Principes fondamentaux des systèmes de traitement d’images
Le choix de la caméra, le choix de l’objectif et de la source d’éclairage, l’évaluation de la qualité de l’image, le choix du matériel et des logiciels du PC et la configuration de tous les composants sont autant d’étapes importantes vers un système de traitement d’image efficace.
Principes fondamentaux des systèmes de traitement d’images
Des questions auxquelles nous répondons en détail dans le Livre Blanc
Pourquoi la définition des exigences est-elle importante ?
Que dois-je savoir sur la résolution de la caméra' et le capteur ? Caméra couleur ou monochrome ? Quelles sont les fonctions importantes de la caméra ?
Quelle est l’importance de l’échelle et des performances d’imagerie de la caméra et quel rôle joue la qualité d’image ?
Ce qu’il faut prendre en compte lors de la conception d’un système de vision
Imaginez qu’un pomiculteur vous demande de concevoir un système de vision industrielle pour inspecter les pommes. Il s’intéresse à la fourniture d’une qualité uniforme, c’est-à-dire à la capacité de trier les pommes pourries tout en travaillant rapidement. Il est confronté aux questions suivantes :
Quelles sont les exigences précises définies pour le système ?
De quelle résolution et de quels capteurs ai-je besoin ?
Est-ce que je veux utiliser une caméra couleur ou monochrome ?
De quelles fonctions de la caméra ai-je besoin et quel niveau de qualité d’image est suffisant ?
L’œil de la caméra : échelle et performances de l’objectif
Quel éclairage dois-je utiliser ?
Quel est le matériel PC requis ?
Quel logiciel est nécessaire ?
Que doit apporter exactement le système et dans quelles conditions ?
Cette question semble si évidente qu’elle est'souvent négligée et à laquelle on ne répond pas en détail. Mais il n’en demeure pas moins que si vous êtes clair dès le départ sur ce que vous voulez précisément, vous'économiserez du temps et de l’argent plus tard.
Votre système doit-il
Ne montrer que des images de l’objet inspecté, avec des outils tels que la grossissement ou un éclairage spécial utilisés pour révéler les caractéristiques du produit qui ne peuvent pas être détectées à l’œil nu ?
Calculer des caractéristiques objectives du produit telles que la taille et la stabilité dimensionnelle ?
Vérifier le bon positionnement, par exemple sur un système de pick-and-place ?
Déterminer les propriétés qui sont ensuite utilisées pour attribuer le produit à une classe de produit spécifique ?
Résolution et capteur
Quelle caméra est utilisée pour une application donnée ? La définition des exigences est utilisée pour dériver les spécifications cibles pour la résolution et la taille du capteur sur la caméra.
Mais d’abord : qu’est-ce que la résolution exactement ? En photographie classique, la résolution fait référence à la distance minimale entre deux points ou lignes réels dans une image afin qu’ils puissent être perçus comme distincts.
Dans le domaine des caméras numériques, des termes tels que "résolution de 2 mégapixels" sont souvent utilisés. Il s’agit de quelque chose de complètement différent, à savoir le nombre total de pixels sur le capteur, mais pas à proprement parler sa résolution. La résolution appropriée ne peut être déterminée que lorsque l’ensemble de la caméra, de l’objectif et de la géométrie, c’est-à-dire les distances requises par la configuration, est en place. Ce n’est pas que le nombre de pixels n’ait pas d’importance : un nombre élevé de pixels est vraiment nécessaire pour obtenir des résolutions élevées. En substance, le nombre de pixels indique la résolution maximale dans des conditions optimales.
Si les caractéristiques peuvent être détectées grâce à leur couleur (comme des taches rouges sur une pomme), la couleur est souvent, mais pas toujours, nécessaire. Pourtant, dans de nombreux cas, ces caractéristiques peuvent également être captées dans les images en noir et blanc d’une caméramonochrome si un éclairage coloré est utilisé. Des expériences sur des échantillons parfaits peuvent aider ici. Si la couleur n’est pas pertinente, les caméras monochromes sont préférables, car les caméras couleur sont intrinsèquement moins sensibles que les caméras noir et blanc.
Vous travaillez avec une tâche d’inspection très complexe ? Si c’est le cas, vous pouvez envisager d’utiliser plusieurs caméras, en particulier si une gamme de caractéristiques différentes doit être enregistrée, chacune nécessitant une configuration d’éclairage ou d’optique différente.
Fonctions de la caméra et qualité de l'image
Lors de l’évaluation de la qualité d’image d’une caméra numérique, la résolution est un facteur important aux côtés de:
Sensibilité à la lumière
Plage dynamique
En ce qui concerne les fonctions de la caméra, l’une des plus importantes est la vitesse, généralement exprimée en images par seconde (fps). Il définit le nombre maximal d’images pouvant être enregistrées par seconde.
L’œil de la caméra : échelle et performances de l’objectif
Les bons systèmes optiques coûtent cher. Dans de nombreux cas, un objectif standard est suffisamment puissant pour gérer la tâche. Pour décider de ce qui est nécessaire, nous avons besoin d’informations sur des paramètres tels que
Interface de l’objectif
Taille du pixel
Taille du capteur
L’échelle de l’image, c’est-à-dire le rapport entre la taille de l’image et celle de l’objet. Cela correspond au rapport entre la taille des pixels individuels et la résolution du pixel (La résolution du pixel est la longueur des bords d’un carré à l’intérieur de l’objet inspecté qui doit remplir précisément un pixel du capteur de la caméra.
Distance focale de l’objectif qui détermine l’échelle de l’image et la distance entre la caméra et l’objet
Intensité lumineuse
Une fois que ces informations sont disponibles, il devient beaucoup plus facile d’examiner les fiches techniques des fabricants d’objectifs pour déterminer si un objectif standard abordable est suffisant ou si une incursion dans les objectifs haut de gamme est nécessaire.
Les propriétés de l’objectif telles que la distorsion, la résolution (décrite à l’aide de la courbe MTF), l’aberration chromatique et la plage spectrale pour laquelle un objectif a été optimisé servent de critères de sélection supplémentaires.
Il existe par exemple des objectifs spéciaux pour le proche infrarouge, des objectifs grand angle extrême ('fisheye') et des objectifs télécentriques spécialement adaptés aux mesures de longueur. Cependant, ces objectifs ont généralement un prix élevé.
Ici aussi, la règle est la suivante : les tests et les échantillons sont le meilleur moyen de clarifier les questions ouvertes.
Eclairage
Il est difficile de voir quoi que ce soit dans un mauvais éclairage : cela peut sembler évident, mais c’est également vrai pour les systèmes de traitement d’image.
Optimisation de la luminosité de l’image
Les vitesses d’inspection élevées nécessitent souvent des caméras sensibles et des objectifs lumineux. Cependant, il est souvent possible de modifier ou d’optimiser la configuration de l’éclairage avec moins d’effort et d’obtenir la même augmentation de la luminosité de l’image. Il existe plusieurs façons d’obtenir une luminosité d’image plus élevée : augmenter la lumière ambiante, façonner la lumière, par exemple en utilisant des lentilles ou des flashs avec une source lumineuse appropriée. Cependant, ce n’est pas seulement l’intensité de la lumière qui est importante, mais aussi la façon dont la lumière traverse l’objet et atteint la caméra.
Nous connaissons tous l’exemple de la photographie : la lumière ambiante est généralement diffuse, mais si cela ne suffit pas, un flash est utilisé, qui est beaucoup plus directionnel - et il y a alors généralement des reflets indésirables des surfaces lisses de l’image, qui obscurcissent les détails réels. En vision industrielle, cependant, de tels effets peuvent être souhaitables pour obtenir des intensités lumineuses élevées sur des surfaces droites moins réfléchissantes. La lumière diffuse est mieux adaptée aux objets dont les surfaces sont nombreuses et qui se réfléchissent dans différentes directions.
Exigences relatives au matériel et aux logiciels PC pour le traitement d’images
Matériel PC
Le matériel requis dépend de la tâche et de la vitesse de traitement requise. Alors que des tâches simples peuvent être effectuées avec du matériel PC et des packages de traitement d’images standard, les tâches de traitement d’images complexes et rapides peuvent nécessiter du matériel spécialisé.
Logiciel
Un logiciel est nécessaire pour évaluer les images. La plupart des caméras sont livrées avec un logiciel permettant d’afficher des images et de configurer la caméra. C’est suffisant pour que la caméra soit opérationnelle. Les applications spéciales et les tâches de traitement d’images nécessitent des logiciels spéciaux, achetés ou développés sur mesure.
Sommaire
Avant de se lancer dans la conception d’un système de traitement d’image, il y a une variété de considérations qui doivent être prises en compte pour tous les composants utilisés, de la caméra et de ses optiques à l’éclairage et au matériel et aux logiciels PC soutenant le système.
Ces tâches sont tout à fait gérables lorsqu’elles sont abordées étape par étape, à condition de prendre le temps de clarifier la tâche et les conditions du framework. Pour en savoir plus sur ce sujet, veuillez consulter notre livre blanc plus complet sur ce sujet : Livre blanc
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