El pequeño 1x1 de la visión artificial
Óptica en la visión artificial
Comprender y aplicar la selección de lentes
La óptica es una parte fundamental de todo sistema de visión artificial y, al mismo tiempo, una de las causas más comunes de resultados de inspección inestables. En muchos proyectos, la selección de la lente se tiene en cuenta demasiado tarde o se trata como una tarea aislada, lo que da lugar a una calidad de imagen insuficiente, errores de medición o iteraciones de diseño innecesarias.
La clave está en que la óptica nunca funciona de forma aislada. Debe adaptarse con precisión al sensor, al tamaño de píxel, a la distancia de trabajo y a la iluminación.
Si desea comprender los fundamentos de la visión artificial industrial, comience con nuestra introducción a ¿Qué es la visión artificial?
¿Qué tamaños de sensor hay disponibles y por qué son importantes?
El tamaño del sensor describe el área física sobre la que se proyecta la imagen. En la visión artificial industrial, los tamaños de los sensores suelen especificarse en pulgadas, como 1/3«, 1/2», 2/3« o 1».
Los sensores más pequeños, como los de 1/3« y 1/2», se utilizan habitualmente en aplicaciones compactas y en las que el coste es un factor determinante. Los sensores más grandes - como los de 2/3« y 1» - son estándar en muchos sistemas de inspección industrial, ya que proporcionan un campo de visión más amplio o un mayor nivel de detalle en la imagen. En aplicaciones de alta resolución se utilizan formatos de sensor aún mayores.
El tamaño del sensor influye directamente en el campo de visión. Con el mismo objetivo, un sensor más grande captura una mayor parte del objeto. Al mismo tiempo, el objetivo debe ser compatible con el tamaño del sensor, ya que cada objetivo está diseñado para un círculo de imagen específico. Si se excede este círculo de imagen, se producen viñeteados o zonas borrosas en la imagen.
El tamaño del sensor también está estrechamente relacionado con la tecnología de la cámara. Las diferencias en la arquitectura del sensor y el tamaño de los píxeles se explican con más detalle enn Tecnologías de cámara en la visión artificial.
La elección de la cámara adecuada está estrechamente vinculada al tamaño del sensor. En Cámaras industriales se puede encontrar una visión general de los modelos de cámara y formatos de sensor disponibles.
¿Qué tipos de monturas hay disponibles y qué significan?
La montura del objetivo define la interfaz mecánica entre la cámara y el objetivo. Determina cómo se acopla el objetivo y su distancia al sensor.
El estándar más utilizado en la visión artificial industrial es la montura C, que ofrece una amplia compatibilidad y se utiliza normalmente con sensores de hasta aproximadamente 1".
La montura CS es mecánicamente similar, pero tiene una distancia focal de brida más corta. Los objetivos con montura CS no se pueden montar directamente en cámaras con montura C, mientras que los objetivos con montura C a menudo se pueden utilizar en cámaras con montura CS mediante un adaptador.
Para sensores más grandes o aplicaciones que requieren un mayor rendimiento óptico, se utilizan con frecuencia los sistemas de montura F, desarrollados originalmente para la fotografía. Existen otros tipos de montura disponibles para aplicaciones especializadas.
En la práctica, la montura garantiza la compatibilidad mecánica, pero no determina si un objetivo es ópticamente adecuado para una aplicación determinada.
En Objetivos de visión artificial se ofrece una visión general de los objetivos compatibles con los diferentes tipos de montura.
¿Qué tipos de objetivos se utilizan en la visión artificial?
Las diferentes aplicaciones requieren distintos tipos de objetivos, cada uno diseñado para características ópticas y casos de uso específicos.
Los objetivos estándar cubren una amplia gama de aplicaciones y se utilizan ampliamente para tareas de inspección generales. Ofrecen un excelente equilibrio entre rendimiento y coste.
Los objetivos macro están diseñados para campos de visión reducidos y un gran aumento. Son ideales para inspeccionar estructuras pequeñas con un alto nivel de detalle.
Las lentes telecéntricas están diseñadas específicamente para aplicaciones de medición de precisión. Minimizan los errores de perspectiva y garantizan que los objetos aparezcan del mismo tamaño independientemente de las variaciones de altura.
Las aplicaciones típicas se explican en Metrología óptica.
Para tareas de medición de precisión, explore nuestra gama de lentes telecéntricas.
Las lentes gran angular proporcionan un amplio campo de visión a distancias de trabajo cortas, pero pueden introducir una mayor distorsión y, por lo tanto, no son adecuadas para todas las aplicaciones.
También existen lentes especializadas optimizadas para rangos de longitudes de onda específicos, como el infrarrojo (IR) o el ultravioleta (UV).
En función de su aplicación, hay disponibles diferentes categorías de lentes: desde lentes estándar y macro hasta ópticas telecéntricas.
¿Cómo afectan el tamaño de píxel y la resolución a la selección de la lente?
TLa resolución de un sistema de visión artificial es el resultado de la interacción entre la cámara y la lente. El tamaño de píxel describe las dimensiones físicas de un píxel individual del sensor.
Los píxeles más pequeños permiten un mayor nivel de detalle en la imagen, pero exigen un mayor rendimiento óptico. Si la lente no puede resolver suficiente detalle, no se puede aprovechar al máximo la resolución teórica de la cámara.
Una regla práctica es que una característica relevante debe estar representada por al menos dos o tres píxeles para permitir una detección o medición fiable.
Por ello, las cámaras y los objetivos siempre deben seleccionarse conjuntamente. Tratarlos de forma independiente suele dar lugar a sistemas ineficaces o inestables.
¿Qué papel desempeñan la apertura y la profundidad de campo?
TLa apertura controla la cantidad de luz que llega al sensor, al tiempo que influye en la profundidad de campo.
Una apertura más pequeña aumenta la profundidad de campo, lo que permite que los objetos situados a diferentes alturas permanezcan enfocados. Sin embargo, también reduce la cantidad de luz disponible.
Una apertura mayor permite que llegue más luz al sensor, pero reduce la profundidad de campo. Esto puede causar problemas cuando los objetos no están colocados con precisión o se encuentran en movimiento.
En aplicaciones industriales, la profundidad de campo suele ser un factor crítico para lograr resultados de inspección estables y repetibles.
¿Por qué son importantes la distancia de trabajo y el diseño mecánico?
WLa distancia de trabajo describe la distancia entre el objeto y el objetivo. Influye en el campo de visión, la perspectiva y la integración mecánica.
Una distancia de trabajo mayor puede simplificar la integración del sistema, pero a menudo requiere ópticas de mayor rendimiento. También deben tenerse en cuenta el tamaño de la lente y la estabilidad mecánica, especialmente en entornos industriales con vibraciones, fluctuaciones de temperatura o espacio de instalación limitado.
Un diseño mecánico robusto es esencial para obtener resultados de inspección repetibles.
¿Qué papel desempeñan la longitud de onda y la iluminación?
No todas las lentes funcionan igual de bien en todas las longitudes de onda. Muchas lentes estándar están optimizadas para la luz visible, mientras que las aplicaciones de infrarrojos o ultravioleta requieren ópticas específicas.
Las diferentes longitudes de onda pueden provocar desplazamientos del enfoque o cambios en la calidad de la imagen. Por lo tanto, la óptica y la iluminación siempre deben tenerse en cuenta conjuntamente durante el diseño del sistema.
Errores comunes a la hora de seleccionar lentes
MMuchos proyectos se enfrentan a retos similares. La lente se selecciona después de la cámara en lugar de basarse en la aplicación, se pasa por alto el tamaño de los píxeles o la iluminación solo se tiene en cuenta en una fase tardía del proceso de diseño.
La profundidad de campo y los requisitos espectrales también se subestiman con frecuencia. Estos problemas suelen dar lugar a rediseños innecesarios y a una menor estabilidad del sistema a largo plazo.
Want to ensure your lens selection is right for your application?
Discuss your requirements with our machine vision experts or review your complete system design together with our team.
La óptica como parte de la arquitectura global de visión
SLa selección de la óptica adecuada no es una tarea aislada, sino una parte integral del diseño global del sistema. El éxito depende de la interacción entre la cámara, la óptica, la iluminación y el software.
En la práctica, la optimización cuidadosa de estos componentes es lo que más influye en el rendimiento del sistema. Con nuestros MORE Services, ayudamos a los clientes a diseñar y validar soluciones completas de visión artificial.