身近なカメラ、仕組み知っていますか?

202004 top

お世話になっております。 日本エレクトロセンサリデバイス株式会社 営業企画室 竹迫です。
今回のお題は・・・

身近なカメラ、仕組み知ってますか?
春ですね!新入社員の皆様ご入社おめでとうございます☆
今年は入社式や入社後の集合研修がはばかられるような世情ですが、皆様の会社はどうされているのでしょうか。
早くいつも通りの日常が戻ってくることを祈るばかりです・・・。

さて、今回のテーマ、「身近なカメラ、仕組み知ってますか?」 カメラ自体はあちこちで使われ、日々持ち歩くスマートフォン内蔵のカメラの機能も日進月歩。
身近なツールと思いますが、そもそもカメラってどうやって画像を撮っているか、ご存じですか?
今回は、部署移動や新入社員の方など、新たに撮像機器に携わることになった方向けに、カメラの仕組みをご紹介いたします。

※配信している方は撮像機器についてよくご存じの方もいらっしゃるかと思います。
今後NEDはこういった初心者向け技術情報記事の配信に力を入れていく予定です。
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目次

まずは撮像機器の仕組みをザックリ解説☆

撮像機器ってどこからどこまで?って感じですが、撮った画像を切り取ったり加工したりするお話はまた今度。
あくまで「画像を撮る」ことに焦点を当てたいと思います。
撮像機器のメインとなる3つの部品をご紹介!どれも聞いたことのある部品ですよね。
camera
【カメラ】
カメラの最も本質的な機能、それは「光の受け取る」ことです。
フィルムの場合は化学反応で、 センサの場合は電気信号で、 それぞれ光を受光し画像を出力します。
人の目でいうところの視神経の部分の役割を担っています。

今のカメラはもちろんそれ以外の機能もたくさんついていますが、それはカメラの機種ごとに変わってきます。
lens
【レンズ】
レンズの役割は「焦点を合わせる」ことです。
人の目でいうところの水晶体です。

ほとんどカメラの一部といっても過言ではない重要部品です。

一般消費者向けの場合はカメラと一体型になっている場合も多いですが、産業用製品はカメラとは別にレンズを選定することも多いです。
light
【照明】
照明の役割は「光の量を増やす」ことです。

焦点のあった画像を得るためには、カメラの絞りで視野を狭くしたり、レンズでズームしたりします。
そうするとカメラのフィルムやセンサまで到達する光の量が少なくなってしまい、暗い画像になるケースが出てきます。

そういう時に照明で、最終的にちょうどよい明るさになるよう、光の量を調整しているのです。
lens satsuzou
そしてこの図!
絶対理科の授業のどこかで見たことがあるはず☆
カメラの基本はこれが全てといってもいいくらいです。
カメラのセンサ(フィルム)状に赤の矢印で示している像を結ばせることができれば撮像できるわけです。
像ができる位置がセンサではなくその前後にずれてしまうと、ピントがぼけた画像になってしまうのですね。

あまりにもざっくりなので、詳しく勉強したい方はちゃんと専門書読んだりGoogle先生に聞いたりしてくださいね!笑
ただ基本的な役割と仕組みを理解しておけば、あとはケースバイケースで、自分の業務に必要な内容を追加で調べていけば、撮りたい画像は撮れるようになると思います☆

では続いてカメラについて深堀します!

カメラってどう選べばいいの?

カメラを探すときそもそも何を指標に探していけばいいの?問い合わせるとき、何が分かっていればスムーズなの?
そんな疑問にお答えします!

カメラの種類について

area
【エリアカメラ】
一般消費者向けカメラはエリアカメラになります。
スマートフォンに内蔵されているものやコンパクトデジタルカメラもこれです。
一回の撮像で一枚の画像が撮れます。
静止物や立体物の撮像に適しているカメラです。
モノクロ/カラー両方があります。
line
【ラインカメラ】
ラインカメラはその名の通り、ライン状に撮像するカメラです。
一枚の画像は一本のライン状なので、たくさんの画像をつなげてエリアカメラと同じような画像を作成します。
動いているものを検査をしたり、大きいものを高解像度で撮影する場合に使用されます。
ラインカメラにもモノクロ、カラー両方があります。
【特殊カメラ】
左のエリアカメラ、ラインカメラはいずれも基本的には可視光をとらえるカメラですが、世の中には可視光では見えないものを可視化するという特殊なカメラも存在しています。
偏光カメラ、ToFカメラ、サーマルカメラなどなど、それぞれ用途に合わせて選定します。
可視光を撮影するわけではないのでモノクロやカラーの区別はありません。(色は可視光の波長分類のため)

画素数の求め方

foot1
【a. 対象物全体の大きさ】
例えば上の足あとを撮影する場合、
対象物がかけることなく撮影範囲に入る必要があります。
エリアカメラなら縦×横の面積(長さ)を、
ラインカメラなら縦か横の長さを、
測定します。
foot2
【b. 対象物内の最小検知サイズ】
足跡内で最も小さい部分は小指部分です。
エリアカメラなら小指部分の縦×横の面積を、
ラインカメラなら縦/横のうち短いほうの長さを、
測定します。
a, bの2つがでれば、そこから必要なカメラの画素数を計算することができます。

対象物の大きさa ÷ {最小検知サイズb ÷ 5} = カメラに必要な画素数

になります。
上の式で最小検知サイズを5で割っていますが、この「5」は「画素分解能」と呼ばれる数字です。
最小検知サイズのものを画素をいくつ使って撮影するかを検討し、それによってどれだけ解像度の高い画像を取得するかを決めます。
産業用で欠陥検知を行うような場合、まず画素分解能を5で検討し、撮影した画像を見ながら詳細を検討していくのが一般的です。

ここで求めた画素数以上のカメラを使用するようにすれば、最小検知サイズも写る撮像が可能です♪

10,000画素を超える数字になった場合は、カメラを2台にしたりレンズや照明を工夫してみたりと、ちょっと工夫が必要になることが多いです。上記a, bの大きさををカメラメーカーに伝えて、適切なカメラを選定してもらいましょう。

これは知っておこう!レンズの種類2選

カメラを選定すると、レンズ倍率は下記計算式から算出できます。

カメラセンサの画素サイズ ÷ 画素分解能 = 必要なレンズ倍率

カメラセンサの画素サイズはカメラの仕様書に記載されています。画素分解能は上記「画素数の求め方」ででてきた数字です。上記の通り画素数を求めていたら「5」を入れましょう。
カメラが決まったらほぼレンズ倍率は決まります。

でも倍率はあっているはずだけど画像がぼやけちゃう・・・ちょっと視野を広げたい・・・などなど、あともう少しの要望があるとき!
そんな時はレンズ、変えてみましょう。

最近はスマートフォンのカメラに外付けするレンズなんかも売っていますよね。
レンズにはいろいろ種類があり、使いこなせばぐっと撮像の幅が広がります。
NEDが考える、最低これは知っておこう!というレンズの種類はこの2つ☆
telesen lens
【テレセントリックレンズ】
レンズに入ってくる、もしくは出てくる光が 主軸(レンズ中心軸)と平行になるレンズのことです。
一番最初の模式図では光の線を簡易的に1本にしましたが、実際は無数に入ってきて、無数に出ていきます。 その光を主軸と平行なものだけに調整するのがこのレンズ。 下の図で言うと赤の光の線のみになるってことですね。
telesen satsuzou
物体側の光を調整するのは物体側テレセントリックレンズ。
像側の光を調整するのは像側テレセントリックレンズ。
両方調整するのは両側テレセントリックレンズ。
と、とても分かりやすい呼び名がついています。
高さや奥行きのある対象を撮影するときや、色補正が必要なカラー撮影の時に使います。
撮影した画像の比較イメージはこんな感じ。
macro lens
【マクロレンズ】
これは産業用以外でも写真が好きな人は聞いたことがある用語だと思います。
対象を大きく写すためのレンズです。

ズームとは少しイメージが違うのでご注意ください。ズームって言われるとくるくるリングを回すとだんだん近寄る・・・みたいなイメージを持つと思うのですが、マクロレンズはそういうものではないのです。それはズームレンズと呼ばれています。

え、じゃあマクロレンズって何?となると思いますが、「最大撮影倍率が1/2倍以上のもの」といわれています。
ざっくり解説すると、ピントが合う距離で、実物の1/2倍以上の像が得られるよ!という意味です。

小さいキズや汚れをピンポイントで見つけたいときに使います。
でもその分視野も小さくなるので、本当にここ!って決まっているときに使いましょう。
nomal lens
普通のレンズ
telesen lens2
テレセントリックレンズ

照明アレコレお助けサイト一覧

とにかく画像が暗い・・・そんなときは照明当てちゃいましょう!
素材が金属だから反射して傷が写らない!そんなときも照明が助けてくれます。
ただあまりにもケースバイケースすぎる!ということで、ここでは竹迫が個人的にこのページめっちゃわかりやすい!と思った照明についての説明ホームページを紹介します。
leimac
おすすめページ:技術情報
産業用に限らず、照明機器を幅広く取り扱っている株式会社レイマック。
照明を使うときに気を付けるべき基礎の基礎を分かりやすくまとめてくださっています。
ccs
おすすめページ:照明とワーク色による撮像の違い
検査用LED照明に特化したシーシーエス株式会社。
対象物の色と照明の色の関係について、一目瞭然な画像がたくさん載っています。
他にも「テクニカルガイド・コラム」が普通に面白いのでおすすめです☆
shodensha
おすすめページ:同軸照明とは
光学機器全般を幅広く取り扱っている株式会社松電舎の「光学機器なんでも辞典」。
中でも同軸照明の説明と使用シーンがコチラに分かりやすくまとまっています。
おすすめページ:LED照明・電源まるわかりガイド
若干難しいことが載っていますが、とにかく情報量が豊富!
用語集なんかも作ってくれているので、分からない単語が出てきたらこのページに行ってみましょう。

オンライン相談会受付中♪

さて皆さん、展示会もないし、外部との面談禁止だし、でも目の前の課題は遅々として進まない・・・どこかに相談できればなぁ~。そんな希望、ありませんか?
同じこと、NEDも悩んでます。お客さんに行って何に困ってるのか聞きたい!でも行けない・・・。
じゃあWebで!!やりましょう!!
NEDの専門家、揃えます。
ということで、お申込み制のオンライン相談会を実施したいと思います。
NEDの製品を使うと決まっていなくてもちろん問題ありません。
光学系のお悩み、画像処理系のお悩み、どんとこい!です。
相談会ご希望の方は、ご希望日時(第3希望まで)、相談内容をご記載の上、下記フォームよりお申し込みください。

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恐れ入りますが、しばらくお待ちいただいてもフォームが表示されない場合は、こちらまでお問い合わせください。

そしてこの記事を読んでくれた皆さんの中で、NEDのメールマガジンを受け取っていない方。
そんなあなたは誰かからこれ読んでおいて~とメールの転送かURLのコピーをもらったことでしょう。
今後NEDは初心者向け技術情報記事の配信に力を入れていきます。
次回は「画像処理の基本」をお届けする予定♪
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NED 営業小ネタ

新型コロナウイルスの影響、まだまだ長引きそうですね。
そろそろ日々の生活に影響が出てきて大変ですが、皆様くれぐれもご自愛ください。

そんな世情なので、NEDも営業活動はできるだけオンライン化。
先日メルマガでお知らせした通り、バーチャル訪問と銘打って、基本的にはWeb商談推奨中です。
ただNEDの、というかNEDに限らずと思いますが、ベテラン営業マンはたいていITツールが苦手。
しかし、それでも臆せずWeb商談に挑戦しています!
先日はNED一筋30年、ベテラン営業Tが初Web商談☆

営業T 「これでいいんですかね・・・。・・・あれ?聞こえてない?おーい!!(大声)」
お客様 「・・・きこえてるよー笑」
営業T 「あ、聞こえてました?そしたら次は~~~で・・・」
お客様 「…(通信不良)」
営業T 「なんで変顔してはるんですか、あ、止まってるんか!」
お客様 「変顔って(笑)」

という感じで、終始笑いの絶えない商談となりました。笑
確かにWeb会議システムって若干のタイムラグがあるので、慣れるまで不思議な間が空いたりするんですよね。
社内の会議だとうまくできても、お客様相手だといつもの感覚とは違って苦戦することもあるようです。
今後Web商談していただくお客様、NEDの営業がアワアワしていたら、温かく見守っていただけると幸いです。

ものづくりには欠かせない現場への訪問と、短時間で効率よく話ができるWeb商談をうまく使い分けて、 お客様にとって効率の良い営業活動を推進していきたいなぁと思います。
Web商談をご要望のお客様はお気軽に担当営業までご連絡ください♪