HIKVISION社製 USB3産業用カメラとその動向

複雑化・多様化してきているマシンビジョンにおいて、近年市場に広く受け入れられ進化を遂げているUSB3 Vision規格が今以上に注目を浴びている。本稿では、セキュリティカメラでマーケットシェアNo1のHIKVISION社が製造しているUSB3 Vision規格対応の産業用カメラに関して、実用例を含め、各機能や特徴をはじめ、ユーザアプリ開発に必須となるソフトウェア開発パッケージについて紹介する。

USB3 Vision

USBと聞くと「通信が途切れる・不安定・うまく認識しない」などといったマイナスイメージを思い浮かべる方が多いかもしれない。ただし、USB3 Visionにおいてはこの限りではない。これらのマイナスイメージの多くはUSB2.0の影響を多く受けている可能性があるが、両者には大きな違いがあり、USB3 Visionはマシンビジョンの規格であるのに対して、USB2.0はマシンビジョンに規格化されていない。また、近年ではUSB3.0規格が一般市場でも広く受け入れられ普及しており、PCを新しく購入すれば必ずと言っていいほどUSB3.0のポートは付属している。

しかしながら、USB3.0とUSB3 Visionもまた異なる規格である。USB3 Vision規格は、自動画像化協会(AIA)が主導する画像処理向けのUSB3.0をベースとしたインタフェイス公式規格であり、マシンビジョン用途に要求される安定性・拡張性・堅牢性を満たした規格となっている。そのため、USB3 VisionはUSB3.0規格をベースとした通信速度の向上に加え、USB2.0で散見される不安定性が解消されていることや複数台接続の確立など、利便性も向上している。こういった実力が徐々にマシンビジョン市場でも認知され、ユーザ数は順調に増加の道を歩んでいる。

また、この増加傾向を後押ししている要因としてUSB3ケーブルのバリエーションの増加が挙げられる。一般的にUSB3.0規格では3mのケーブル長が推奨されているが、USB3 Vision規格ではケーブル長の制限はされておらず、信号レベルの低下が抑えられていれば理論上いくらでもケーブル長は許容される。現状では、メタルケーブルで 10m 弱、光延長ケーブルや、光ケーブルを利用すれば20~30mまで伸ばすことが可能となっており、ロボットケーブルの種類も増えてきている。そのため、従来USB3 Visionの採用に不都合のあった設置箇所でも適用が可能となり、採用の幅が広がっている。一方で、中国市場においてもUSB3 Visionは普及しはじめており、中国のマシンビジョンカメラ最大手メーカであるHIKVISION社もGigE Vision対応カメラに加え、USB3 Vision対応カメラ(図1)の量産を開始している。


図1

HIKVISION社はセキュリティカメラやシステムの業界で世界No1を誇っており、そこで培ってきたハードウェア/ソフトウェアのノウハウを活かし、4年前からマシンビジョン市場に新製品を続々と投入し始めている。HIKVISION社は昨年、中国のマシンビジョン市場のシェアを10%獲得し急速に成長している。その中でもUSB3 Visionカメラは、その高速な通信性能を活かし半導体装置のアライメントや外観検査の用途として、年間1万台規模の現地装置メーカに標準採用され、急速にシェアを拡大している。また、IoTの流れもありUSB3 Visionカメラは、特徴の1つでもある高速通信を利用して画像処理のみならず装置の監視用途としても採用されている。パッと画を見たいときにプラグアンドプレイでカメラを簡単に接続し、装置の動作を確認する、高フレームレートのUSB3 Visionカメラで複数の装置を同時に撮像・保存し、各装置を同じ時間軸で減少の確認をオフラインで実施するなど、単に検査という枠組みから設備保全や品質保証にまでUSB3 Visionカメラを使用され始めている。

HIKVISION 社製USBカメラ

現在、HIVISION社が量産しているUSB3 Vision産業用カメラのラインナップは、ONSemiconductor社製CMOSセンサPythonシリーズを搭載した製品であり、これから1年SONY社製CMOSセンサIMXシリーズを搭載した新製品を続々とリリースする予定となっている。この開発スピードにも一目置いていただきたい(図2)(表1)。


図2 USB3 Vision産業用カメラ


表1

また非常にコンパクトで、たとえば卓上装置のようなスペースの限られた用途に最適なボードタイプのカメラもUSB3 Visionベースで開発しリリースしている(図3)(表2)。


図3 USB3 Visionボードカメラ


表2

こちらにおいても新製品をリリースする予定となっており、さらなるラインナップ拡充が計画されている。HIKVISION社が提供するカメラ群は、CA/CE/CHの3シリーズに分けられており、共通特徴および個別特徴は以下のとおりとなっている。

■CA/CE/CH共通製品特徴:
• Gain、露光時間、ホワイトバランスの手動調整/自動調整可能
• HDRサイクリングモード(Gainと露光時間設定を周期的に変更可能)をサポート
• 128MBのバッファを搭載
• 画像の取込範囲(ROI)の変更、ビニングモードをサポート
• USB3.0 VisionプロトコルとGenICam規格に準拠
• Windows、Linuxをサポート
• CE、FCC、RoHS認証

◆CAシリーズ
CAシリーズは、高品質なCCDまたはグローバルシャッタのCMOSセンサを採用しているパフォーマンス重視の製品となっている。
■製品特徴:
• 0.3Mpix~12Mpix(予定)の幅広いライン
ナップ
• センササイズ1/4インチ~1インチの豊富な選択肢
• 筐体サイズ:29mm×29mm×42mm
• Cマウント

◆CEシリーズ(リリース予定)
CEシリーズは、主に一般的なCCDおよびローリングシャッタのCMOSセンサを採用しているコストパフォーマンス重視の製品となっている。
■製品特徴:
• 5Mpix~20Mpix(予定)のコストパフォーマンス重視のラインナップ
• 筐体サイズ:29mm×29mm×42mm
• Cマウント

◆CHシリーズ(リリース予定)
CHシリーズは、CAシリーズと同様に高品質のCCDまたはグローバルシャッタのCMOSセンサを採用している製品だが、特に超高画質を実現したハイエンド向けの製品となっている。
■製品特徴:
• 高SN比・広ダイナミックレンジ・高画質CCDセンサを搭載したラインナップ
• 解像度:8MP、29MP(ピクセルサイズ 5.5um)
• 筐体サイズ:74mm×74mm×49mm
• M58*0.75マウント(F/Vマウントアダプタ有)

◆ソフトウェア開発パッケージ:MVS(SDK)
MVSとはHIKVISION社が開発したGenICam基準に準拠しGigE VisionおよびUSB3 Visionの各基準に適合したオリジナルのSDKであり、以下が含まれている。
• ビューアソフト(図4
• API
• サンプルプログラム(VC, VC, C#, etc.)


図4 ビューアソフト


表 3

またAPIは様々なOSやプログラミング言語/開発環境に対応(表3)しているため、迅速で効率的な開発をサポートするものとなっている。中でもビューアソフトは、セキュリティカメラで培ったノウハウを生かし、ユーザビリティを追求したソフトウェアになっている。主な特徴は以下のとおり。

• 低CPU負荷
• フルスクリーン機能
• 最大9カメラ分の分割同時表示
• 十字(アンカー)表示機能
• マウスのホイールでの拡大、縮小機能
• マウス操作でパラメータ変更可能
• 直感的に、容易に設定変更が可能なFeaturesウインドウ
• 本体の温度確認機能(ONSemiconductor社製PYTHONシリーズのみ)

さいごに

USB3 Visionインタフェイスは、USB3.0の帯域をフルに活用できるセンサ(高速・高解像度)が各メーカからリリースされていることに加え、ケーブルを始めとするアクサセリ類の拡大が後押し、GigE Visionでは実現が難しかったアプリケーション・市場での更なる活躍が期待されているインタフェイスとなっている。

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