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Seleccione la mejor tecnología
para su aplicación de Visión Artificial

La tecnología de Visión Artificial da a las máquinas el don de la vista, reemplazando o complementando las tareas manuales de inspección utilizando cámaras y procesamiento de imágenes.

La tecnología de Visión Artificial (también conocida como “Machine Vision”) se utiliza en una variedad de industrias para automatizar la producción y mejorar la calidad del producto, y sus aplicaciones van desde tareas bastante básicas, como la detección de presencia, hasta complejas inspecciones en tiempo real y clasificación. En general, la mayoría de los sistemas de visión utiliza equipos periféricos para realizar su trabajo, como un interruptor fotoeléctrico para el disparo de imágenes, un mecanismo para rechazar objetos defectuosos, y una interfaz de operador de panel táctil para monitoreo y control. Las tareas de Machine Vision se pueden clasificar en cuatro categorías principales:

El Posicionamiento es la tarea de detectar y localizar objetos, e informar la presencia o las coordenadas del objeto.

La Inspección es la tarea de verificar la calidad del producto; comprobar la presencia de todas las partes de un conjunto, o encontrar defectos y desviaciones.

La Medición es la tarea de determinar dimensiones del objeto, tales como longitud, anchura, altura, área y volumen.

La Lectura es la capacidad de decodificar y leer textos, tales como código 1D, código 2D y OCV/OCR.

En muchos casos, un sistema de visión para una aplicación determinada es una combinación de estas tareas principales. En este sentido, cada aplicación necesita ser resuelta usando la tecnología apropiada, por lo que se requiere entender qué tecnologías están disponibles y qué fortalezas tienen cada una de ellas en diferentes contextos.


Solución de aplicaciones en 2D o 3D

A menudo, hay muchas formas posibles de resolver un objetivo específico. En algunos casos, la elección de la visión 2D o 3D es obvia, pero en otros proyectos, ambas tecnologías podrían funcionar y cada una proporciona ciertos beneficios determinados. Por ende, es importante entender dichos beneficios y cómo se aplica al proyecto para proporcionar una solución confiable de Visión Artificial.

La impresión en la caja será visible usando visión 2D (imagen superior), mientras que con 3D, solo se comprueba la forma de la caja.

Visión 2D: La tecnología 2D es particularmente útil para aplicaciones con alto contraste, o cuando la textura o color del objeto es la clave de la solución. El 2D se emplea para resolver las cuatro tareas de la visión y es la tecnología dominante para las soluciones de Machine Vision.

Visión 3D: Esta tecnología es adecuada para analizar el volumen, la forma o la posición 3D de los objetos, pero también para la detección de piezas y defectos que son de bajo contraste, pero que tienen una diferencia de altura detectable. En este sentido, se emplea principalmente para la medición, inspección y posicionamiento, pero también hay casos donde se usa para leer código impreso o texto cuando falta información de contraste.


Tecnologías 2D

En la imagen 2D, la escena a analizar es capturada instantáneamente por una cámara de área o por un método de escaneo utilizando una exploración de una cámara en línea. En ambos casos, la representación final de la escena es una imagen de los valores de intensidad (imagen monocroma) o imágenes a color (a menudo valores RGB). En este aspecto, los elementos clave para capturar una imagen 2D apropiada para la tarea son, además del sensor de imagen, la elección del lente y la iluminación.

Iluminación 2D
El éxito de una aplicación 2D depende de la calidad de la imagen, que a su vez, depende de la selección de un buen método de iluminación, el que debe hacer hincapié en las características a analizar; garantizar una alta calidad de imagen, y permitir una apariencia consistente de las características a lo largo del tiempo, independientemente de la luz ambiente. En el campo de Visión Artificial, hay varios términos que describen la luz:

Iluminación es la forma en que se ilumina un objeto.

Iluminación es la lámpara real que genera la iluminación.

La luz ambiental es luz indirecta circundante, tal como el sol que entra por la ventana.

Incluso las diferencias de altura muy leves se mostrarán al emplear Visión Artificial 3D (imagen derecha), mientras que la variación apenas se nota al aplicar tecnología 2D (imagen izquierda).

Entender algunos principios básicos de iluminación ayudará a seleccionar el tipo de iluminación adecuado para su aplicación:

Las superficies mate se pueden iluminar con luz directa.

Las superficies brillantes requieren luz indirecta difusa para evitar reflejos.

Tipos de iluminación importantes:
Anillo luminoso: Se monta alrededor del eje óptico del lente, ya sea en la cámara o en algún lugar entre la cámara y el objeto. Este tipo de iluminación es directa y, por lo tanto, más adecuado para superficies mate.

Iluminación tipo Domo: Produce luz indirecta con una intensidad de luz uniforme al reflejar la luz de una cúpula montada alrededor del eje óptico del lente. Este tipo de iluminación minimiza las reflexiones sobre el objeto y es adecuado para superficies brillantes como la lectura de la fecha en el embalaje que causaría resplandores y reflejos no deseados bajo iluminación directa.

Backlight: Utilizando un diseño de retroiluminación, el objeto se ilumina por detrás para producir un contorno o silueta. La retroiluminación es muy útil para medir y posicionar tareas, donde una silueta precisa es importante y las características de contraste sobre el objeto mismo podrían interferir con la tarea.


Tecnologías 3D

La captura en tres dimensiones puede llevarse a cabo con diferentes tecnologías de Visión Artificial actualmente disponibles, cada una de las cuales tiene sus pro y contra. En general, las tecnologías de imagen 3D pueden dividirse en dos categorías:tecnologías de escaneado, y de instantáneas.

En las primeras, las imágenes en 3D se obtienen perfil por perfil moviendo el objeto a través de la región de medición o moviendo la cámara sobre el objeto. Para obtener los datos 3D correctos y, por lo tanto, una imagen 3D válida, el movimiento debe ser constante o bien conocido, por ejemplo, utilizando un codificador (encoder) para realizar el seguimiento del movimiento. Las imágenes 3D creadas suelen ser muy precisas. Las tecnologías de instantáneas, en tanto, crean una imagen 3D completa de los objetos al tomar una sola toma, como en una cámara típica de un consumidor, pero en 3D. El movimiento del objeto o de la cámara no es necesario, pero producen imágenes que no son tan exactas como en las tecnologías de escaneo.

Ejemplos de aplicaciones en 2D y 3D.

Las tecnologías de imagen 3D descritas en este documento son triangulación láser (escaneo), tiempo de vuelo (instantánea) y estéreo (instantánea).

Triangulación láser: La triangulación con láser utiliza una línea láser y una cámara para recoger perfiles de altura del objeto. Estos se juntan para crear una imagen 3D mientras el objeto está en movimiento. Dado que la adquisición del perfil de altura requiere el movimiento del objeto, el método se denomina tecnología de escaneado.

Time-of-Flight (tiempo de vuelo): Las cámaras 3D de Time-of-Flight (TOF) crean imágenes 3D utilizando instantáneas, lo que significa que no se necesita ningún objeto ni movimiento de la cámara. La tecnología mide el tiempo de vuelo de una señal luminosa entre el dispositivo y el objetivo para cada punto de la imagen.

Conociendo el desplazamiento de fase de la llegada del tiempo de señal con respecto a la señal inicial, se puede derivar la distancia entre el dispositivo y el objetivo, y el resultado es una imagen 3D instantánea del objetivo. El tiempo de vuelo es muy adecuado para aplicaciones con gran campo de visión y distancia de trabajo de más de 0,5 m.

Imágenes estéreo: Esta tecnología funciona de manera similar a la visión humana y proporciona instantáneas de imágenes 3D sin necesidad de movimiento externo. Combina dos imágenes 2D tomadas de diferentes posiciones y encuentra correlaciones entre las imágenes para crear una imagen en profundidad. A diferencia de las tecnologías anteriores, la estéreo no depende de una fuente de luz dedicada, pero para encontrar correlaciones, las dos imágenes necesitan tener un nivel suficiente de detalles, y los objetos un grado adecuado de diferenciación. Por lo tanto, se usa en aplicaciones con un gran campo de visión y en exteriores. Para obtener mejores resultados, es posible que deba agregar detalles, iluminando la escena con iluminación estructurada.


Artículo gentileza de SICK Chile SpA. Mayor información solicitar a Alexander Rincón Amaya, Product Manager Factory Automation & Logistic Automation DIV8 HUB Latino América SICK SCL - Santiago de Chile, al email alexander.rincon@ sick.com
Mayo 2017
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