Cámaras de barrido de área frente a barrido lineal: ¿cuál es la adecuada para su aplicación?

Esta es una de las preguntas más habituales que se hacen los ingenieros al especificar un sistema de visión artificial, y la respuesta casi siempre viene determinada por un factor: cómo se mueve el objeto inspeccionado a través del campo de visión.

Ambas tecnologías son maduras, fiables y están ampliamente implantadas. La elección no consiste en determinar cuál es mejor, sino cuál es la adecuada para su aplicación concreta. Si acierta, el diseño del sistema es sencillo. Si se equivoca, dedicará tiempo y dinero a intentar que la herramienta incorrecta funcione.

Cómo funcionan

Las cámaras de barrido de área capturan una imagen bidimensional completa en una sola exposición, como si se tomara una fotografía. El sensor tiene una matriz de píxeles (por ejemplo, 2448 x 2048) y todos los píxeles se exponen al mismo tiempo (obturador global) o fila por fila (obturador rodante). La cámara se dispara, captura una imagen y esa imagen se procesa. Este es el enfoque estándar para la mayoría de las aplicaciones de visión artificial.

Las cámaras de barrido lineal capturan una fila de píxeles cada vez y construyen una imagen completa a medida que el objeto pasa por delante de la cámara. Piense en ello como un escáner de sobremesa: el sensor es una única línea de píxeles (por ejemplo, 4096 píxeles de ancho) y la imagen se construye línea a línea a medida que el objeto se mueve. La cámara dispara de forma continua, sincronizada con el movimiento del objeto, y la imagen resultante puede ser tan larga como se necesite.

Cuándo usar barrido de área

Las cámaras de barrido de área son la opción adecuada para la mayoría de las aplicaciones de visión artificial. Si el objeto permanece estacionario durante la inspección (disparada por un sensor cuando llega a una estación) o si el objeto está en movimiento pero el campo de visión es lo bastante pequeño para capturarlo en un solo fotograma sin desenfoque de movimiento, el barrido de área es más sencillo, más económico y más fácil de integrar.

Las aplicaciones típicas de barrido de área incluyen las comprobaciones de presencia/ausencia, la lectura de códigos de barras y etiquetas en estaciones de inspección, la medición dimensional de piezas estacionarias, el guiado de robots y la detección de defectos superficiales en componentes discretos. La cámara se dispara, captura un fotograma, lo procesa y espera a la siguiente pieza.

Cuándo usar barrido lineal

Las cámaras de barrido lineal son la opción adecuada cuando el objeto se mueve de forma continua por delante de la cámara y es necesario inspeccionar toda la superficie sin detener la línea. Las aplicaciones clásicas son la inspección de banda continua (papel, film, lámina, textiles), la inspección basada en cinta transportadora donde los objetos se mueven a velocidad constante, la inspección de superficies cilíndricas (botellas, latas, rodillos) y la inspección de calidad de impresión.

La ventaja clave del barrido lineal es la resolución a lo ancho. Una cámara de barrido lineal de 4K captura 4,096 píxeles a lo ancho del objeto en cada línea. Para lograr la misma resolución transversal con una cámara de barrido de área, sería necesario un sensor con al menos 4,096 píxeles en una dimensión, y habría que dispararla con la rapidez suficiente para evitar huecos entre fotogramas. En resoluciones más altas (8K, 16K), el barrido lineal es la única opción práctica, porque los sensores de barrido de área en esas resoluciones o bien no existen, o bien no pueden funcionar a las velocidades de fotogramas necesarias.

Comparativa rápida

La trampa del coste: usar barrido de área para evitar el barrido lineal

Uno de los errores de especificación más habituales que vemos es que los ingenieros elijan una cámara de barrido de área para una aplicación de movimiento continuo porque las cámaras de barrido lineal han sido tradicionalmente más caras. El razonamiento es: "dispararé la cámara de barrido de área con la rapidez suficiente para cubrir el objeto mientras pasa, y saldrá más barato que un sistema de barrido lineal".

A veces esto funciona. Si el objeto se mueve despacio, el campo de visión es estrecho y el requisito de resolución es modesto, una cámara de barrido de área rápida disparada a alta frecuencia puede producir resultados aceptables. Pero este enfoque conlleva costes reales que es fácil subestimar.

Disparar una cámara de barrido de área a frecuencias muy altas para emular una cobertura línea a línea somete a todo el sistema a una tensión considerable: la cámara, el ancho de banda de la interfaz, la capturadora de vídeo (si se utiliza) y la cadena de procesamiento. El rendimiento de datos puede ser enorme porque se están transfiriendo fotogramas completos a alta frecuencia en lugar de líneas individuales. El software tiene que unir esos fotogramas, gestionar el solapamiento o los huecos entre disparos y manejar el volumen de datos resultante. Y si el sincronismo del disparo no está perfectamente sincronizado con el movimiento del objeto, aparecen huecos o distorsión en la cobertura de la inspección.

Una cámara de barrido lineal que realiza el mismo trabajo genera menos datos (líneas individuales, no fotogramas completos), se sincroniza de forma natural con el movimiento del objeto mediante un codificador y está diseñada desde cero exactamente para este tipo de aplicación. La cámara puede costar más, pero el coste total del sistema, incluyendo el esfuerzo de integración, el hardware de procesamiento y el tiempo de desarrollo, suele ser menor.

La diferencia de precio se está reduciendo

Una de las razones por las que los ingenieros evitaban tradicionalmente el barrido lineal era el precio. Las cámaras de barrido lineal de gama de entrada eran considerablemente más caras que los modelos de barrido de área comparables. Eso ha cambiado.

La gama Teledyne Tetra, por ejemplo, ofrece cámaras de barrido lineal con resoluciones de 2K a 8K, interfaces 2.5GigE y funciones como Super Resolution y HDR a un precio que anteriormente solo estaba disponible para cámaras de barrido de área. Para aplicaciones donde el barrido lineal es el enfoque técnicamente correcto, el argumento del coste para forzar el uso de una cámara de barrido de área ha desaparecido en gran medida. Blog de Teledyne Tetra

Un marco de decisión sencillo

Hágase tres preguntas:

¿El objeto se mueve de forma continua por delante de la cámara? Si la respuesta es sí, el barrido lineal es casi con toda seguridad la opción correcta. Si el objeto se detiene para la inspección, barrido de área.

¿Necesita más de ~5,000 píxeles de resolución a lo ancho del objeto? Si la respuesta es sí, barrido lineal. Existen sensores de barrido de área por encima de 5,000 píxeles en una dimensión, pero se vuelven caros y lentos.

¿El objeto es más largo que ancho (o prácticamente infinito, como una banda continua)? Si la respuesta es sí, barrido lineal. Construye imágenes de longitud ilimitada. Una cámara de barrido de área tendría que dispararse repetidamente y los fotogramas tendrían que unirse, lo que añade complejidad sin ningún beneficio.

Si la respuesta a las tres preguntas es no, el barrido de área es la opción más sencilla y rentable.

¿No está seguro de qué enfoque es el adecuado?

Si no está seguro de si su aplicación necesita barrido de área o barrido lineal, el equipo de ingeniería de Clearview puede ayudarle a evaluar las opciones. Nuestros laboratorios de pruebas Insights están equipados con ambos tipos de cámara en una amplia gama de resoluciones e interfaces, y podemos probar sus muestras en condiciones reales para determinar qué enfoque ofrece los mejores resultados para su aplicación concreta.

Póngase en contacto con nosotros: info@clearview-imaging.com | +44 (0)1844 217270

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