Los mayores errores que cometen las empresas al especificar ópticas de visión artificial

La óptica es el componente más infravalorado de un sistema de visión artificial. Hay quien dedica semanas a elegir una cámara, comparando sensores y resoluciones hasta el último píxel, y luego coge cualquier óptica que tenga a mano para ponerla delante. Es justo al revés. La cámara solo puede capturar la imagen que la óptica le entrega. Una mala elección de óptica limita el rendimiento de todo lo que hay detrás, por muy buena que sea la cámara.

Lo frustrante es que los errores con la óptica son muy predecibles. Después de años especificando estos sistemas, vemos los mismos errores una y otra vez. Todos se pueden evitar con unos minutos de cálculo antes de hacer un pedido. Esta guía repasa los mayores errores que cometen las empresas al especificar una óptica, por qué perjudica cada uno y cómo acertar. Al final tienes un enlace a nuestra calculadora de ópticas para que apliques los números a tu propia aplicación.

Error uno: adivinar la distancia de trabajo

La distancia de trabajo es la separación entre la óptica y la pieza que estás inspeccionando. Es el error que vemos con más frecuencia. Se estima a partir de donde parece que va a quedar la cámara en la máquina, se pide una óptica y luego se descubre en el banco de pruebas que la óptica no enfoca a esa distancia, o que no da el campo de visión que se suponía.

Esto sorprende a la gente porque la distancia de trabajo, la focal y el campo de visión están ligados entre sí. No puedes elegirlos por separado. Para una óptica y un sensor dados, fijar la distancia de trabajo fija el campo de visión. Si necesitas un campo de visión concreto a una distancia concreta, eso determina la focal de la óptica. Adivina uno y fallarás en los demás. La solución es una aritmética sencilla hecha por adelantado. Mide el espacio del que dispones, decide el campo de visión que necesitas para ver bien la pieza y luego calcula la focal que te da ese campo de visión a esa distancia. Esto es justo lo que hace una calculadora de ópticas en segundos. Convierte un error habitual y caro en un problema resuelto antes de comprar nada.

Error dos: ignorar el ajuste del tamaño del sensor

Este es menos evidente e igual de dañino. Toda óptica proyecta una imagen circular. Ese círculo de imagen tiene un tamaño. Todo sensor de cámara tiene también un tamaño físico, descrito como un formato del tipo 1/1,8", 2/3", 1" o 1,1". Para que el sistema funcione, la óptica tiene que proyectar un círculo de imagen al menos tan grande como el sensor que tiene delante. Pon una óptica diseñada para un sensor pequeño en una cámara con uno más grande y el círculo de imagen no cubre todo el sensor. El resultado son esquinas oscuras, borrosas y distorsionadas, un problema llamado viñeteo, en el que los bordes de la imagen se apagan en sombra y falta de nitidez.

Esto importa más ahora que antes, porque los sensores no dejan de crecer. Las cámaras modernas de alta resolución usan sensores grandes. Necesitan ópticas diseñadas para cubrirlos. Por eso justamente las gamas de ópticas que suministramos especifican el formato de sensor y la resolución para los que están hechas. Una óptica como la serie MPX de Computar está diseñada para cubrir sensores hasta un tamaño determinado. Las ópticas de alta resolución de gran formato de Kowa y Computar están hechas para los sensores grandes de las cámaras más nuevas. La regla es sencilla. Comprueba el formato de sensor de tu cámara y luego elige una óptica cuyo círculo de imagen lo cubra. Una óptica demasiado pequeña para tu sensor no se puede arreglar por software.

Error tres: quedarse corto con la resolución

Se tiende a pensar en la resolución como una propiedad exclusiva de la cámara, medida en megapíxeles. No lo es. La óptica también tiene una resolución. Si la óptica no puede resolver el detalle fino, da igual cuántos megapíxeles tenga la cámara, porque el detalle nunca llega al sensor. Una cámara de muchos megapíxeles detrás de una óptica de baja resolución es una forma rápida de malgastar dinero, porque has pagado por un sensor capaz de ver un detalle que la óptica no puede entregarle.

La resolución de una óptica se expresa a menudo como una resolución nominal en megapíxeles, la resolución de sensor a la que la óptica está diseñada para hacer justicia, o en pares de líneas por milímetro, una medida del detalle más fino que puede distinguir. El principio es el mismo en ambos casos. La óptica tiene que poder resolver al menos tanto detalle como el que la cámara puede capturar, o la cámara queda limitada. Por eso nuestras ópticas de mayor resolución llevan valores nominales explícitos. La serie MPY de Computar tiene una resolución nominal para sensores de 24 megapíxeles y la Kowa FC24M el mismo valor, precisamente para poder seguir el ritmo de las cámaras de alta resolución con las que se emparejan. Cuando especificas un sistema, la cuestión de la resolución no es solo cuántos megapíxeles tiene la cámara. Es si la óptica puede entregar esa resolución al sensor.

Hay una versión práctica de esto que conviene decir. Calcula el detalle más pequeño que necesitas detectar. Asegúrate de que toda la cadena de imagen, la cámara y la óptica juntas, puede resolverlo. Especificar una resolución que la óptica no puede soportar es una forma muy habitual y muy evitable de acabar decepcionado.

Error cuatro: olvidarse de la distorsión

El último de los cuatro grandes es el que arruina en silencio las aplicaciones de medición. La distorsión es la tendencia de una óptica a curvar las líneas rectas. Un borde recto cerca del borde de la imagen aparece ligeramente curvado. Toda óptica estándar tiene algo de distorsión. Para muchas aplicaciones de inspección, una comprobación de presencia o una comprobación sencilla de defectos, una cantidad pequeña no importa en absoluto. Pero si estás midiendo, la distorsión es una fuente directa de error. Un elemento medido cerca del borde de la imagen dará una lectura distinta a la del mismo elemento medido en el centro.

El error es ignorar la distorsión cuando la aplicación es de medición. Luego la gente se extraña cuando las lecturas varían según dónde quede la pieza en el campo de visión. Hay dos formas de gestionarlo bien. La primera es elegir una óptica de baja distorsión y, cuando el software lo permite, calibrar para eliminar la distorsión residual que queda. La segunda, para la medición más exigente, es usar una óptica telecéntrica. Una óptica telecéntrica está diseñada para que la ampliación no cambie con la distancia y la distorsión sea extremadamente baja. Es justo lo que necesita la medición de precisión. Las familias de ópticas de alta resolución que suministramos incluyen diseños de baja distorsión. También hay opciones telecéntricas para trabajos de medición. La clave es decidir pronto si tu aplicación es de medición. Si lo es, la distorsión es algo para lo que tienes que especificar, no algo que descubras más tarde.

Los cuatro errores de un vistazo

Aquí tienes los cuatro juntos, con lo que te cuesta cada uno en realidad. El hilo común es que los cuatro se deciden antes de comprar. Los cuatro se pueden evitar con el cálculo adecuado por adelantado.

Por qué estos errores son tan fáciles de evitar

Lo que conecta a los cuatro es que son errores de especificación, no fallos de ingeniería. Ninguno ocurre porque el problema fuera demasiado difícil. Ocurren porque se eligió una óptica a ojo, o por costumbre, o por lo que hubiera en el cajón, en lugar de calcular lo que la aplicación necesita de verdad. Eso es una buena noticia. Significa que son del todo evitables. Evitarlos no cuesta más que pensar un poco antes de cursar el pedido.

La distancia de trabajo, la cobertura del sensor, la resolución y la distorsión son todas cosas que puedes determinar por adelantado a partir de los parámetros de tu aplicación. El tamaño de la pieza, el espacio del que dispones, el detalle más pequeño que necesitas ver, y si estás midiendo o solo comprobando. Introduce esos datos y la especificación de óptica correcta sale sola. Es mucho más barato acertar con esto sobre el papel que pedir la óptica equivocada, esperarla y descubrir en la línea que la imagen no es lo bastante buena.

Acierta con los números antes de comprar

La óptica merece el mismo cuidado que la cámara, porque marca el techo de todo lo que la cámara puede hacer. Adivinar la distancia de trabajo, no ajustar el sensor, quedarse corto con la resolución y olvidar la distorsión son los cuatro errores detrás de la mayoría de las elecciones de óptica decepcionantes. Los cuatro se reducen a hacer el cálculo antes de comprometerte y no después. Una óptica bien elegida desaparece dentro de un sistema que simplemente funciona. Una óptica elegida a ojo es un problema con el que peleas durante toda la vida de la instalación.

Para que el cálculo sea fácil, hemos creado una calculadora de ópticas que toma tu distancia de trabajo, tu campo de visión y tu sensor, y luego calcula la focal y la especificación de óptica que necesitas. Es la forma más rápida de evitar todos y cada uno de los errores anteriores. Es gratis. Si tu aplicación es complicada, o prefieres que una persona revise la elección contigo, nuestro equipo está siempre encantado de ayudar. Podemos probar una óptica con tus piezas reales en nuestro laboratorio antes de que te comprometas.

Usa nuestra calculadora de ópticas: acierta con los números

Ponte en contacto: info@clearview-imaging.com | +34 951 962 868

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