In scenari come le linee di produzione automatizzate industriali e i centri di smistamento logistico, i lettori di codici a barre devono gestire obiettivi in movimento ad alta velocità, ambienti di illuminazione complessi e diverse forme di codici a barre. Le loro prestazioni principali dipendono fortemente dalla capacità di acquisizione delle immagini dei moduli della fotocamera. Tra le varie tecnologie, la tecnologia global shutter, in quanto caratteristica chiave che distingue i dispositivi industriali da quelli di livello consumer, è diventata un supporto fondamentale per i lettori di codici a barre di livello industriale per superare i colli di bottiglia in termini di efficienza e accuratezza. Rispetto al tradizionale rolling shutter, i moduli della fotocamera global shutter sfruttano il vantaggio sottostante dell'"esposizione sincrona", dimostrando un valore applicativo insostituibile negli scenari di lettura di codici a barre, in particolare in dimensioni come l'acquisizione dinamica ad alta velocità, il controllo della distorsione dell'immagine e l'adattamento ad ambienti complessi, fornendo garanzie cruciali per la stabilità e l'affidabilità del riconoscimento dei codici a barre.
Le velocità dei nastri trasportatori nelle linee di produzione industriale raggiungono spesso 1-3 metri al secondo e le velocità di movimento dei pacchi negli scenari di smistamento logistico possono persino superare i 5 metri al secondo. I tradizionali moduli della fotocamera rolling shutter sono soggetti all'"effetto gelatina" quando acquisiscono codici a barre in movimento a velocità così elevate: poiché le righe di pixel vengono esposte in sequenza dall'alto verso il basso, il codice a barre si muove con il suo supporto durante il processo di esposizione, con conseguenti immagini allungate, inclinate o spezzate. Questo rende direttamente l'algoritmo di decodifica incapace di riconoscere il codice a barre.
Il vantaggio principale dei moduli della fotocamera global shutter risiede nell'"esposizione sincrona a pixel completi": quando viene ricevuto un segnale di attivazione, tutti i pixel nel modulo iniziano e terminano l'esposizione simultaneamente. Durante l'intero processo di imaging, la posizione spaziale del codice a barre rimane coerente a livello fotosensibile, eliminando fondamentalmente la distorsione dinamica. Prendendo come esempio una linea di produzione di componenti automobilistici, quando un blocco motore con un codice Direct Part Marking (DPM) passa attraverso la stazione di ispezione a 1,5 metri al secondo, il modulo global shutter può acquisire un'immagine del codice a barre con bordi chiari e senza distorsioni entro un tempo di esposizione di 1/1000 di secondo, garantendo un tasso di successo della decodifica stabile superiore al 99,9%. Anche negli scenari di smistamento logistico, di fronte a codici a barre su pacchi di diverse dimensioni e posizionamenti casuali, il global shutter può congelare accuratamente ogni obiettivo dinamico, evitando perdite di efficienza nello smistamento causate da sfocatura da movimento.
Le condizioni di illuminazione nei siti industriali spesso fluttuano in modo significativo: forti riflessi sulle superfici metalliche possono causare una sovraesposizione locale dei codici a barre, mentre la scarsa illuminazione negli angoli dei magazzini o durante le operazioni notturne può comportare la perdita di dettagli del codice a barre. Queste condizioni estreme impongono requisiti rigorosi sulla capacità di controllo dell'esposizione dei moduli della fotocamera. La progettazione della logica di esposizione dei moduli global shutter consente loro di collaborare meglio con le strategie di controllo della luce adattive dei lettori di codici a barre, migliorando l'accuratezza dell'imaging in ambienti complessi.
Da un lato, in ambienti con scarsa illuminazione, gli otturatori globali supportano tempi di esposizione singoli più lunghi (ad esempio, 1/50 di secondo). Grazie al rilevamento della luce sincrono a pixel completi, la sfocatura da movimento non si intensifica con l'esposizione prolungata, questo è in netto contrasto con gli otturatori rolling (gli otturatori rolling subiscono un "effetto gelatina" più grave quando il tempo di esposizione viene esteso). Ad esempio, in un magazzino a catena del freddo in cui la luce ambientale è di soli 10 lux, il modulo global shutter può acquisire più fotoni estendendo l'esposizione mantenendo l'integrità dell'immagine del codice a barre. In combinazione con gli algoritmi HDR, può ripristinare i dettagli chiari del codice a barre. D'altra parte, in scenari ad alto contrasto (ad esempio, codici a barre all'interno di imballaggi in vetro influenzati da forti riflessi di luce), la funzione di esposizione sincrona degli otturatori globali garantisce una risposta alla luce più uniforme tra i pixel, evitando lo squilibrio della luminosità causato dalle differenze di tempo di esposizione tra alcuni pixel. Questo fornisce immagini grezze di alta qualità con "nessuna dominante di colore e nessuna sovraesposizione" per i successivi algoritmi di decodifica.
Nei sistemi di automazione industriale, i lettori di codici a barre devono spesso collaborare con precisione con nastri trasportatori, bracci robotici, apparecchiature di smistamento e altri dispositivi. Ad esempio, quando un sensore rileva che un supporto per codice a barre ha raggiunto una posizione designata, deve immediatamente attivare il modulo della fotocamera per acquisire un'immagine e quindi restituire il risultato della decodifica al sistema di controllo in tempo reale per regolare le azioni del dispositivo. Questo processo ha requisiti estremamente elevati per la "latenza di attivazione"; qualsiasi ritardo può portare a un disallineamento delle azioni del dispositivo e influire sul ritmo dell'intera linea di produzione.
La funzione "nessuna latenza di esposizione di riga" dei moduli global shutter offre loro un vantaggio significativo nella velocità di risposta all'attivazione. Dopo aver ricevuto un segnale di attivazione, i tradizionali moduli rolling shutter devono attendere il completamento dell'esposizione della riga corrente prima di avviare un nuovo ciclo di imaging, con una latenza che può raggiungere decine o addirittura centinaia di millisecondi. Al contrario, i moduli global shutter possono avviare l'esposizione a pixel completi nel momento in cui arriva un segnale di attivazione e la latenza totale dall'attivazione all'uscita dell'immagine è solitamente controllata entro 10 millisecondi. In una linea di produzione di posizionamento di componenti elettronici, quando una scheda PCB si muove a 3 metri al secondo, la funzione a bassa latenza del modulo global shutter assicura che il codice a barre di ogni componente possa essere acquisito con precisione all'interno della finestra di rilevamento designata, ottenendo un'integrazione perfetta con l'azione di posizionamento del braccio robotico ed evitando ispezioni mancate o errori di posizionamento causati dalla latenza. Negli scenari di collaborazione multi-modulo, la capacità di attivazione sincrona degli otturatori globali assicura anche che più dispositivi raccolgano dati sullo stesso asse temporale, prevenendo l'asincronia delle informazioni causata dalle differenze di latenza.
Poiché i prodotti industriali diventano più miniaturizzati e precisi, anche le dimensioni dei codici a barre si sono ridotte. Allo stesso tempo, le richieste di scenari di lettura ad alta densità (in cui vengono identificati più codici a barre contemporaneamente) sono in aumento. Ciò richiede che i moduli della fotocamera bilancino alta risoluzione e alta frequenza di fotogrammi. L'architettura tecnica dei moduli global shutter consente loro di bilanciare meglio queste due esigenze, fornendo ai lettori di codici a barre una maggiore adattabilità allo scenario.
In termini di alta risoluzione, i moduli global shutter possono supportare sensori con 12 MP o superiori, ripristinando ogni dettaglio di barra e spazio di piccoli codici a barre attraverso una maggiore densità di pixel. Ad esempio, nell'ispezione delle schede PCB, i moduli global shutter possono acquisire chiaramente le linee del codice DPM con una larghezza di 0,1 mm, assicurando che l'algoritmo di decodifica possa identificare accuratamente ogni bit di dati. In termini di alta frequenza di fotogrammi, l'esposizione sincrona dei moduli global shutter elimina la necessità di attendere la scansione delle righe, consentendo l'imaging continuo a 30 fps o superiore. Anche quando ci sono più di 5 codici a barre nello stesso campo visivo, le alte frequenze di fotogrammi consentono l'acquisizione e la decodifica rapida di più obiettivi, adattandosi agli scenari di ispezione in batch di vassoi di materiali ad alta densità.
Dall'acquisizione dinamica nelle linee di produzione ad alta velocità all'adattamento di precisione in ambienti complessi e dal controllo del ritmo nella collaborazione multi-dispositivo, i moduli della fotocamera global shutter sono diventati componenti fondamentali indispensabili dei lettori di codici a barre di livello industriale affrontando i principali punti critici dei tradizionali rolling shutter. Con l'avanzamento approfondito di Industry 4.0, gli scenari di lettura di codici a barre dovranno affrontare maggiori sfide di velocità più elevata, maggiore precisione e maggiore complessità, come la lettura di piccoli codici DPM su linguette di batterie a una velocità di linea di 2 metri al secondo nelle linee di produzione di batterie a nuova energia o l'identificazione di codici a barre su pacchi ad angoli casuali nelle linee di smistamento ad alta velocità di magazzini senza equipaggio. Queste esigenze evidenzieranno ulteriormente l'importanza della tecnologia global shutter.
Per la progettazione e la selezione dei lettori di codici a barre, la scelta di un modulo della fotocamera global shutter non è un'"opzione aggiuntiva" ma un "requisito di base" per garantire "alta affidabilità e alta efficienza" negli scenari industriali. In futuro, poiché il costo dei sensori global shutter viene gradualmente ottimizzato e la tecnologia continua ad avanzare, la loro applicazione nel campo della lettura di codici a barre diventerà più diffusa, fornendo un supporto tecnico più solido per lo sviluppo "di precisione e senza equipaggio" dell'automazione industriale.
