El pequeño 1x1 de la visión artificial

Tecnologías de cámaras en la visión artificial

El ojo de todo sistema de visión

La cámara es uno de los elementos más importantes de cualquier sistema de visión artificial. Captura los datos de imagen que impulsan los procesos de inspección, medición y control. La elección de la tecnología de cámara adecuada afecta directamente a la resolución, la velocidad, la sensibilidad a la luz y la complejidad de integración del sistema. En STEMMER IMAGING, ayudamos a los clientes a seleccionar y configurar la cámara más adecuada para cada aplicación.

Tipos de cámaras industriales clave

Las cámaras industriales están disponibles en diversas tecnologías, cada una de ellas adecuada para tareas y entornos específicos:
 
  • Area Scan Cameras – la opción estándar para la mayoría de las inspecciones 2D; capturan imágenes de fotograma completo.
  • Cámaras lineales – se utilizan para materiales continuos (textiles, películas, piezas giratorias); crean imágenes línea por línea
  • Cámaras 3D – capture datos de profundidad; se utilizan para la selección de piezas, la medición de volúmenes y la guía robótica

Adaptación de las especificaciones a los requisitos de la aplicación

Para seleccionar la cámara adecuada, es necesario comprender parámetros de rendimiento como:

Tipo de sensor: CMOS frente a CCD

El tipo de sensor desempeña un papel fundamental a la hora de determinar tanto la calidad de la imagen como la aplicabilidad de la cámara. Aunque los sensores CCD se utilizaban tradicionalmente en la visión artificial, los sensores CMOS se han convertido en el estándar para la mayoría de las aplicaciones industriales gracias a su mayor sensibilidad, menor coste y menor consumo de energía. Los sensores CMOS también permiten velocidades de fotogramas más altas y son más adecuados para su integración en sistemas compactos.

La resolución define la característica más pequeña detectable

La resolución de una cámara se refiere al número de píxeles activos del sensor. Es fundamental para detectar detalles en la visión artificial. Una mayor resolución permite capturar características más pequeñas, lo que es vital para realizar inspecciones precisas y controles de calidad.

 

Al diseñar un sistema, es importante calcular la resolución óptima de la cámara para resolver la tarea de inspección de forma robusta y rentable. Una resolución excesiva puede generar costes innecesarios y aumentar el procesamiento de datos, mientras que una resolución insuficiente puede no capturar adecuadamente los detalles necesarios.

La velocidad de fotogramas influye en la velocidad y la sincronización de la inspección

La velocidad de fotogramas, medida en fotogramas por segundo (fps), afecta a la velocidad y la eficiencia de la inspección. En aplicaciones que implican el movimiento o el procesamiento rápido de objetos, es fundamental una velocidad de fotogramas alta para garantizar que se captura toda la información relevante sin perder ningún dato de la imagen. Una velocidad de fotogramas inadecuada puede provocar retrasos en el procesamiento y resultados inexactos.

Tipo de obturador: global para piezas móviles y rodante para inspecciones estáticas

El tipo de obturador influye significativamente en la calidad de la imagen, especialmente al capturar objetos en movimiento. Los obturadores globales capturan toda la imagen simultáneamente, lo que los hace ideales para piezas en movimiento, ya que minimizan el desenfoque por movimiento. The type of shutter significantly impacts image quality, particularly when capturing moving objects. Global shutters capture the entire image simultaneously, making them ideal for moving parts as they minimise motion blur.

 

Los obturadores rodantes, por otro lado, capturan la imagen línea por línea y son más adecuados para inspecciones estáticas en las que el movimiento es menos crítico. La elección del tipo de obturador adecuado depende en gran medida de la aplicación específica y de la dinámica de movimiento de los objetos que se inspeccionan.

Interfaz: USB3, GigE Vision, CoaXPress o Camera Link

La interfaz de la cámara influye no solo en la velocidad de transferencia de datos, sino también en la compatibilidad con los sistemas existentes. USB3 es ideal para aplicaciones sencillas con bajos requisitos de ancho de banda, mientras que GigE Vision y CoaXPress son más adecuados para aplicaciones más exigentes que requieren velocidades de datos más altas y cables más largos.

 

Camera Link ofrece un gran ancho de banda y se encuentra habitualmente en aplicaciones industriales que requieren un procesamiento en tiempo real. La elección de la interfaz debe basarse en los requisitos específicos de la aplicación.

Carcasa: compacta, con clasificación IP o con control de temperatura para entornos difíciles

La carcasa de la cámara debe adaptarse al entorno en el que se va a utilizar. Las carcasas compactas son ideales para aplicaciones con limitaciones de espacio, mientras que las carcasas con clasificación IP proporcionan una protección adicional contra el polvo y el agua, lo que es fundamental en entornos industriales.

 

En temperaturas extremas, puede ser necesaria una carcasa con control de temperatura para garantizar el funcionamiento fiable de la cámara. Tener en cuenta las condiciones ambientales es fundamental para garantizar la durabilidad y el rendimiento de la cámara.

Consideraciones de integración

Una cámara de alta calidad debe combinarse con ópticas, iluminación, software y diseño mecánico adecuados. STEMMER IMAGING ofrece asistencia en:

 

  • Selección y especificación de cámaras
  • Integración de interfaces y cableado
  • Montaje mecánico y alineación óptica
  • Sincronización de varias cámaras para vistas complejas

Módulos OEM e imagen integrada

Para aplicaciones con limitaciones de espacio o de gran volumen, hay disponibles módulos de cámara OEM compactos. Estos permiten una mayor integración en robótica, dispositivos médicos y equipos de consumo. STEMMER IMAGING ofrece asistencia en la personalización del hardware, la gestión térmica y las consideraciones normativas.

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Preguntas frecuentes: Tecnologías de cámaras en la visión artificial

¿Qué tipos de cámaras industriales se utilizan en la visión artificial?

Los tipos más comunes son las cámaras de barrido de área y las cámaras de barrido lineal. Las cámaras de barrido de área capturan una imagen rectangular completa en una sola exposición y son la opción estándar para inspeccionar objetos o escenas discretas. Las cámaras de barrido lineal capturan una línea cada vez, construyendo una imagen a medida que el objeto pasa por delante; son esenciales para materiales continuos como bandas, películas, textiles o superficies cilíndricas. Además de estas, las cámaras 3D, las cámaras inteligentes y las cámaras térmicas satisfacen requisitos de aplicaciones específicas.

¿Cuál es la diferencia entre una cámara de barrido de área y una cámara de barrido lineal?

Una cámara de barrido de área captura una imagen bidimensional en un solo fotograma. Es muy adecuada para objetos estáticos o en movimiento que pueden captarse en una instantánea. Una cámara de barrido lineal utiliza una sola fila de píxeles para capturar imágenes de forma progresiva a medida que el objeto pasa por delante de la cámara. Esto hace que el barrido lineal sea ideal para la inspección de alta resolución de objetos continuos o giratorios, en los que una cámara de barrido de área requeriría múltiples imágenes superpuestas para lograr la misma cobertura. El escaneo lineal también ofrece resoluciones muy altas sin el coste ni la sobrecarga de datos que supone un sensor de área grande.

¿Cómo elijo la interfaz de cámara adecuada para mi aplicación?

La interfaz adecuada depende de los requisitos de ancho de banda, la longitud del cable y de si se necesita una tarjeta capturadora de imágenes. USB3 Vision es una opción práctica para aplicaciones de ancho de banda bajo a medio con tramos de cable cortos. GigE Vision es el estándar más utilizado, ya que ofrece distancias de Ethernet de hasta 100 metros sin necesidad de una tarjeta capturadora de imágenes. Para aplicaciones de muy alta velocidad que requieren el máximo rendimiento de datos, CoaXPress o CameraLink proporcionan el ancho de banda necesario, pero requieren una tarjeta capturadora de imágenes compatible. Todos los estándares actuales se engloban bajo el paraguas de GenICam, lo que garantiza un control coherente de las cámaras en todas las plataformas.

¿Qué resolución necesito para mi aplicación de visión artificial?

Los requisitos de resolución vienen determinados por el detalle más pequeño que debe detectarse de forma fiable, el tamaño del campo de visión y la precisión de inspección requerida. Un punto de partida habitual es asegurarse de que la característica ocupe al menos 2-3 píxeles en la imagen. Por ejemplo, detectar un defecto de 0,1 mm en una pieza de 100 mm de ancho requiere una cámara con al menos 1.000 píxeles en esa dimensión. La resolución siempre debe equilibrarse con la frecuencia de fotogramas, el tamaño del sensor y la iluminación disponible: aumentar la resolución sin ajustar otros parámetros suele reducir la frecuencia de fotogramas.

¿Qué es GigE Vision y por qué se utiliza ampliamente en la visión artificial?

GigE Vision es un estándar de visión artificial que define cómo las cámaras transmiten datos de imagen a través de una infraestructura estándar de Gigabit Ethernet. Su amplia adopción se debe a la disponibilidad de hardware Ethernet, a la posibilidad de utilizar cables de hasta 100 metros sin necesidad de una tarjeta capturadora y a la capacidad de utilizar varias cámaras en una misma red. GigE Vision forma parte del marco GenICam, que estandariza la configuración de las cámaras de diferentes fabricantes. Existen variantes como 2,5 GigE, 5 GigE y 10 GigE para aplicaciones que requieren un mayor ancho de banda.

¿Se pueden utilizar cámaras industriales en entornos industriales adversos?

Sí. Las cámaras industriales están diseñadas para entornos exigentes. Las carcasas con clasificación IP protegen contra la entrada de polvo y agua, y muchos modelos están disponibles en configuraciones compactas y resistentes a las vibraciones. Para aplicaciones con rangos de temperatura extremos, presión o exposición a productos químicos, existen carcasas protectoras específicas en las que se pueden alojar cámaras estándar. A la hora de seleccionar una cámara para un entorno hostil, es importante tener en cuenta tanto la clasificación IP de la cámara como su rango de temperatura de funcionamiento, y planificar el tendido de los cables y la protección de los conectores en consecuencia.

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