Τεχνολογία οπτικού αισθητήρα O2D

O2D αναλυτικά

Επαλήθευση περιγράμματος

Η ανίχνευση περιγράμματος είναι ένα σημαντικό εργαλείο για την επεξεργασία εικόνας 2D. Καταγράφονται οι ακμές, καθώς και οι μεταβάσεις από το προσκήνιο στο φόντο και από τις πληροφορίες υπολογίζεται ένα περίγραμμα. Η ιδιαιτερότητα της ανίχνευσης περιγράμματος είναι ότι λειτουργεί αξιόπιστα ακόμα και με παρεμβολές που προκαλούνται από το εξωτερικό φως, καθώς το εξωτερικό φως συνήθως προσπίπτει σε ολόκληρο το αντικείμενο. Η σχετική διαφορά ανάμεσα στο προσκήνιο και το φόντο μεταβάλλεται, το περίγραμμα όμως εξακολουθεί να ανιχνεύεται με αμετάβλητη σταθερότητα. Η επιτήρηση του αντικειμένου εκτελείται με τη σύγκριση ενός περιγράμματος αναφοράς με το τρέχον αντικείμενο.

Η ανίχνευση περιγράμματος εκτελείται ως εξής:

• Απόσπαση του αντικειμένου που πρέπει να ξεχωρίσει από το φόντο με προσαρμογή της κατάστασης φωτισμού
• Βελτιστοποίηση του περιγράμματος με διαγραφή περιττών περιοχών
• Ο αλγόριθμος ανιχνεύει πιθανά περιγράμματα στη ζωντανή εικόνα, τα οποία διακρίνονται σε καλά και κακά μέρη με βάση μία οριακή τιμή (score)

Πού εφαρμόζεται η ανίχνευση περιγράμματος:

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται κυρίως στην ανίχνευση μοτίβων και σχημάτων καθώς και στην αναγνώριση αντικειμένων που συνήθως εφαρμόζονται σε διαδικασίες διάτρησης, φρεζαρίσματος, τόρνευσης ή συναρμολόγησης. Σε αυτούς τους τομείς, η ανίχνευση περιγράμματος χρησιμοποιείται για διασφάλιση της ποιότητας.

Ανάλυση Blob

Η ανάλυση Blob είναι μία σημαντική μέθοδος επεξεργασίας εικόνας, στην οποία χαρακτηριστικά της εικόνας επιλέγονται και αναλύονται σε μία ομάδα παρόμοιων γειτονικών πίξελ.

Σε αυτό το πλαίσιο, BLOB (νεολογισμός που αναλύεται ως Binary Large Object, δυαδικό μεγάλο αντικείμενο) σημαίνει αντικείμενο δεδομένων δυαδικής λογικής, δηλαδή, σε ελεύθερη απόδοση, ένα σετ πίξελ με την ίδια κατάσταση λογικής. Η επιλογή των γειτονικών πίξελ γενικά εκτελείται με τη δημιουργία της τιμής της γκρίζας κλίμακας ως οριακή τιμή. Μετά από αυτό μπορούν να συναχθούν συμπεράσματα από την ανάλυση για διάφορα χαρακτηριστικά. Μία γνωστή λειτουργία είναι π.χ. ο μετρητής πίξελ.

Η ανάλυση Blob εκτελείται ως εξής:

• Απόσπαση της περιοχής ενδιαφέροντος από το φόντο με τη δημιουργία της γκρίζας τιμής ως οριακή τιμή.
• Βελτιστοποίηση των κριτηρίων αναζήτησης με διάφορα χαρακτηριστικά
• Υπολογισμός των αναζητούμενων χαρακτηριστικών, π.χ. πλήθος πίξελ (μετρητής πίξελ), κέντρο βάρους επιφάνειας, προσανατολισμός, σχήμα (π.χ. στρογγυλότητα / ορθογωνικότητα) και διάμετρος

Πού εφαρμόζεται η ανάλυση Blob;

Υπάρχουν πολλές διαφορετικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, η ανάλυση Blob χρησιμοποιείται στην επιτήρηση πληρότητας, τον έλεγχο παρουσίας ή την ανίχνευση σπειρωμάτων καθώς και τη μέτρηση και την ταξινόμηση αντικειμένων.

Εντοπισμός θέσης

Ο εντοπισμός θέσης πραγματοποιείται μέσω ενός αγκυρωμένου περιγράμματος που εντοπίζεται μία φορά στην εικόνα. Χρησιμοποιώντας αυτό το περίγραμμα, οι ζώνες αναζήτησης μπορούν να ιχνηλατούν άλλα μοντέλα (π.χ. η ζώνη αναζήτησης μιας ανάλυσης Blob) ως προς τη θέση και τον προσανατολισμό.
Γραφική αναπαράσταση μιας ιχνηλάτησης θέσης με βάση το παράδειγμα:

Ανίχνευση σφαιριδίων συγκόλλησης σε έναν συνδετήρα

1. Στα άκρα ενός συνδετήρα πρέπει να ελεγχθεί εάν υπάρχουν και τα τρία σφαιρίδια συγκόλλησης (απεικονίζονται με πράσινο).
   Εφόσον το περίγραμμα ενός σφαιριδίου συγκόλλησης μεταβάλλεται αλλά η επιφάνειά του παραμένει σταθερή, χρησιμοποιείται η ανάλυση Blob. Για τον έλεγχο παρουσίας καθορίζονται στην εξεταζόμενη περιοχή ζώνες αναζήτησης που απεικονίζονται με πορτοκαλί χρώμα.
2. Για να ιχνηλατούνται αυτές οι ζώνες αναζήτησης ανάλογα με τη θέση και τον προσανατολισμό του συνδετήρα, καθορίζεται ένα περίγραμμα αναφοράς - το λεγόμενο αγκυρωμένο περίγραμμα - (απεικονίζεται με ροζ). Στη συνέχεια, το περίγραμμα της αριστερής καμπύλης του συνδετήρα «αγκυρώνεται» με τις ζώνες αναζήτησης της ανάλυσης Blob.
3. Αν ο συνδετήρας περιστραφεί τώρα π.χ. κατά 20 μοίρες, το αγκυρωμένο περίγραμμα εντοπίζεται και στην νέα θέση. Στη συνέχεια, οι πορτοκαλί ζώνες αναζήτησης της ανάλυσης Blob ιχνηλατούνται αυτόματα ως προς τη σωστή θέση και τον προσανατολισμό.

Η οικογένεια O2D5 της ifm χρησιμοποιεί επεξεργαστή εικόνας CMOS με ανάλυση 1.2 MP (1280 x 960 πίξελ).

• Κάθε πίξελ περιέχει ένα φωτόνιο που συλλέγει και ενισχύει το φως από τον φακό της κάμερας.
• Οι μικροφακοί σε κάθε πίξελ μεγιστοποιούν την επαφή φωτονίων.
• Το φωτόνιο συσσωρεύει ηλεκτρικό φορτίο ανάλογα με την ποσότητα φωτός που δέχεται.
• Το ηλεκτρικό φορτίο μετατρέπεται σε αναλογικό σήμα τάσης.
• Το αναλογικό σήμα μεταδίδεται σε μετατροπέα A/D.
• Ο επεξεργαστής εικόνας αξιολογεί κάθε ψηφιακό σήμα και το συνθέτει σε μια εικόνα.

Οι επεξεργαστές εικόνας CMOS κατασκευάζονται ευκολότερα, ταχύτερα και φθηνότερα, πράγμα του τους καθιστά τους πιο ευρέως δημοφιλείς στην αγορά.

Για να μεγιστοποιήσετε την αντίθεση για κάθε πίξελ, είναι σημαντικό να επιλέξετε τον σωστό φωτισμό. Η οικογένεια O2D παρέχεται με ενσωματωμένες πηγές φωτός LED υψηλής έντασης σε RGB-W (κόκκινο, πράσινο, μπλε, λευκό) και υπέρυθρο.

Σημειώστε ότι ο αισθητήρας εικόνας δεν είναι αισθητήρας χρώματος!

Ωστόσο, η επιλογή μιας πηγής φωτός με διαφορετικό χρώμα μπορεί να έχει πολύ σημαντική επίδραση στην αντίθεση της εικόνας. Η παρακάτω εικόνα δείχνει κραγιόν στο φως της ημέρας και, για σύγκριση, φωτίζονται από τα διαφορετικά LED του αισθητήρα O2D5.

Σύγκριση των διαφορετικών πηγών φωτός

Επίδραση του φίλτρου πόλωσης

Λόγω των αντανακλάσεων, μπορεί να είναι δύσκολο να λάβετε ακριβή περιγράμματα ή περιοχές σε γυαλιστερά αντικείμενα. Οι αισθητήρες σειράς O2D5 με πηγές φωτός RGB-W περιέχουν ένα φίλτρο πόλωσης που μπορεί να ενεργοποιηθεί ή να απενεργοποιηθεί για να ελαχιστοποιηθεί η επίδραση των αντανακλάσεων.

1. χωρίς φίλτρο πόλωσης
2. με φίλτρο πόλωσης