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Tecnología de las cámaras de visión artificial

Las cá­ma­ras de vi­sión ar­ti­fi­cial de­sem­pe­ñan un papel de­ci­si­vo en las apli­ca­cio­nes de vi­sión, es­pe­cial­men­te en el con­trol de ca­li­dad au­to­ma­ti­za­do. En com­bi­na­ción con los con­tro­la­do­res de vi­sión ar­ti­fi­cial y el soft­wa­re de pro­ce­sa­mien­to de imá­ge­nes 2D, se ana­li­zan los datos de imá­ge­nes de alta re­so­lu­ción y se iden­ti­fi­can erro­res e irre­gu­la­ri­da­des en los pro­ce­sos de pro­duc­ción.

Definición
Comparación de tecnologías
Posibilidades de aplicación
Cámaras matriciales y lineales
Global y Rolling Shutter
Cámara monocromo frente a cámara en color

¿Qué es una cá­ma­ra de vi­sión ar­ti­fi­cial?

Una cá­ma­ra de vi­sión ar­ti­fi­cial, tam­bién lla­ma­da cá­ma­ra in­dus­trial, es un com­po­nen­te im­por­tan­te de los sis­te­mas de pro­ce­sa­mien­to de imá­ge­nes 2D. Su fun­ción prin­ci­pal es cap­tu­rar imá­ge­nes que, a con­ti­nua­ción, se pro­ce­san me­dian­te una com­bi­na­ción de hard­wa­re y soft­wa­re. La in­for­ma­ción ob­te­ni­da se pro­ce­sa para di­fe­ren­tes apli­ca­cio­nes.

Un ejem­plo tí­pi­co de una apli­ca­ción de pro­ce­sa­mien­to de imá­ge­nes en un sis­te­ma de fa­bri­ca­ción es el con­trol de ca­li­dad, el con­trol de pre­sen­cia y el con­trol de in­te­gri­dad. Aquí se ana­li­za una ca­rac­te­rís­ti­ca es­pe­cí­fi­ca de una pieza que se pro­du­ce en una ca­de­na de pro­duc­ción. De este modo, se puede com­pro­bar si la pieza cum­ple los cri­te­rios de ca­li­dad o si debe des­car­tar­se en caso ne­ce­sa­rio.

La cá­ma­ra forma parte del sis­te­ma de pro­ce­sa­mien­to de imá­ge­nes. Cons­ta de los si­guien­tes com­po­nen­tes:

Com­po­nen­tes prin­ci­pa­les de los sis­te­mas de pro­ce­sa­mien­to de imá­ge­nes 2D

Iluminación icono gris
Iluminación
Lente
Filtro para lente
Cámara de visión artificial
Controlador de visión artificial
Software

Guía para la se­lec­ción de la lente ade­cua­da

De­ter­mi­ne de forma sen­ci­lla y au­to­má­ti­ca la lente ade­cua­da para la cá­ma­ra in­dus­trial a tra­vés de la cal­cu­la­do­ra de vi­sión:

Di­fe­ren­cia entre cá­ma­ras de vi­sión ar­ti­fi­cial y Smart Ca­me­ras

Cá­ma­ras de vi­sión ar­ti­fi­cial

  • La eva­lua­ción de imá­ge­nes se rea­li­za a tra­vés del con­tro­la­dor de vi­sión ar­ti­fi­cial y el soft­wa­re de pro­ce­sa­mien­to de imá­ge­nes

  • Po­si­bi­li­dad de co­nec­tar va­rias cá­ma­ras a un único con­tro­la­dor de vi­sión ar­ti­fi­cial

  • Tiem­pos de pro­ce­so más rá­pi­dos gra­cias a la alta po­ten­cia de cálcu­lo del con­tro­la­dor de vi­sión ar­ti­fi­cial

  • Ade­cua­das para ta­reas de ins­pec­ción de muy alta re­so­lu­ción

  • For­ma­to com­pac­to de la cá­ma­ra



 

Smart Ca­me­ras

  • La cap­tu­ra y eva­lua­ción de imá­ge­nes se rea­li­za en la cá­ma­ra in­te­li­gen­te

  • Sa­li­da de datos a tra­vés de in­ter­fa­ces in­te­gra­das

  • Tec­no­lo­gía de ilu­mi­na­ción in­te­gra­da op­cio­nal­men­te

  • No re­quie­re nin­gún con­tro­la­dor adi­cio­nal



 

Po­si­bi­li­da­des de uso de las cá­ma­ras de vi­sión ar­ti­fi­cial

Con­trol de po­si­ción

Po­si­cio­na­mien­to de ro­bots

Me­di­ción de pie­zas

Con­trol de ca­li­dad

Con­trol de pre­sen­cia

Su­per­vi­sión de pro­ce­sos

Lec­tu­ra de có­di­gos

So­lu­ción fia­ble para apli­ca­cio­nes mul­ti­sec­to­ria­les

In­dus­tria del au­to­mó­vil

  • Ins­pec­ción de ca­li­dad de puer­tas in­te­rio­res de tu­ris­mos

  • Ins­pec­ción de ca­li­dad de blo­ques de motor

  • De­tec­ción de la po­si­ción para el ator­ni­lla­do au­to­ma­ti­za­do

In­dus­tria eléc­tri­ca

  • Con­trol de po­si­ción de pla­cas de cir­cui­to im­pre­so

  • Con­trol de la ali­nea­ción de los com­po­nen­tes

  • Ins­pec­ción de co­nec­to­res de en­chu­fe y ca­bles

In­dus­tria del en­va­sa­do

  • Ins­pec­ción de en­va­ses para de­tec­tar daños, con­ta­mi­na­ción o eti­que­tas au­sen­tes

  • Con­trol de eti­que­tas de en­va­ses

  • Com­pro­ba­ción de la fecha de ca­du­ci­dad en bo­te­llas de PET

In­dus­tria ali­men­ta­ria

  • Orien­ta­ción de latas de be­bi­das 

  • Con­trol de eti­que­tas en en­va­ses

  • Ins­pec­ción de las tapas su­je­tas

Esta es la di­fe­ren­cia entre las cá­ma­ras ma­tri­cia­les y las li­nea­les

La si­guien­te tabla re­su­me las prin­ci­pa­les di­fe­ren­cias entre las cá­ma­ras ma­tri­cia­les y las li­nea­les:

Cá­ma­ras ma­tri­cia­les

Cap­tu­ra de imá­ge­nes de su­per­fi­cies com­ple­tas en 2D (con una sola cap­tu­ra)
Gran ca­li­dad de ima­gen
Ideal para ob­je­tos fijos
Ade­cua­do para el pro­ce­sa­mien­to ge­ne­ral de imá­ge­nes



Cá­ma­ras li­nea­les

La cap­tu­ra de imá­ge­nes se rea­li­za por filas (se re­quie­re mo­vi­mien­to para re­gis­trar el ob­je­to)
Ca­li­dad de la ima­gen en fun­ción del mo­vi­mien­to y del mo­men­to de la toma de imá­ge­nes
Ideal para apli­ca­cio­nes con ob­je­tos en mo­vi­mien­to y ma­te­ria­les con­ti­nuos 
Alta ve­lo­ci­dad

Fun­cio­na­mien­to de los sen­so­res CMOS con ob­tu­ra­dor Glo­bal o Ro­lling Shut­ter

Con los sen­so­res de ima­gen CMOS, hay dos mé­to­dos de ex­po­si­ción que con­tro­lan cómo se cap­tu­ra y se lee una ima­gen. Estos pro­ce­di­mien­tos de­ter­mi­nan el tiem­po de ex­po­si­ción y, por lo tanto, la can­ti­dad de luz que se emite como valor con­ver­ti­do en elec­tro­nes en el sen­sor de la cá­ma­ra. Se dis­tin­gue entre Glo­bal Shut­ter y Ro­lling Shut­ter:

Glo­bal Shut­ter

Toda la su­per­fi­cie de la ima­gen se ex­po­ne al mismo tiem­po 
Para apli­ca­cio­nes es­tá­ti­cas y di­ná­mi­cas
Sin dis­tor­sión de la ima­gen con ob­je­tos en mo­vi­mien­to

Ro­lling Shut­ter

Las lí­neas se ex­po­nen con un des­pla­za­mien­to tem­po­ral
Para apli­ca­cio­nes es­tá­ti­cas
Dis­tor­sio­nes de ima­gen en caso de mo­vi­mien­tos rá­pi­dos del ob­je­to (efec­to Ro­lling Shut­ter)
Toma de imá­ge­nes fijas 

El efec­to Ro­lling Shut­ter

En el caso de Ro­lling Shut­ter, el tiem­po de ex­po­si­ción es el mismo para todos los pí­xe­les del sen­sor, pero la ex­po­si­ción de cada línea se pro­du­ce su­ce­si­va­men­te con un re­tar­do tem­po­ral. El efec­to Ro­lling Shut­ter se pro­du­ce cuan­do un ob­je­to se mueve más rá­pi­do que el tiem­po de ex­po­si­ción y lec­tu­ra, lo que dis­tor­sio­na la ima­gen de­bi­do a la ex­po­si­ción.

Iz­quier­da: Glo­bal Shut­ter; de­re­cha: Ro­lling Shut­ter

¿Cá­ma­ra mo­no­cro­má­ti­ca o en color? ¿Cuán­do se uti­li­za cada una?

Ima­gen real

Toma de imá­ge­nes con una cá­ma­ra mo­no­cro­má­ti­ca

Una cá­ma­ra mo­no­cro­má­ti­ca es capaz de dis­tin­guir los ob­je­tos del fondo.

Cap­tu­ra de imá­ge­nes con una cá­ma­ra en color

Una cá­ma­ra en color es capaz de dis­tin­guir los ob­je­tos entre sí y del fondo.

En el pro­ce­sa­mien­to in­dus­trial de imá­ge­nes se dis­tin­gue entre cá­ma­ras mo­no­cro­má­ti­cas y en color. Las cá­ma­ras mo­no­cro­má­ti­cas re­gis­tran las es­ca­las de gri­ses y se cen­tran en las di­fe­ren­cias de lu­mi­no­si­dad de la ima­gen. Esto las hace es­pe­cial­men­te ade­cua­das para apli­ca­cio­nes que re­quie­ren con­tras­tes y de­ta­lles finos, como la ins­pec­ción de su­per­fi­cies o la me­di­ción de ob­je­tos.

Por el con­tra­rio, las cá­ma­ras en color pue­den re­gis­trar in­for­ma­ción sobre el color, lo que les per­mi­te cap­tu­rar su­per­fi­cies con mayor pre­ci­sión. Ana­li­zan todo el es­pec­tro cro­má­ti­co, ofre­cien­do una re­pro­duc­ción de imá­ge­nes más de­ta­lla­da y ver­sá­til. Esto las hace idea­les para apli­ca­cio­nes en las que el color de­sem­pe­ña un papel im­por­tan­te, como el con­trol de ca­li­dad de los pro­duc­tos, donde las di­fe­ren­cias de color pue­den in­di­car de­fec­tos en los ma­te­ria­les.

Esto se debe tener en cuen­ta al ins­ta­lar cá­ma­ras de vi­sión ar­ti­fi­cial

Para ga­ran­ti­zar una toma de imá­ge­nes fia­ble, se deben tener en cuen­ta las si­guien­tes in­di­ca­cio­nes al ajus­tar la cá­ma­ra in­dus­trial.
Ade­más de la orien­ta­ción óp­ti­ma de la cá­ma­ra, el po­si­cio­na­mien­to de la ilu­mi­na­ción de­sem­pe­ña un papel im­por­tan­te. La forma del ob­je­to que se va a exa­mi­nar es fun­da­men­tal para de­ter­mi­nar cómo llega la luz a la cá­ma­ra para ob­te­ner el mayor con­tras­te po­si­ble. Es im­por­tan­te tener en cuen­ta, por ejem­plo, el án­gu­lo y las re­fle­xio­nes re­sul­tan­tes. 

In­ter­faz de las cá­ma­ras de vi­sión ar­ti­fi­cial

Una in­ter­faz Ether­net para cá­ma­ras in­dus­tria­les per­mi­te la trans­fe­ren­cia de datos de imá­ge­nes a tra­vés de una red. Esta in­ter­faz se uti­li­za a me­nu­do en el pro­ce­sa­mien­to de imá­ge­nes in­dus­tria­les para co­nec­tar cá­ma­ras a con­tro­la­do­res de vi­sión ar­ti­fi­cial u otros dis­po­si­ti­vos.

Gi­ga­bit Ether­net (GigE)

Gi­ga­bit Ether­net (GigE) es una tec­no­lo­gía Ether­net que per­mi­te ve­lo­ci­da­des de trans­fe­ren­cia de datos de hasta 1 gi­ga­bit por se­gun­do (1 Gbit/s). Las prin­ci­pa­les ca­rac­te­rís­ti­cas de Gi­ga­bit Ether­net en re­la­ción con las cá­ma­ras in­dus­tria­les son:
 

  • Trans­fe­ren­cia rá­pi­da de gran­des can­ti­da­des de datos de imá­ge­nes

  • In­te­gra­ción sen­ci­lla gra­cias al pro­to­co­lo es­tán­dar

  • Se pue­den uti­li­zar va­rias cá­ma­ras en una red


Ade­más, exis­te la po­si­bi­li­dad de co­nec­tar la cá­ma­ra de vi­sión ar­ti­fi­cial a tra­vés de un cable me­dian­te PoE (Power over Ether­net), con lo que tanto la ali­men­ta­ción eléc­tri­ca como la trans­mi­sión de datos se rea­li­zan a tra­vés de una única co­ne­xión.


Re­so­lu­ción

La re­so­lu­ción de un sen­sor in­di­ca el nú­me­ro de pí­xe­les: cuan­to mayor sea la re­so­lu­ción, menor será el ta­ma­ño del píxel con el mismo ta­ma­ño de sen­sor y más finos serán los de­ta­lles vi­si­bles. Los sen­so­res pue­den tener di­fe­ren­tes re­so­lu­cio­nes con las mis­mas di­men­sio­nes, ya que el ta­ma­ño del píxel puede va­riar. 

Fre­cuen­cia de ima­gen

La fre­cuen­cia de ima­gen in­di­ca el nú­me­ro de imá­ge­nes com­ple­tas que cap­tu­ra una cá­ma­ra por se­gun­do. Una mayor fre­cuen­cia de ima­gen per­mi­te tomar mu­chas imá­ge­nes en apli­ca­cio­nes con pro­ce­di­mien­to rá­pi­dos.

Tiem­po de ex­po­si­ción

El tiem­po de ex­po­si­ción de­ter­mi­na la can­ti­dad de luz que in­ci­de en el sen­sor CMOS y, por lo tanto, afec­ta al bri­llo de la ima­gen cap­tu­ra­da. Un tiem­po de ex­po­si­ción más largo pro­du­ce imá­ge­nes más cla­ras, pero tam­bién puede pro­vo­car des­en­fo­que en mo­vi­mien­to y un au­men­to del ruido en la ima­gen. Un tiem­po de ex­po­si­ción corto per­mi­te apli­ca­cio­nes rá­pi­das y re­du­ce el des­en­fo­que aso­cia­do al mo­vi­mien­to. 

La re­so­lu­ción ade­cua­da para cada apli­ca­ción

Re­so­lu­ciónExac­ti­tudEjem­plos
1,6 MPApli­ca­cio­nes que no re­quie­ren una re­so­lu­ción ex­tre­ma­da­men­te altaRe­co­no­ci­mien­to óp­ti­co de ca­rac­te­res, con­trol de mon­ta­je, con­trol de pre­sen­cia
5 MPApli­ca­cio­nes que re­quie­ren un nivel de de­ta­lle medioIns­pec­ción de em­ba­la­jes
12 MPApli­ca­cio­nes que re­quie­ren una alta pre­ci­siónIns­pec­ción de pie­zas me­cá­ni­cas finas
24 MPApli­ca­cio­nes que re­quie­ren una re­so­lu­ción y una pre­ci­sión de de­ta­lle muy altasCom­pro­ba­ción de cir­cui­tos im­pre­sos en busca de com­po­nen­tes de­fec­tuo­sos
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