¿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.
Variantes de las cámaras para sistemas de procesamiento de imágenes 2D
Cámaras lineales
Las cámaras lineales se utilizan principalmente en procesos de inspección continua. Son especialmente adecuadas para aplicaciones en las que se procesan objetos que se mueven sobre cintas transportadoras o material a granel. A diferencia de las cámaras matriciales, las cámaras lineales no registran la imagen de una sola vez, sino línea por línea. Para obtener una imagen completa, el objeto debe moverse a través del campo de visión de la cámara durante la captura. A continuación, el software combina las líneas individuales para formar una imagen completa. En dichas aplicaciones, son significativamente más rápidas que las cámaras 2D tradicionales y, por lo tanto, son especialmente adecuadas para aplicaciones de alta velocidad.
Su rendimiento a menudo supera al de las cámaras 2D, especialmente en procesos con funcionamiento continuo. La calidad de la imagen depende en gran medida de factores como el movimiento uniforme del objeto, el momento de la captura, la resolución de las líneas y el tiempo de exposición. Encontramos ejemplos de aplicación típicos en el control de calidad de productos textiles, papel, telas y otros materiales que forman bandas, donde se requiere una captura de imágenes precisa y sin interrupciones.
Cámaras matriciales
A diferencia de la cámara lineal, que captura la imagen línea por línea, la cámara matricial utiliza un sensor de imagen que registra toda la imagen de una sola vez. Esto significa que es capaz de crear una imagen bidimensional completa con una sola captura.
Las cámaras matriciales están muy extendidas y se utilizan en cualquier lugar donde se requiera una imagen completa e instantánea, como en el control de calidad industrial, la obtención de imágenes médicas, los sistemas de monitorización y muchos otros ámbitos que requieren una alta precisión y un rápido procesamiento de las imágenes. Son especialmente adecuadas para objetos fijos, ya que no es necesario ningún movimiento relativo entre la cámara y el objeto.
La ventaja para usted reside en que captura con precisión imágenes 2D detalladas y de alta resolución. Las cámaras matriciales se utilizan especialmente para aplicaciones en las que se requiere una calidad de imagen muy alta.
Diferenciación entre las cámaras matriciales: 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 o como solución independiente con ayuda de un software de terceros
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 directamente en la Smart Camera a través del software de procesamiento de imágenes
La presentación de los resultados se realiza a través de interfaces de comunicación integradas, como Profinet, TCP, etc.
Tecnología de iluminación integrada opcionalmente
- No requiere ningún controlador adicional
La selección de la cámara comienza en el chip de imagen
¿Qué es un chip de imagen?
¿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 valores de gris.
Captura de imágenes con una cámara en color
Una cámara de color es capaz de diferenciar el valor de color de los objetos.
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
Izquierda: Global Shutter; derecha: Rolling ShutterEn 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.
Una cámara en color es capaz de distinguir los objetos entre sí y del fondo. Los filtros rojo, verde y azul de los píxeles permiten registrar un espectro de hasta 16,7 millones de colores. De este modo, se pueden reconocer objetos de colores variados que no serían distinguibles con cámaras monocromáticas.
Otras características de los sensores
Los sensores de imagen o chips de imagen se diferencian en diferentes aspectos, entre los que se incluyen el tamaño del sensor, la resolución, el tamaño del píxel, la velocidad de fotogramas, la sensibilidad a la luz y el rango dinámico. En función de la resolución, en el procesamiento industrial de imágenes se utilizan sensores de diferentes tamaños. Los modelos más grandes suelen ofrecer un mayor rendimiento, pero son menos adecuados para sistemas de cámara compactos con espacio limitado.
Debido a unos procesos de fabricación cada vez mejores que minimizan los inconvenientes de los chips de imagen más pequeños, el mercado tiende a ofrecer sensores cada vez más pequeños. A medida que disminuye el tamaño del sensor, también lo hace el espacio destinado a los píxeles individuales. Cuanto más grande sea un píxel, más luz podrá absorber, lo que reducirá la necesidad de luz adicional en la aplicación.
Por lo tanto, una proporción equilibrada entre el número y el tamaño de los píxeles es decisiva para lograr una calidad de imagen fiable, especialmente en aplicaciones industriales con tiempos de exposición cortos, como en procesos dinámicos rápidos.
Dado que en el procesamiento de imágenes los tiempos de exposición suelen ser cortos (p. ej. en aplicaciones dinámicas rápidas), se debe prestar especial atención al equilibrio entre el número y el tamaño de los píxeles.
Resolución
Frecuencia de imagen
Tiempo de exposición
La resolución adecuada para cada aplicación
| Resolución | Exactitud | Ejemplos |
|---|---|---|
| 1,6 MP | Aplicaciones que no requieren una resolución extremadamente alta | Reconocimiento óptico de caracteres, control de montaje, control de presencia |
| 5 MP | Aplicaciones que requieren un nivel de detalle medio | Inspección de embalajes |
| 12 MP | Aplicaciones que requieren una alta precisión | Inspección de piezas mecánicas finas |
| 24 MP | Aplicaciones que requieren una resolución y una precisión de detalle muy altas | Comprobación de circuitos impresos en busca de componentes defectuosos |
Componentes principales de los sistemas de procesamiento de imágenes 2D
Lente
Las lentes, junto con la cámara y la iluminación, son fundamentales para la calidad de la toma de imágenes. Las lentes proporcionan una imagen precisa, lo que facilita el análisis de las estructuras más finas. La selección de una lente adecuada y de alta calidad puede optimizar la detección y el tiempo de procesamiento.
Interfaz de las cámaras de visión artificial
Gigabit Ethernet (GigE)
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.
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
