Technologie kamerového senzoru O2D

Obsah

O2D podrobně

Detekce obrysů vs. Blob analýza

Ověření obrysu

Detekce obrysů je důležitým nástrojem ke zpracování 2D obrazů. Zachycují se okraje a přechody z popředí do pozadí a z těchto údajů se vypočítá obrys. Zvláštností detekce obrysů je, že spolehlivě funguje i při rušení okolním světlem, protože okolní světlo obvykle dopadá na celý předmět. Relativní rozdíl mezi popředím a pozadím se mění, ale obrys lze stále rozpoznat se stejnou určitostí. Předměty se kontrolují tak, že se referenční obrys porovnává se skutečným předmětem.

Postup detekce obrysu:

Extrakce zvýrazňovaného předmětu z pozadí úpravou osvětlení
Optimalizace obrysu smazáním zbytečných částí
Algoritmická detekce možných obrysů v aktuálním obrazu, které se podle nastavených mezních hodnot (skóre) rozliší jako dobré nebo vadné díly

Uplatnění detekce obrysů:

Tento postup se využívá hlavně k detekci vzorů a tvarů nebo rozpoznávání předmětů, které jsou obvyklé při vysekávání, frézování, soustružení nebo montáži. Detekce obrysů slouží v těchto oblastech k zajištění kvality.

BLOB analýza

BLOB analýza je důležitý způsob zpracování obrazu, při němž se vlastnosti obrazu vybírají a analyzují podle skupiny podobných sousedních obrazových bodů.

BLOB (slovo vzniklé z anglického výrazu Binary Large Object – binární rozsáhlý objekt) je v této souvislosti binární logický datový objekt, který lze zjednodušeně chápat jako množinu obrazových bodů ve stejném logickém stavu. Sousedící obrazové body se vybírají obecně podle prahových hodnot na stupnici šedé barvy. Z analýzy pak lze vyvozovat různé vlastnosti. Známou funkcí je například počítadlo obrazových bodů.

Postup BLOB analýzy:

Extrakce oblasti zájmu z pozadí stanovením prahových hodnot na stupnici šedé
Optimalizace kritérií hledání pomocí různých atributů
Výpočet hledaných vlastností, např. počtu obrazových bodů (počítadlo obrazových bodů), plošného těžiště, orientace, tvaru (např. kruhovitosti, pravoúhlosti) a průměru

Kde se BLOB analýza používá?

Možnosti využití jsou různé. Pomocí BLOB analýzy lze například monitorovat úplnost, kontrolovat přítomnost, detekovat závity nebo počítat a třídit předměty.

Sledování polohy

Polohu lze kopírovat pomocí ukotveného obrysu, který je v obrazu jedinečný. Podle tohoto obrysu lze v oblastech hledání kopírovat polohu a orientaci jiných modelů (např. oblasti hledání pro BLOB analýzu).
Příklad kopírování polohy:

Detekce kuliček pájky na spínátku

Na hrotech spínátka je třeba zkontrolovat, zda jsou přítomny všechny tři pájecí kuličky (znázorněno zeleně).
Obrys kuličky pájky je proměnlivý, ale její oblast zůstává stejná, takže lze použít BLOB analýzu. Definují se oblasti hledání znázorněné oranžově pro monitorování přítomnosti v kontrolované oblasti.
Ke kopírování těchto oblastí hledání v závislosti na poloze a orientaci spínátka se definuje referenční obrys – tzv. ukotvený obrys (znázorněný růžově). Obrys levého zaoblení spínátka je pak „ukotvený“ k oblastem hledání pro BLOB analýzu.
Když se spínátko například otočí o 20 stupňů, je ukotvený obrys nalezen i v otočené poloze. Oranžové oblasti hledání pro BLOB analýzu automaticky kopírují přesun do správné polohy a orientace.

Procesor CMOS

Řada O2D5 společnosti ifm využívá obrazový procesor CMOS s rozlišením 1,2 MP (1280 x 960 pixelů).

Každý pixel obsahuje foton, který sbírá a zesiluje světlo z objektivu fotoaparátu.
Mikročočky na každém pixelu maximalizují kontakt s fotony.
Foton akumuluje elektrický náboj úměrný množství přijatého světla.
Elektrický náboj je převeden na analogový napěťový signál.
Analogový signál se přenáší do A/D převodníku.
Obrazový procesor vyhodnocuje jednotlivé digitální signály a skládá je do obrazu.

Obrazové procesory CMOS se vyrábějí snadněji, rychleji a levněji, takže jsou na trhu nejrozšířenější.

Osvětlení LED

Pro dosažení maximálního kontrastu každého pixelu je důležité zvolit správné osvětlení. Řada O2D se dodává s integrovanými vysoce intenzivními světelnými zdroji LED v provedení RGB-W (červená, zelená, modrá, bílá) a infračervené.

Upozorňujeme, že obrazový snímač není snímačem barev!

Volba zdroje světla s jinou barvou však může mít výrazný vliv na kontrast snímku. Na obrázku níže jsou pastelky na denním světle a pro srovnání osvětlené různými LED diodami snímače O2D5.

Srovnání různých zdrojů světla

Typ světla	Prosím věnujte pozornost:
Denní světlo (reference)	Lidské oko rozeznává za normálního denního světla všechny barvy stejně. Průmyslové kontrolní aplikace vyžadují zvýraznění vlastností a kontrastů objektu pro jeho vyhodnocení obrazovým snímačem.
Červené světlo	Červené části jsou jasnější; barvy jako zelená a modrá vypadají kontrastněji a tmavěji, protože jsou absorbovány. Ideální pro posuzování potištěných objektů (dobrý kontrast).
Zelené světlo	Zelené části jsou jasnější; barvy jako červená vytvářejí vyšší kontrasty. Ideální pro hodnocení kovových předmětů.
Modré světlo	Modré části jsou jasnější; barvy, jako je červená, žlutá a zelená, působí kontrastněji. Ideální pro hodnocení kovových předmětů.
Bílé světlo	Bílé světlo obsahuje všechny barvy. Ideální pro rozlišování barev podle jejich kontrastu (nikoli absolutní barvy).
Infračervené světlo	Filtry blokující denní světlo umožňují používat snímače vidění nezávisle na okolním světle a kompenzují i silně se měnící světelné podmínky nebo přímé sluneční světlo. Rozhodující je také rozsah vlnových délek. Například měření v infračervené oblasti nejsou vystavena fluktuacím viditelného světla.

Vliv polarizačního filtru

Kvůli odrazům může být obtížné získat ostré kontury nebo plochy na lesklých předmětech. Senzory O2D5 se zdroji světla RGB-W obsahují polarizační filtr, který lze zapnout nebo vypnout, aby se minimalizoval vliv odrazů.

bez polarizačního filtru
s polarizačním filtrem