El sistema de visión artificial es un sistema técnico que utiliza máquinas para reemplazar los ojos humanos para completar la medición, la identificación y el juicio. Es una de las ramas importantes de la informática. El sistema integra tecnologías multidisciplinarias como óptica, mecánica, electrónica y software y hardware informático, e involucra muchos campos como el procesamiento de imágenes, el reconocimiento de patrones, la inteligencia artificial, el procesamiento de señales y la integración óptico-mecánica.
Con el rápido desarrollo de tecnologías clave como el procesamiento de imágenes y el reconocimiento de patrones, la profundidad y amplitud de las aplicaciones de visión artificial también han seguido expandiéndose.
En los últimos años, impulsada por la fabricación inteligente y la automatización industrial, la tecnología de visión artificial ha ido evolucionando hacia una mayor precisión e inteligencia. En comparación con el procesamiento tradicional de imágenes bidimensionales, la investigación y aplicación en el campo de la visión industrial se está transformando gradualmente a la tecnología de inspección visual 3D y se ha aplicado a gran escala en escenarios como la inspección de soldaduras, la clasificación de piezas y la medición de láminas metálicas.
Se puede decir que la inspección por visión artificial está pasando del 'reconocimiento bidimensional' a la 'percepción tridimensional'.
Desde la perspectiva de la composición del sistema, un sistema completo de visión artificial suele incluir un sistema de iluminación, lentes industriales, un sistema de cámara y un sistema de procesamiento de imágenes. En aplicaciones prácticas, es necesario considerar de manera integral factores clave como la velocidad de operación del sistema y la eficiencia del procesamiento de imágenes, el tipo de cámara (color o blanco y negro), si el objetivo de inspección es la medición del tamaño o la identificación de defectos, el rango del campo de visión requerido, la resolución y el contraste de la imagen de acuerdo con las necesidades de inspección específicas, para construir una solución de inspección visual estable y eficiente.
sistema visual.La estructura del
Diseño de sistemas de hardware.
La parte de hardware del sistema de visión artificial consta principalmente de lentes industriales, cámaras industriales, tarjetas de captura de imágenes, unidades de entrada/salida y dispositivos de control.
El rendimiento general del sistema de visión no sólo depende de la calidad de los píxeles de la cámara y del hardware en sí, sino más importante aún, de la coincidencia razonable y el trabajo colaborativo entre los distintos módulos de hardware. Por ejemplo, la coincidencia de la resolución de la lente y la cámara, y la compatibilidad de la tarjeta de captura y la interfaz de datos afectarán directamente la calidad de imagen y la estabilidad operativa del sistema.
Por lo tanto, un sistema de visión de alto rendimiento es inseparable de una consideración integral de la selección de hardware, la estructura del sistema y los escenarios de aplicación.
Diseño de sistemas de software
El diseño del software del sistema visual es uno de los eslabones centrales de todo el sistema y tiene una alta complejidad técnica. Durante el proceso de desarrollo de software, no solo debemos prestar atención a la optimización de la estructura del programa y la eficiencia operativa, sino también centrarnos en la precisión, la realizabilidad y el rendimiento estable del algoritmo en escenarios reales.
Una vez completado el sistema de software, se debe probar completamente su robustez y optimizarla continuamente para garantizar que el sistema pueda mantener un rendimiento de detección estable y confiable en entornos externos complejos, como cambios de iluminación, interferencias de fondo y diferencias de objetivos.
En aplicaciones de visión de robots, el sistema suele constar de dos partes: un módulo de adquisición de imágenes y un módulo de procesamiento de visión.
Entre ellos, el módulo de adquisición de imágenes incluye un sistema de iluminación, un sensor visual, un convertidor analógico a digital (A/D), una memoria de cuadros, etc., y se utiliza para recopilar información de imágenes bidimensionales en el entorno.
El sistema de visión del robot obtiene datos de imágenes a través del sensor visual y luego los analiza, identifica y comprende mediante el procesador de visión, y convierte los resultados del procesamiento en instrucciones de control ejecutables, de modo que el robot pueda identificar con precisión el objeto objetivo y determinar su posición espacial, completando así tareas como posicionamiento, agarre y ensamblaje.
Solución de medición sin contacto de alta precisión
El sensor confocal espectral funciona según el principio de dispersión de la luz blanca, enfocando luz monocromática de diferentes longitudes de onda en diferentes posiciones de enfoque a través de un sistema óptico especial. El sistema puede calcular con precisión la distancia entre el objeto y el sensor basándose en la información de longitud de onda de la luz reflejada desde la superficie del objeto medido.
Este método de medición no se ve afectado por la intensidad de la luz reflejada, es adecuado para casi todos los materiales y puede lograr mediciones sin contacto de alta precisión y estabilidad. Un solo escaneo puede obtener la topografía 3D completa o parcial de la superficie del objeto medido, lo que tiene ventajas significativas como alta precisión, velocidad rápida y gran estabilidad.
En comparación con los métodos tradicionales de detección láser, la tecnología confocal espectral funciona particularmente bien en la detección de objetos transparentes, espejos altamente reflectantes y materiales que absorben mucho la luz. Se utiliza ampliamente en escenarios de detección en línea en industrias como la electrónica 3C, semiconductores, nueva energía de baterías de litio y hardware de precisión.
Solución de medición 3D de grado industrial
La triangulación láser es un método de medición tridimensional maduro que se utiliza ampliamente en industrias como la madera, el caucho, los neumáticos, las autopartes, el metal y el hierro fundido. También es adecuado para escenarios de inspección a gran escala, como superficies de carreteras.
Esta tecnología genera datos de nubes de puntos 3D proyectando luz láser estructurada sobre la superficie de un objeto, y la cámara recopila el perfil de la línea láser y calcula la información de altura. En aplicaciones prácticas, el objeto medido generalmente se mueve debajo del sensor y continuamente recolecta y empalma múltiples secciones de contorno para finalmente formar una imagen tridimensional completa.
El ángulo de instalación entre el láser y la cámara tiene un impacto importante en la precisión de la medición y la estabilidad del sistema. Aumentar el ángulo ayuda a mejorar la resolución de altura, mientras que disminuir el ángulo ayuda a mejorar la estabilidad general. Combinada con algoritmos de software maduros, esta tecnología ha podido lograr un procesamiento y análisis de datos 3D eficiente y confiable.
Solución de cámara de visión estéreo 3D
La cámara de visión estéreo 3D se basa en el principio de visión binocular similar al del ojo humano. Adquiere imágenes desde diferentes ángulos de visión a través de dos cámaras y utiliza información de paralaje para calcular los datos de profundidad del objeto.
En aplicaciones industriales reales, la proyección de texturas aleatorias generalmente se combina para mejorar la información característica de la superficie del objeto medido, mejorando así la precisión de la coincidencia de imágenes. Esta tecnología se ha utilizado ampliamente en escenarios como guía de robots, posicionamiento de ensamblajes y depuración de sistemas, y ha demostrado una buena adaptabilidad en detección dinámica y entornos de producción flexibles.
Posicionamiento espacial rápido
Las cámaras ToF calculan la distancia del objetivo emitiendo pulsos de luz infrarroja y midiendo el tiempo que tarda la luz reflejada en regresar al sensor, similar al alcance del radar.
Las primeras tecnologías ToF estaban limitadas por la resolución y la precisión de las mediciones, lo que dificultaba cumplir con los requisitos de detección a nivel industrial. Con el avance de la tecnología han surgido las cámaras ToF de megapíxeles, que poco a poco se están promocionando en aplicaciones como la detección de objetos 3D, la carga y descarga de robots y la carga y descarga de palés.
Cabe señalar que la tecnología ToF es más adecuada para el reconocimiento de objetivos y el posicionamiento espacial, y no es adecuada para escenarios de medición dimensional de alta precisión.
El papel del software en la visión 3D
existir En un sistema de visión artificial 3D , el software de análisis y procesamiento de imágenes equivale al 'cerebro' del sistema.
La inspección visual tradicional depende en gran medida de la programación de reglas y completa las tareas de inspección mediante la comparación de características y el juicio de umbrales. A medida que la complejidad de los escenarios de aplicación continúa aumentando, el aprendizaje profundo y las redes neuronales artificiales (ANN) se están convirtiendo gradualmente en soluciones convencionales.
Las redes neuronales artificiales están compuestas por una gran cantidad de 'neuronas' interconectadas y sus pesos de conexión se pueden ajustar continuamente de acuerdo con los datos de entrenamiento, logrando así el aprendizaje autónomo y la extracción de características. Bajo el marco de aprendizaje profundo, el sistema no necesita definir manualmente características de imagen complejas. Solo necesita ingresar datos de la imagen original para completar automáticamente la extracción, clasificación y evaluación de características, lo que muestra una mayor adaptabilidad y robustez en entornos industriales complejos.
Con la madurez continua de la tecnología de imágenes 3D, los algoritmos de procesamiento de nubes de puntos y la inteligencia artificial, la inspección por visión artificial se está desarrollando hacia una mayor precisión, una inteligencia más sólida y escenarios de aplicación más amplios.
La combinación de visión artificial 3D y aprendizaje profundo de Smart Vision continuará ampliando los límites de la inspección industrial y brindando soporte técnico más confiable para actualizaciones de automatización y fabricación inteligente. La industria de la visión artificial está llena de expectativas para el futuro, esperemos y veremos.
