden als kompetenter Ansprechpartner in allen Fragen rund um Intelligente Verkehrssysteme zur Seite. Innerhalb des Unternehmens bringt Enzio als Market Manager die Anforderungen des Vertriebs an ITSKameras mit den Möglichkeiten des Produktmanagements in Einklang. In dieser Funktion ist er für die kurzfristigen und zukünftigen Kameraentwicklungen für den Vertikalmarkt Verkehr und Transport verantwortlich. Basler AG Basler ist ein führender Hersteller von hochwertigen digitalen Kameras für Anwendungen in Industrie, Videoüberwachung, Medizin und Verkehr. Die Produktentwicklung wird von den Anforderungen aus der Industrie gesteuert. Die Kameras bieten einfache Integration, kompakte Größen, exzellente Bildqualität und ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis. Basler verfügt über mehr als 25 Jahre Erfahrung im Bereich der Bildverarbeitung. Das Unternehmen beschäftigt nahezu 500 Mitarbeiter an seinem Hauptsitz in Ahrensburg und an Standorten in den USA, Singapur, Taiwan, China, Japan und Korea. © Basler AG, 06/2015 Informationen zu Haftungsausschluss und Datenschutzerklärung finden Sie unter www.baslerweb.com/haftungsausschluss Basler AG Germany, Headquarters USA Asia Tel. +49 4102 463 500 Tel. +1 610 280 0171 Tel. +65 6367 1355 Fax +49 4102 463 599 Fax +1 610 280 7608 Fax +65 6367 1255 [email protected] [email protected] [email protected] www.baslerweb.com
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