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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.

¿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

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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