Cómo seleccionar las mejores técnicas de iluminación para su aplicación de visión artificial

La clave para implementar una aplicación robusta de visión artificial en un entorno de automatización en una fábrica es asegurarse de crear el ambiente necesario para una imagen estable. Las tres áreas en las que debe enfocarse para garantizar la estabilidad de la imagen son: iluminación, lentes y manejo de materiales. Para este blog, me centraré en las siete técnicas principales de iluminación que se utilizan en las aplicaciones de visión artificial.

Iluminación anular sobre el eje de la cámara

La iluminación anular sobre el eje es el tipo más común de iluminación porque en muchos casos está integrada en la cámara y está disponible como un número de pieza. Cuando utilice este tipo de iluminación, casi siempre querrá estar algunos grados fuera de la perpendicular (Imagen 1A). Si está perpendicular al objeto, obtendrá puntos conflictivos en la imagen (Imagen 1B), lo cual no es deseable. Cuando la cámara con su luz anular se inclina ligeramente fuera de perpendicular, se obtiene la imagen deseada (Imagen 1C).

Imagen 1A Imagen 1B Imagen 1C

Iluminación del campo brillante fuera del eje

La iluminación del campo brillante fuera del eje funciona al tener una fuente de LED separada montada a aproximadamente 15 grados con respecto a la perpendicular y con la cámara montada perpendicular a la superficie (Imagen 2A). Esta técnica de iluminación funciona mejor en superficies principalmente planas. La superficie o el campo principal será brillante y los orificios o hendiduras estarán oscuros (Imagen 2B).

 

Imagen 2A Imagen 2B

Iluminación del campo oscuro

Se requiere que la iluminación del campo oscuro esté muy cerca de la pieza, generalmente alrededor de una pulgada. El ángulo de montaje de los LEDs de campo oscuro debe ser de al menos 45 grados o más para crear el efecto deseado (Imagen 3A). En resumen, tiene el efecto opuesto de la iluminación del campo brillante, lo que significa que la superficie o el campo es oscuro y las muescas o protuberancias serán mucho más brillantes (Imagen 3B).

Imagen 3A Imagen 3B

Iluminación de fondo

La iluminación de fondo funciona haciendo que la cámara apunte directamente a la luz de fondo en un soporte perpendicular. El objeto que está inspeccionando se coloca entre la cámara y la luz de fondo (Imagen 4A). Esta técnica de iluminación es la más sólida que puede usar pues crea un objetivo negro sobre un fondo blanco (Imagen 4B).

Imagen 4A Imagen 4B

Iluminación difusa de domo

La iluminación difusa de domo, también conocida como la “iluminación de ensaladera”, funciona al tener un orificio en la parte superior del domo donde se monta la cámara y los LEDs se montan en el borde, apuntando hacia arriba, lo que hace que la luz se refleje fuera de la superficie curva de la “ensaladera” y se cree una reflexión muy uniforme (Imagen 5A). La iluminación difusa de domo se usa cuando el objeto que se está inspeccionando es curvo o no es uniforme (Imagen 5B). Después de aplicar esta técnica de iluminación a una superficie o textura irregular, los puntos conflictivos y otros detalles nítidos se resaltan, y se crea una especie de acabado mate en la imagen (Imagen 5C).

Imagen 5A Imagen 5B Imagen 5C

Iluminación difusa sobre el eje de la cámara

La iluminación difusa sobre el eje de la cámara, o DOAL (por sus siglas en inglés, Diffused On-Axis Lighting), funciona al tener una fuente de luz LED apuntando a un divisor de haz. La luz reflejada es paralela a la dirección de montaje de la cámara (Imagen 6A). La iluminación DOAL solo debe usarse en superficies planas en las que se intenta disminuir partes muy brillantes de la superficie para crear una imagen uniforme. Aplicaciones para la inspección de objetos como DVDs, CDs u obleas de silicón son algunos de los usos más comunes para este tipo de iluminación.

Imagen 6A

Iluminación estructurada con líneas láser

La iluminación estructurada con líneas láser funciona al proyectar una línea láser sobre un objeto tridimensional (Imagen 7A), lo que da como resultado una imagen que le brinda información sobre la altura del objeto. Según el ángulo de montaje de la cámara y el transmisor de líneas láser, el cambio resultante en las líneas láser será mayor o menor a medida que cambie el ángulo de los dispositivos (Imagen 7B). Cuando no hay ningún objeto, la línea láser será plana (Imagen 7C).

Imagen 7A Imagen 7B Imagen 7C

Aplicaciones de la vida real

Las imágenes a continuación, “Imagen 8A” e “Imagen 8B” se usaron para una aplicación que requiere que se cuenten los pines de un conector. Como puede ver, la iluminación de campo brillante de la izquierda no produce una imagen clara, pero la iluminación de campo oscuro de la derecha sí lo hace.

Imagen 8A Imagen 8B

El siguiente ejemplo (Imagen 9A e Imagen 9B) fue para una aplicación que requería la lectura de un código de barras a través de un envoltorio de celofán. La imagen no clara (Imagen 9A) se adquirió utilizando una iluminación anular sobre el eje de la cámara, mientras que el uso de una iluminación de domo (Imagen 9B) dio como resultado una imagen clara y fácil de leer del código de barras.

Imagen 9A Imagen 9B

En este ejemplo, las imágenes “Imagen 10A”, “Imagen 10B” e “Imagen 10C” muestran diferentes técnicas de iluminación en el mismo objeto. En la imagen “Imagen 10A”, se utiliza la iluminación de fondo para medir el diámetro del agujero más pequeño. En la imagen “Imagen 10B”, la iluminación de domo se utiliza para inspeccionar el cono del orificio superior en referencia al orificio inferior. En la imágen “Imagen 10C”, la iluminación de campo oscuro se está utilizando para realizar el reconocimiento óptico de caracteres “OCR” (por sus siglas en inglés, Optical Character Recognition) en el objeto. Cada uno de estos podría verse como positivo o negativo dependiendo de lo que se esté tratando de lograr.

Imagen 10A Imagen 10B Imagen 10C

 

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