Conclusiones clave
La óptica de visión artificial incluye características únicas y distintas, como las siguientes:
- El campo de visión determina el área visible y el aumento
- La distancia de trabajo afecta la flexibilidad de colocación de las lentes
- La resolución garantiza que las imágenes con características pequeñas se vean claramente
- La profundidad de campo mantiene el enfoque a través de las profundidades del objeto
- El tamaño del sensor y el aumento influyen en la claridad de la imagen y la selección de lentes
La tecnología de visión artificial permite que las máquinas "vean" y "comprendan" su entorno mediante cámaras, sensores y software. Las máquinas pueden inspeccionar y evaluar las cosas como lo hace el ojo humano, solo que más rápido y con una precisión mucho mayor. Esta tecnología se utiliza para automatizar de manera rápida y precisa las inspecciones, mediciones y decisiones en la fabricación. Elegir la óptica correcta puede marcar la diferencia para garantizar resultados de alta calidad.
Si trabaja con visión artificial, es posible que se pregunte: ¿Cómo afectan las diferentes lentes la inspección y la detección de defectos? ¿Necesita invertir en lentes de alta gama para una alta resolución o puede hacer el trabajo una opción económica? La optimización de su sistema comienza con la comprensión de seis factores clave que afectan directamente la calidad de la imagen.
1. Campo de visión (FOV): Cuánto puede ver una cámara a la vez
El campo de visión (Field of View FOV) se mide por la relación entre el sensor de la cámara y la lente elegida. La distancia focal de una lente, medida en milímetros, determina su FOV angular, medido en grados. Un lente con una distancia focal más larga proporciona una vista más estrecha pero con más zoom (aumento más alto), mientras que una distancia focal más corta proporciona una vista más amplia pero menos zoom.
Por ejemplo:
- Lente de larga distancia focal: se acerca para inspeccionar pequeños detalles en una tarjeta de circuito impreso (PCB). El FOV es más estrecho, pero puede ver pequeños componentes, como uniones soldadas con estaño, en detalle.
- Lente de distancia focal corta: captura una línea de montaje completa a la vez. El FOV es más amplio, lo que ayuda a ver múltiples partes o productos que se mueven a través de la producción.
2. Distancia de trabajo: El espacio entre la parte delantera de la lente y el objeto
La distancia de trabajo se ve influenciada en gran medida por las necesidades de su aplicación: ¿Está trabajando en un espacio confinado donde el sistema de visión debe montarse cerca de la pieza? ¿O tiene más flexibilidad, como inspeccionar componentes automotrices grandes en una línea de fabricación? Estos factores pueden guiar su selección de lentes para optimizar el proceso de inspección.
La distancia de trabajo entre la parte delantera de la lente y la pieza que se inspeccionará.
3. Resolución: La capacidad del sistema de imagenología para capturar características finas
Los sensores de imagen están compuestos por pixeles, cada pixel representa un tamaño específico en micrómetros. Un mayor recuento de pixeles da como resultado una mayor resolución, lo que permite obtener imagenología más precisa. Para objetos más pequeños, es necesaria una mayor resolución para capturar detalles complejos durante la inspección. Al elegir un sensor, asegúrese de que su resolución coincida con el tamaño y la complejidad de las piezas que está inspeccionando.
La resolución es la capacidad de reproducir un objeto o detalle de una característica.
4. Profundidad de campo: El rango de distancia donde los objetos permanecen nítidos y enfocados.
La profundidad de campo (DOF) asegura que los objetos a diferentes distancias de la cámara permanezcan visibles, desempeñando un papel importante en muchas aplicaciones. Por ejemplo, en un entorno logístico con lectores de códigos de barras, se requiere un DOF grande. Esto se debe a que los objetos dentro del FOV pueden ser de diferentes tamaños y escalas, lo que coloca los códigos de barras a diferentes distancias de trabajo en relación con el punto focal de la lente.
El DOF está influenciado por la apertura de la lente (número f o f-stop), la abertura que deja entrar la luz. Una apertura más pequeña (número f más grande) permite menos luz, pero crea un DOF más grande, manteniendo una mayor parte de la escena enfocada. Una apertura más grande (número f más pequeño) permite más luz, pero crea un DOF más superficial; solo los objetos dentro de distancias específicas estarán nítidos.
Cómo funciona:
- DOF grande: Al escanear productos en estantes en un almacén, los artículos en primer plano y en segundo plano permanecen enfocados, lo que permite al sistema leer códigos de barras a diferentes distancias.
- DOF poco profundo: Al inspeccionar piezas más pequeñas en una banda transportadora, la cámara se enfoca en la pieza misma mientras la maquinaria de fondo está borrosa.
Poca profundidad de campo
Mayor profundidad de campo
5. Tamaño del sensor: El tamaño del área activa de un sensor de cámara, especificado en la dimensión horizontal
Los sensores de imagen vienen en muchos tamaños, desde 1 pulgada hasta ¼ pulgada. El tamaño de un sensor afecta la cantidad de luz que puede capturar, lo que influye en la calidad de la imagen y el rendimiento con poca luz.
En acción:
- Sensor más grande: Captura más luz, mejora la claridad de la imagen y reduce el ruido, especialmente en condiciones tenues.
- Sensor más pequeño: Diseño compacto y mayor enfoque en detalles más finos, a pesar de capturar menos luz.
La dimensión horizontal de un sensor de imagen se puede utilizar, junto con el FOV deseado en milímetros, para determinar el aumento primario necesario (PMAG) para su aplicación.
El sensor de imagen dentro de una cámara de visión artificial es lo que convierte la luz reflejada en una imagen digital.
6. Magnificación primaria (PMAG): La relación entre el tamaño del sensor y el FOV
PMAG es otro factor clave al elegir lentes para visión artificial. Se determina por la distancia focal de la lente, el tamaño del sensor y el FOV deseado, todo lo cual afecta el nivel de aumento necesario para el objeto inspeccionado.
Si está inspeccionando un PCB y necesita capturar una pequeña resistencia, el PMAG correcto puede acercarse para verla claramente. Un sensor más grande generalmente proporciona una mejor claridad, mientras que el FOV determina cuánto de la tarjeta es visible a la vez.
Utilice esta ecuación para calcular PMAG:
Tamaño del sensor / FOV = PMAG
Por ejemplo, con un sensor de 10 mm y un FOV de 50 mm, PMAG sería 0.2. Esto significa que el objeto se magnifica 0.2 veces su tamaño real. Es bueno conocer PMAG para elegir el lente más adecuado para su operación. El PMAG también afecta la profundidad de campo y la resolución, incluido el nivel de detalle y enfoque de una imagen final, determinando cuánto de la escena permanece en enfoque y el nivel de detalle en la imagen final.
Esta imagen explica cómo calcular la amplificación primaria (Primary Magnification, PMAG) en un sistema de visión artificial o de imagenología. PMAG es la relación entre el sensor horizontal de una cámara y el campo de visión horizontal (FOV) deseado.