Nel contesto del rapido sviluppo dell'automazione industriale e della produzione intelligente, l'ispezione visiva è diventata una parte indispensabile e importante delle moderne linee di produzione. Essendo l'hardware principale del sistema di ispezione visiva, le prestazioni di imaging delle telecamere industriali influiscono direttamente sulla precisione e sulla stabilità dei risultati dell'ispezione. Soprattutto in ambienti scarsamente illuminati, la capacità delle telecamere industriali di produrre stabilmente immagini di alta qualità è diventato uno degli indicatori importanti per misurare le loro prestazioni complessive.
1. Applicazioni in condizioni di scarsa illuminazione dell'ispezione visiva industriale
Le applicazioni di ispezione visiva industriale possono solitamente essere suddivise in tre categorie principali: misurazione e posizionamento dimensionale, rilevamento di difetti superficiali e rilevamento e identificazione del logo. Tra questi, la misurazione dimensionale viene utilizzata principalmente per rilevare la lunghezza, la larghezza, l'altezza e altre dimensioni geometriche del pezzo. Nelle applicazioni pratiche, il rilevamento dimensionale bidimensionale è il più comune. Il rilevamento dei difetti superficiali si concentra su aree irregolari con proprietà fisiche o chimiche locali sulla superficie dell'oggetto da misurare, come graffi, cavità, macchie sulla superficie di prodotti in metallo o plastica, meno stagno, più stagno, saldatura mancante e altri problemi sulla scheda PCB. Il rilevamento del logo viene utilizzato principalmente per determinare se il contenuto stampato è corretto, completo e la posizione è accurata.
Nell'ambiente di produzione reale, a causa della struttura chiusa dell'apparecchiatura, dello spazio limitato della postazione di lavoro, dell'assorbimento della luce da parte del materiale dell'oggetto da testare o di considerazioni di risparmio energetico, si verifica spesso un problema di illuminazione insufficiente nel sito di ispezione. Gli ambienti con scarsa illuminazione porteranno a una luminosità dell’immagine insufficiente, a un aumento significativo del rumore e alla perdita di informazioni dettagliate, ponendo così requisiti più elevati alle capacità di imaging e alla stabilità delle telecamere industriali. Pertanto, testare e analizzare le prestazioni dell'immagine in condizioni di scarsa illuminazione è di grande importanza per la selezione e l'applicazione dei sistemi di visione industriale.
2. Composizione di base del sistema di ispezione visiva industriale
Un sistema completo di ispezione visiva industriale è solitamente costituito da tre parti principali: acquisizione delle immagini, elaborazione e analisi delle immagini, gestione dei dati e interazione uomo-computer. Dal punto di vista hardware, il modulo di acquisizione immagini comprende principalmente apparecchiature come fonti di illuminazione, telecamere industriali, obiettivi industriali e schede di acquisizione immagini; dal punto di vista del software, il modulo di elaborazione e analisi delle immagini è costituito principalmente da algoritmi di preelaborazione delle immagini e algoritmi di rilevamento, che vengono utilizzati per migliorare le caratteristiche del target e completare la misurazione delle dimensioni o il giudizio dei difetti; il modulo di gestione dei dati e di interazione uomo-computer ordina, invia allarmi o registra i prodotti in base ai risultati del rilevamento.
Nelle applicazioni di rilevamento in condizioni di scarsa illuminazione, l'importanza del modulo di acquisizione immagini è particolarmente importante. La capacità della fotocamera di acquisire segnali luminosi, livello di controllo del rumore e prestazioni della gamma dinamica influenzerà direttamente l'effetto di elaborazione degli algoritmi successivi e determinerà persino se l'intero sistema visivo può funzionare stabilmente.
3. Parametri chiave della fotocamera che destano preoccupazione nei test di imaging in condizioni di scarsa illuminazione
Durante il test di imaging in condizioni di scarsa illuminazione delle telecamere industriali, è necessario concentrarsi sui seguenti parametri fondamentali. Questi parametri determinano congiuntamente le effettive prestazioni di imaging della fotocamera in condizioni di illuminazione complesse.
1. Risoluzione e dettagli dell'immagine
La risoluzione è uno degli indicatori prestazionali più basilari delle telecamere industriali ed è determinata dal numero di pixel del sensore di immagine. Le telecamere a scansione di area solitamente esprimono la risoluzione in termini di numero di pixel orizzontali e verticali, ad esempio 1920×1080; nelle applicazioni pratiche è spesso espresso sotto forma di 1K, 2K, 4K, ecc.
All'interno dello stesso campo visivo, maggiore è la risoluzione, più ricche saranno le informazioni dettagliate che la fotocamera potrà presentare. In ambienti con scarsa illuminazione, le telecamere ad alta risoluzione aiutano a conservare informazioni sull'immagine più efficaci, fornendo una garanzia di base per il successivo rilevamento dei difetti e la misurazione delle dimensioni.
2. Velocità di acquisizione e capacità di controllo dell'esposizione
La velocità di acquisizione di una telecamera è solitamente espressa in frame rate (fps) o frequenza di linea (kHz). Per le applicazioni di rilevamento di bersagli in movimento, la telecamera deve avere una velocità di acquisizione sufficiente per evitare immagini sfocate o perdite di informazioni.
In ambienti scarsamente illuminati, le impostazioni ragionevoli del tempo di esposizione sono particolarmente critiche. Tempi di esposizione più lunghi possono contribuire a migliorare la luminosità dell'immagine, ma possono anche causare sfocature da movimento. Pertanto, la capacità di controllo dell'otturatore della fotocamera e le prestazioni di acquisizione ad alta velocità sono garanzie importanti per ottenere immagini nitide in condizioni di scarsa illuminazione.
3. Livello di rumore e prestazioni del rapporto segnale-rumore
Il rumore è uno dei fattori più importanti nell’imaging in condizioni di scarsa illuminazione. Secondo lo standard EMVA1288, il rumore della telecamera include principalmente il rumore di ripresa correlato al segnale e il rumore intrinseco introdotto dai circuiti di lettura del sensore e dai circuiti di elaborazione del segnale. Inoltre, durante il processo di digitalizzazione viene generato anche rumore di quantizzazione.
In condizioni di scarsa illuminazione, le funzionalità di controllo del rumore influiscono direttamente sull'usabilità dell'immagine. Le telecamere industriali con caratteristiche di basso rumore possono mantenere un rapporto segnale-rumore più elevato in ambienti scarsamente illuminati, rendendo le caratteristiche del target più chiare e favorevoli a un rilevamento stabile.
4. Profondità dei pixel e livello di grigio
La profondità dei pixel si riferisce al numero di bit in scala di grigi nell'immagine emessa dalla fotocamera, che comunemente sono 8 bit, 10 bit, 12 bit o anche superiori. Maggiore è la profondità dei pixel, più ricchi saranno i livelli di grigio che possono essere espressi, il che aiuta a distinguere sottili differenze di luminosità.
Nelle applicazioni in condizioni di scarsa illuminazione, una maggiore profondità dei pixel può migliorare le prestazioni della scala di grigi, ma impone anche requisiti più elevati in termini di velocità di trasmissione dei dati e integrazione del sistema. Pertanto, nelle applicazioni pratiche, è necessario raggiungere un compromesso completo in base alla precisione del rilevamento e alle prestazioni del sistema.
5. Risposta spettrale e capacità di corrispondenza della sorgente luminosa
La risposta spettrale di una telecamera industriale determina la sua sensibilità alla luce di diverse lunghezze d'onda. In base ai diversi intervalli di risposta, le telecamere possono essere suddivise in telecamere a luce visibile, telecamere a infrarossi e telecamere a raggi ultravioletti. Nel rilevamento in condizioni di scarsa illuminazione, la corretta corrispondenza delle caratteristiche di risposta spettrale della telecamera e della sorgente luminosa in loco aiuterà a massimizzare l'acquisizione di segnali efficaci e a migliorare l'effetto complessivo dell'immagine.
4. Significato pratico dei test di imaging in condizioni di scarsa illuminazione
Eseguendo test di imaging su telecamere industriali in ambienti scarsamente illuminati, possiamo valutare sistematicamente le loro capacità di ripristino dei dettagli, capacità di controllo del rumore e stabilità dell'immagine in condizioni di scarsa illuminazione. Ciò non solo aiuta a ottimizzare la scelta della telecamera, ma riduce anche la dipendenza da sorgenti luminose ad alta luminosità nelle applicazioni pratiche, riducendo il consumo energetico del sistema e la complessità strutturale.
In scenari quali l'ispezione dei giunti di saldatura dei PCB, l'ispezione dei componenti elettronici e l'ispezione dell'aspetto dei componenti di precisione, le telecamere industriali con buone capacità di imaging in condizioni di scarsa illuminazione possono mantenere un output stabile in ambienti complessi e fornire una base dati affidabile per i sistemi di ispezione automatizzati.
Le prestazioni di imaging in ambienti con scarsa illuminazione sono diventate una delle direzioni importanti per lo sviluppo della tecnologia delle fotocamere industriali. Attraverso metodi di test scientifici e analisi ragionevoli dei parametri, le prestazioni delle telecamere industriali nelle applicazioni pratiche possono essere valutate in modo più completo. In futuro, con il continuo miglioramento della tecnologia dei sensori di immagine e delle capacità di elaborazione del segnale, le telecamere industriali lo farannoIl campo del rilevamento in condizioni di scarsa illuminazione mostra un maggiore potenziale di applicazione. Smart Vision continuerà inoltre a testare e ottimizzare le telecamere industriali e le soluzioni di visione in base alle effettive esigenze applicative per fornire ai clienti un supporto per l'ispezione della visione artificiale più stabile ed efficiente.
