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Parámetros Ópticos para Aplicaciones de Visión Artificial. Parte 1 de 2.

Introducción a las Ópticas

En esta serie de blogs, hablaremos sobre las ópticas de visión artificial, examinaremos cómo funcionan las lentes y te guiaremos a través de la elección de la óptica adecuada para tu aplicación de visión.

Las ópticas a menudo se consideran una parte accesoria. Teniendo a la cámara como el componente más importante de un sistema de visión. En realidad, las ópticas son tan esenciales e integrales como las cámaras, y hay una variedad de parámetros importantes a considerar al crear su sistema de visión artificial.

Comenzaremos repasando los parámetros fundamentales en torno a la óptica en un sistema de visión, cubriendo conceptos ópticos básicos y complejos, y dando ejemplos de cómo resolver problemas en función de la aplicación.

Optical & Image Quality Parameters for Machine Vision Optics

Cada una de las variables de la imagen anterior puede tener una gran influencia en la calidad final del sistema de visión, por lo que las repasaremos una a una.

 

Campo de Visión (conocido como FOV)

Es el parámetro más básico que te puedes encontrar al diseñar un sistema de visión y se refiere al área real que deseas ver. Puede ser más fácil pensar en el campo de visión como el "marco" que capturará la cámara.

Para saber qué campo de visión es el adecuado para la aplicación, es mejor comenzar pensando en el objeto que se está tratando de capturar. Cuanto más grande sea el objeto que se está capturando, mayor será el campo de visión que se necesitará.

Por ejemplo, imagina que se desea capturar un objeto muy grande que tiene tres áreas de interés separadas entre sí.

Una opción sería intentar implementar un campo de visión lo suficientemente amplio para ver las tres áreas con una cámara, lo que podría resultar en un nivel de detalle más bajo. Para combatir esto, se necesitaría una lente y una cámara con una resolución lo suficientemente alta para retener el nivel de detalle necesario para la aplicación.

Alternativamente, se podrían usar tres cámaras separadas, cada una con sus propios campos de visión más pequeños y, por lo tanto, más precisos. El beneficio de este enfoque es que la cámara y la lente probablemente obtendrán resultados más precisos debido a un mayor nivel de detalle en el área dada para analizar. La desventaja es el uso de tres sistemas, que serán más costosos y que necesitarán más tiempo de configuración.

Para establecer el detalle mínimo que se puede resolver en un objeto, será necesario calcular la relación entre el campo de visión y el tamaño del sensor. Esto se conoce como el aumento primario (PMAG) del sistema y se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:

PMAG Primary Magnification Equation Calculation Algorithm for Machine Vision Optics

Distancia de Trabajo (conocido como WD)

La distancia de trabajo es la distancia desde el punto más cercano del objeto objetivo a la cara frontal de la lente. Esto no debe confundirse con la Distancia Total, que se refiere a la distancia desde el objeto hasta la parte trasera del sistema de visión.

Optical Working Distance Parameter for Machine Vision & Photography

Si bien la distancia de trabajo no es intrínsecamente una restricción, es importante tenerla en cuenta a la hora de diseñar el sistema de visión. Las distancias de trabajo extremas (tanto cortas como largas) pueden tener repercusiones en los otros parámetros clave del sistema.

Por ejemplo, si se va a instalar un sistema de visión en condiciones adversas, como temperaturas extremas, polvo y suciedad, o sustancias corrosivas, sería deseable una distancia de trabajo más larga para proteger el sistema. El objetivo aquí es alejar la cámara y el objetivo de estos elementos agresivos, lo que significa una distancia de trabajo más larga. Por supuesto, esto significa que se deberá considerar el campo de visión en relación con la magnificación para asegurarnos de que podemos encuadrar el objeto con la mayor claridad posible.

Por otro lado, muchas aplicaciones de visión artificial tienen lugar en entornos industriales con espacio limitado, por lo que, naturalmente, será necesario utilizar una distancia de trabajo mucho más corta. A medida que las distancias de trabajo se reducen, las restricciones respecto a iluminación y resolución aumentan, lo cual puede repercutir en el coste del sistema óptico para que el equipo funcione como se desea. Un buen punto de partida es colocar la cámara a una distancia de 2-5x del objeto en relación con su tamaño. Esto permitirá la flexibilidad y el espacio deseados para diseñar un sistema con un rendimiento óptico razonable.

Resolución del sensor

Este término se usa mucho y es posible que ya estés familiarizado con él. La resolución se define como el mínimo detalle que se puede resolver capturado por una cámara y una lente que funcionan en conjunto. La cámara y la lente tendrán cada una sus respectivas resoluciones nativas.

Sensor Resolution Calculation Equation Pixels Horizontal Vertical Diagram Machine Vision

La resolución de una cámara depende del sensor que emplea y es un cálculo sencillo. Medido en megapíxeles, la resolución del sensor es el número de píxeles horizontales multiplicado por el número de píxeles verticales. Por ejemplo, el sensor Sony IMX296 es 1440p x 1080p = 1,555,200 píxeles. Esto se redondea a 1,6 megapíxeles (MP).

Resolución sensor = Píxeles Horizontales x Píxeles Verticales

Ayudándote a Tomar la Decisión Correcta

Presta atención a esta serie de blogs mientras continuamos poniendo el foco en las ópticas, explorando los parámetros fundamentales restantes y luego echando un vistazo a las aberraciones, la distorsión y una guía definitiva para elegir la lente correcta.

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