Capteur de vision : analyse technique et application

Les capteurs de vision sont utilisés dans diverses industries, y compris robotique, la construction automobile et les jeux vidéo. Les capteurs de vision se développent depuis des décennies et la technologie s'est considérablement améliorée. Cet article passe en revue les bases des capteurs de vision et donne un aperçu de leur fonctionnement. Nous examinerons également certains termes techniques importants qu'il est essentiel de connaître lorsque vous travaillez avec des capteurs de vision. Enfin, nous discuterons de certaines applications pour les capteurs de vision afin que vous puissiez voir comment ils sont appliqués dans des applications réelles aujourd'hui !

Principe de fonctionnement du capteur de vision

Les capteurs de vision sont généralement assemblés à partir d'une caméra, d'un écran, d'une interface et d'un processeur informatique. Elle utilise principalement ces composants pour automatiser les processus et décisions industriels. Il enregistre les mesures des objets et prend des décisions de réussite/échec. Il prend également en charge l'inspection de la qualité des produits analysables. Un capteur de vision avec un processeur intégré peut être appelé un caméra intelligente. Une caméra intelligente est capable non seulement d'acquérir des images, mais également de les traiter. Cette caméra permet différents niveaux de vision intégrée et est un exemple préféré de capteur de vision pour les photographes amateurs.

Les capteurs de vision utilisent des images pour déterminer la présence, l'orientation et la précision d'un objet particulier. Il prend en charge l'acquisition d'images et le traitement d'images. Il peut également utiliser un capteur unique pour la détection multipoint. Le capteur de vision est destiné à l'échange de données entre la caméra et l'unité informatique. Il compare et analyse l'image capturée avec une image de référence stockée en mémoire. Supposons que le capteur de vision soit configuré avec un état de réglage de huit boulons insérés dans le corps. Ensuite, il peut identifier rapidement les pièces non conformes pendant le processus d'inspection. Ces composants non conformes peuvent être des composants avec seulement sept boulons ou des boulons mal alignés sur la machine. De plus, il peut faire des jugements corrects sur la position et l'angle de rotation des pièces de la machine.

Il existe une nette différence entre ces capteurs et les systèmes de détection d'image. Ils rendent l'installation et le fonctionnement de l'appareil extrêmement faciles. Ils sont également différents des autres capteurs à usage général. Un exemple typique est un capteur de vision unique qui peut détecter plusieurs points. Il permet également la détection d'objets avec des positions cibles incohérentes.

Les capteurs de vision sont disponibles en modèles monochromes et couleur. Le modèle monochromatique identifie principalement la plage d'intensité entre les zones blanches et noires. La caméra capturera l'image du modèle. Un récepteur optique (compatible CMOS) transmet l'image capturée à travers la caméra. Ensuite, il le convertit en un signal électrique. Il prend en charge la reconnaissance de la forme, de l'orientation et de la luminosité des objets. La lumière reçue par le modèle de couleur est divisée en rouge, vert et bleu. Il permet aux gens d'identifier la couleur d'un objet par sa différence d'intensité.

Analyse des termes techniques du capteur de vision

• Pixel : C'est l'unité photosensible de base sur le dispositif photosensible. C'est cette petite unité d'une image que la caméra peut reconnaître. Autrement dit, c'est une combinaison d'images et d'éléments.
• Niveaux de gris : L'intensité de la lumière à laquelle un objet est exposé. Il classe l'intensité de la lumière à laquelle un objet est exposé du noir au blanc. Il a un total de 256 niveaux de gris.
• Distance de travail: La distance entre le barillet de l'objectif et l'objet
• Champ de vision (FOV): La zone physique qui peut être vue à l'aide d'une caméra. Son champ de vision est calculé à partir des valeurs générales de la source lumineuse et de la surface active :
  La longueur longitudinale de la zone effective de la caméra (V) / multiple optique (M) = champ de vision (V)
  Longueur transversale de la zone effective de la caméra (H) / multiple optique (M) = champ de vision (H)
  Longueur verticale (V) ou longueur horizontale (M) de la zone effective de la caméra = taille d'un pixel de la caméra × nombre de pixels effectifs (V) ou (H)
• Profondeur de champ : La distance entre l'avant et l'arrière d'une image nette d'un objet mis au point.
• Distance focale (f): La distance entre le centre d'une lentille et son point focal
• Objectif à focale fixe : La distance focale de l'objectif. On ne peut pas régler l'objectif à focale fixe. Les gens ne peuvent pas le réglementer.
• Zoom: Distance focale de l'objectif réglable.
• Luminosité des bords : pourcentage d'éclairage central et périphérique
• Fonction de transfert de modulation (MTF) : Le changement d'intensité de la surface de l'objet. Cette fonction représente les performances d'imagerie de l'objectif et le contraste de l'objet imagé.
• Binarisation : Convertit les couleurs d'une concentration d'ordre 256 en noir et blanc. Habituellement, le processus de binarisation est suivi de la mesure des pixels blancs.
• Obturateur: Dispositif utilisé pour contrôler le moment de l'exposition à la lumière d'un élément photographique.
• Ouverture: Un appareil qui contrôle la quantité de lumière pénétrant dans le corps à travers la lentille. Il est généralement situé à l'intérieur de la lentille. Le nombre f est souvent utilisé pour indiquer la taille de l'ouverture.
• Cycle d'entrée d'image : Il est temps d'acquérir une image.
• Précision: La différence entre la valeur mesurée et la valeur réelle
• Valeur répliquée : Différence dans les valeurs de plusieurs tests
• Résolution: Le nombre de lignes noires et blanches visibles au milieu de 1 mm. Son unité est (lp)/mm.
• Délai d'exposition: Processus par lequel la lumière est perçue à la surface d'un appareil photosensible
• Interface Caméras Industrielles-Objectif

Types de capteurs de vision

Les capteurs de vision et d'image peuvent être divisés en deux catégories selon leur structure et leurs composants. Ces deux catégories sont les dispositifs à couplage de charge et les semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaires CMOS. Les dispositifs à couplage de charge utilisent un matériau semi-conducteur très sensible à la lumière. Il convertit la lumière en charge électrique et la transforme en signal numérique via une puce de conversion analogique-numérique.

Le CMOS utilise des semi-conducteurs constitués de deux éléments, le silicium et le germanium. Ce matériau lui permet de coexister sur CMOS avec des semi-conducteurs de niveau N et P. Le courant généré par les deux peut être enregistré et interprété dans une image par une puce de traitement. Les capteurs d'image de type CCD fonctionnent avec un bruit très faible. Le capteur peut également maintenir un bon état dans des conditions environnementales sombres. Le capteur d'image de type CMOS a une meilleure qualité que le capteur normal. Il peut prendre en charge un lecteur d'alimentation basse tension.

Système de vision vs capteur de vision

Les termes système de vision et capteur de vision sont souvent utilisés de manière interchangeable, mais il existe quelques différences subtiles :

• Un capteur de vision est une caméra unique ou un capteur d'image qui capture des informations visuelles. Il convertit les informations optiques en images numériques qui peuvent être traitées. Les exemples incluent les caméras CMOS, les caméras CCD, etc.
• Un système de vision intègre plusieurs capteurs de vision et des composants supplémentaires pour percevoir, analyser et interpréter des informations visuelles de manière plus avancée. Un système de vision comprend généralement :
  • Plusieurs caméras avec différents objectifs, perspectives, champs de vision, etc., pour une vision stéréo, une vue panoramique, etc.
  • Matériel/logiciel de traitement d'image pour des tâches telles que l'amélioration d'image, la segmentation, la reconnaissance d'objets, la reconstruction 3D, le suivi, etc.
  • Matériel d'éclairage pour éclairer correctement la scène.
  • Composants mécaniques pour contrôler le positionnement et la mise au point de la caméra.
  • Puissance de calcul pour traiter les données visuelles en temps réel.

Ainsi, un système de vision fournit une solution plus globale pour la perception de la machine à l'aide de caméras et du matériel/logiciel associé. Les capteurs de vision sont des composants clés d'un système de vision, mais un système comprend également des éléments supplémentaires.

Les systèmes de vision sont utiles pour des applications telles que les véhicules autonomes, la vision robotique, l'inspection visuelle, la surveillance, la reconnaissance faciale, la reconnaissance gestuelle, le suivi, etc. Les capteurs à vision unique ont des capacités plus limitées pour les tâches complexes de perception de la machine.

Bref, un système de vision vise à doter les machines d'une « vue » visuelle, tandis qu'un capteur de vision vise à capter des informations visuelles sous forme d'images numériques. Un bon système de vision s'appuie sur des capteurs de vision de haute qualité, mais offre des fonctionnalités visuelles beaucoup plus sophistiquées.

Caractéristiques du capteur de vision

Installation

Les gens sont sujets aux dommages et aux pertes lorsqu'ils utilisent des caméras dans des capteurs de vision. Le durcissement du sac et de l'objectif de l'appareil photo permet d'éviter d'endommager l'appareil photo. Les caméras de ces capteurs de vision sont installées en permanence pendant le processus de fabrication. L'installation permanente garantit que la caméra peut enregistrer le champ de vision correct pendant l'utilisation. La plupart des gens choisissent également d'utiliser des supports, des accoudoirs et des supports antichocs pour placer et protéger la caméra.

Inspection

Les capteurs de vision peuvent être programmés pour détecter de nombreuses caractéristiques différentes. Par exemple:

• Les capteurs de zone peuvent détecter certaines caractéristiques manquantes, telles que des trous, en cours d'usinage. Il inspecte le blister pour s'assurer que chaque blister est rempli.
• Le capteur de défaut vérifie un article défectueux. Tels que des rayures sur la surface et des corps étrangers sur le matériau d'emballage.
• Faites correspondre le capteur pour vérifier la position de l'étiquette. Il comparera le motif produit avec le motif de référence. Il vérifie la position de l'étiquette sur l'emballage par comparaison.
• Pièces d'inspection du capteur de classification. Il utilise plusieurs modes pour inspecter et orienter les pièces. Nous pouvons l'utiliser dans la salle d'opération pour vérifier que tous les composants du kit chirurgical sont en place.

Application du capteur de vision

Capteur de compteur de pixels

Le capteur de compteur de pixels est destiné à mesurer un objet en utilisant des pixels individuels ayant la même valeur de gris dans l'image calculée. Le capteur a une approche unique pour déterminer la forme, la taille et l'ombrage des objets individuels. Le capteur détermine les valeurs de niveaux de gris sur ses objets en les regroupant. Les capteurs de comptage de pixels sont généralement utilisés des manières suivantes :

• Analyse des points de soudure
• Vérification des filetages manquants dans les pièces métalliques
• Détection de marque de registre
• Analyse de la quantité de colle à joint
• Détection de contraste lors de l'assemblage
• Vérification de la forme correcte des produits moulés par injection
• Calcul du nombre de trous dans le rotor

Lecteur de codes

Les lecteurs de code sont l'une des applications de capteur de vision les plus populaires. Le capteur permet la lecture de codes à barres et de codes bidimensionnels spécifiques. Ces codes bidimensionnels spécifiques sont des codes bidimensionnels que le lecteur peut lire de gauche à droite. Le lecteur de code peut reconnaître et décoder le code à barres. Le lecteur prend également en charge la lecture de dominos, de puzzles de sudoku et de nombreux styles de police différents. Nous pouvons utiliser ce type de capteur de vision de la manière suivante :

• Lire les étiquettes d'emballage des produits
• Classement des produits
• Détection de marque de couleur
• Détection de marque de défaut

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Capteur de profil

Les capteurs de contour sont principalement utilisés pour reconnaître et affecter des objets préalablement définis. Le capteur analyse la forme et le contour d'objets spécifiques et d'objets dans le pipeline de traitement. Il effectue également une identification secondaire des objets de passage. Les capteurs de profil vérifient souvent la structure, l'orientation, la position et l'intégrité des objets. Les applications des capteurs de profil sont :

• Contrôle de qualité
• Vérification des perforations dans les barres d'acier
• Vérification des écrous de roue automobile
• Détermination de la position de la cuillère dans l'emballage
• Détermination d'autres positions de capteur
• Vérification du bon alignement des pièces automobiles

Capteur 3D

Capteurs 3D balayer la surface et la profondeur d'un objet. Ils sont couramment utilisés pour analyser la présence d'un objet dans un colis. Ils prennent également en charge la détermination d'un objet par sa taille. Les applications courantes de ces capteurs sont :

• Mesure de solides opaques et de matériaux en vrac dans des réservoirs ou des silos
• Vérifiez qu'un quota complet de bouteilles est présent dans la caisse.
• Calcul de la taille et du volume des colis dans l'entrepôt et le centre de distribution

Comment choisir le bon capteur de vision ?

À mesure que les capteurs de vision deviennent plus largement utilisés, nos options commencent à se développer. L'œil d'un système de vision artificielle est une caméra. Le cœur de la caméra est le capteur d'image. En termes d'options de capteurs, nous devons considérer relativement plus. Il s'agit notamment de sa précision, du coût du système et de la compréhension des exigences de l'application. Souvent, nous pouvons affiner la recherche en ayant une compréhension générale des principales caractéristiques du capteur. Nous pourrons réduire le temps nécessaire pour trouver le bon capteur.

Dans une application donnée, on peut déterminer le choix du capteur par trois éléments différents. Ce sont la plage dynamique, la vitesse et la réactivité. Certaines personnes disent que la plage dynamique est la capacité à détailler. Cette plage détermine la qualité de l'image que le système peut capturer. La vitesse d'un capteur est le nombre d'images que le capteur peut produire par seconde. Il y a aussi la sortie des images que le système peut recevoir. La réactivité est l'efficacité avec laquelle le capteur convertit les photons en électrons. La réactivité détermine le niveau de luminosité dont le système a besoin pour capturer une image utile. Les développeurs de systèmes peuvent étudier ces caractéristiques sur leurs bancs d'essai. Ces caractéristiques les aident à porter les bons jugements.

La plupart des gens utilisent des capteurs de vision dans lignes de traitement automatisées. Il aide l'entreprise à déterminer la qualité du produit dans un lot donné. Il contribue également à assurer l'uniformité du produit. Les capteurs de vision peuvent également être utilisés dans une grande variété d'industries. Ces industries comprennent l'alimentation, les boissons, les chaînes de montage de moulage par injection, la robotique et la fabrication générale.

À propos des capteurs de vision FAQ

1. Que sont les capteurs de vision et comment fonctionnent-ils ?

   Les capteurs de vision utilisent des caméras et des algorithmes de traitement d'image pour capturer, analyser et interpréter les données visuelles. Ils capturent des images d'un objet physique et utilisent des algorithmes pour extraire des informations utiles.

2. Quels sont les différents types de capteurs de vision disponibles ?

   Les différents types de capteurs de vision disponibles incluent les capteurs 2D et 3D, couleur, thermiques et infrarouges.

3. Comment les capteurs de vision gèrent-ils la capture et le traitement des images ?

   Les capteurs AVision gèrent la capture et le traitement des images à l'aide de caméras, d'objectifs et d'algorithmes de traitement d'image qui extraient des informations utiles des images capturées.

4. Quels sont les différents protocoles de communication utilisés dans les systèmes Vision Sensor ?

   Les différents protocoles de communication utilisés dans les systèmes Vision Sensor incluent les protocoles Ethernet, RS-232, USB et sans fil.

5. Comment les capteurs de vision gèrent-ils la gestion de l'alimentation pour un fonctionnement à long terme ?

   Les capteurs de vision gèrent la gestion de l'alimentation pour un fonctionnement à long terme en utilisant des composants à faible consommation d'énergie, des conceptions économes en énergie et des modes d'économie d'énergie.

6. Quelles sont les différences entre les capteurs de vision 2D et 3D ?

   Les capteurs de vision 2D capturent des images bidimensionnelles, tandis que les capteurs de vision 3D capturent des images tridimensionnelles, permettant une perception plus précise de la profondeur.

7. Comment les capteurs de vision gèrent-ils les changements d'éclairage et les conditions environnementales ?

   Les capteurs de vision gèrent les changements d'éclairage et de conditions environnementales grâce à des algorithmes adaptatifs et des techniques de compensation d'éclairage.

8. Comment les capteurs de vision peuvent-ils être intégrés à d'autres systèmes automatisés pour une efficacité maximale ?

   Les capteurs de vision peuvent être intégrés à d'autres systèmes automatisés à l'aide d'API et de protocoles, permettant l'échange de données et l'interopérabilité.