La visión por computadora es una nueva tecnología desarrollada en los últimos años. Se utiliza el medio de integración óptica, mecánica y eléctrica para dotar a la máquina de la función de visión. Al introducir la visión por computadora en el campo de inspección, se puede realizar mediciones precisas y de alta velocidad en línea en muchas ocasiones. Al mismo tiempo, la teoría de la tecnología de detección de visión por computadora ha ido desarrollándose progresivamente.
¿Qué es la visión por computadora?
En resumen, la visión por computadora consiste en usar máquinas en lugar de ojos humanos para hacer mediciones y juicios. Utiliza principalmente una computadora para simular la función visual humana, extraer información de la imagen de objetos reales, procesarla y comprenderla, y finalmente utilizarla para la detección práctica, medición y control. El mecanismo típico de la visión por computadora consta de cinco partes: iluminación, lente, cámara, tarjeta de adquisición de imágenes y procesador de visión.
La tecnología derivada de esto es la tecnología de visión por computadora, que es una materia interdisciplinaria que involucra inteligencia artificial, neurobiología, psicofísica, informática, procesamiento de imágenes, reconocimiento de patrones y muchos otros campos. La tecnología de visión por computadora se caracteriza por su alta velocidad, gran cantidad de información y múltiples funciones.
El desarrollo de la visión por computadora
La investigación de visión por computadora comenzó a mediados de la década de 1960 con el académico estadounidense L.R. Roberts, quien trabajaba en la comprensión del mundo de bloques compuesto por poliedros. Las técnicas utilizadas en ese momento, como preprocesamiento, detección de bordes, construcción de líneas de contorno, modelado de objetos y emparejamiento, se han aplicado en visión por computadora. En la década de 1970, la visión por computadora formó varios importantes ramas de investigación: ① procesamiento de imágenes para la guía de objetivos; ② algoritmos paralelos de procesamiento y análisis de imágenes; ③ extracción de información 3D a partir de imágenes 2D; ④ análisis de imágenes secuenciales y evaluación de parámetros de movimiento; ⑤ representación del conocimiento visual; ⑥ base de conocimientos del sistema visual.
¿Cuáles son las dificultades en el diseño de la tecnología de visión por computadora?
Primero: la estabilidad de la iluminación
Las aplicaciones de visión industrial se dividen generalmente en cuatro categorías: posicionamiento, medición, detección y reconocimiento. Entre ellas, la medición requiere la mayor estabilidad de iluminación. Incluso si la iluminación cambia en un 10-20%, el resultado de la medición podría desviarse en 1-2 píxeles. Esto no es un problema de software, sino una variación de iluminación, lo que provoca cambios en la posición del borde en la imagen, y ni siquiera el software más potente puede resolverlo. Para solucionar el problema, debemos eliminar la interferencia de la luz ambiente desde el punto de vista del diseño del sistema y asegurar la estabilidad lumínica de la fuente de iluminación activa. Por supuesto, mejorar la resolución de la cámara a nivel de hardware también es una forma de aumentar la precisión y resistir las interferencias ambientales. Por ejemplo, el tamaño espacial correspondiente de la cámara anterior era de 10 μm por píxel, pero al aumentar la resolución se cambia a 5 μm. La precisión puede aproximadamente duplicarse y la resistencia al entorno se mejora naturalmente.
En segundo lugar, la inconsistencia de la posición del trabajo
En general, el primer paso del proyecto de medición, ya sea detección offline o detección online, siempre que sea un equipo de detección completamente automatizado, el primer paso es encontrar el objetivo a medir. Cada vez que el objeto a medir aparece en el campo de visión de captura, es necesario saber exactamente dónde está el objeto a medir. Incluso si se utilizan algunos accesorios mecánicos, no se puede garantizar que el objetivo a medir aparezca en la misma posición cada vez. Esto requiere el uso de una función de posicionamiento. Si el posicionamiento no es preciso, la posición de la herramienta de medición podría ser inexacta y los resultados de la medición podrían tener una desviación relativamente grande.
Tercero: calibración
En general, se necesitan las siguientes calibraciones en mediciones de alta precisión: 1) calibración de distorsión óptica (si no estás usando un software de lente, generalmente es necesario calibrar), y 2) la calibración de distorsión de proyección, es decir, la corrección de distorsión de imagen representada por el error en la posición de instalación, y la calibración del espacio de tres imágenes de objeto, es decir, calcular el tamaño correspondiente del espacio de objeto para cada píxel.
Sin embargo, los algoritmos de calibración actuales se basan en la calibración plana. Si el objeto a medir no es plano, se necesitarán algunos algoritmos especiales para la calibración, lo cual no puede resolverse con algoritmos de calibración comunes.
Además, debido a que no es conveniente usar la placa de calibración, es necesario diseñar algunos métodos de calibración, por lo que la calibración puede no resolverse con el algoritmo de calibración existente en el software.
Cuarto: la velocidad del objeto
Si el objeto a medir no está quieto, sino en movimiento, se debe considerar la precisión de la imagen debido al desenfoque de movimiento (píxel desenfocado = velocidad del movimiento del objeto * tiempo de exposición de la cámara), lo cual no se resuelve mediante software.
Quinto, la precisión de medición del software
En la aplicación de medición, la precisión del software solo se puede considerar como 1/2-1/4 píxeles, y es mejor usar 1/2 en lugar de 1/10-1/30 píxeles para aplicaciones de posicionamiento, ya que el software puede extraer muy pocos puntos de características de la imagen.
Desarrollo y aplicación en China
Los expertos creen que el desarrollo temprano de la visión por computadora estuvo principalmente concentrado en Europa, Estados Unidos y Japón. Con el traslado del centro de fabricación global a China, el mercado chino de visión por computadora se está convirtiendo en un mercado objetivo importante para los fabricantes internacionales de visión por computadora, después de Norteamérica, Europa y Japón. En China, la aplicación de la visión por computadora comenzó con la introducción de tecnología en la década de 1980. La industria semiconductor y electrónica es una de las industrias con aplicaciones tempranas de visión por computadora, la mayoría de las cuales están concentradas en ensamblaje de circuitos impresos (PCB), fabricación de componentes, y equipos de semiconductores e integración de circuitos. La aplicación y promoción de la visión por computadora en esta industria juega un papel importante en mejorar la calidad y la eficiencia productiva de los productos electrónicos.
Actualmente, China se está convirtiendo en una de las áreas más activas del desarrollo mundial de la visión por computadora, cubriendo casi todos los sectores de la economía nacional, incluidos: industria, agricultura, medicina, militar, aeroespacial, meteorología, astronomía, seguridad pública, transporte, seguridad, investigación científica y otros campos. El sector industrial es el campo con la mayor proporción de aplicación de visión por computadora. La razón importante es que China se ha convertido en el centro de procesamiento de la industria manufacturera global. Con la alta demanda de procesamiento de piezas y sus correspondientes líneas de producción avanzadas, muchos sistemas de visión por computadora y experiencias de aplicación con nivel avanzado internacional también han entrado en China.
A continuación se presenta una breve introducción a algunas aplicaciones:
1. Monitoreo de la seguridad alimentaria
En el proceso de producción e inspección de la calidad del producto, a veces es necesario que el personal observe, identifique y descubra los errores y omisiones en el proceso de producción. Sin importar lo fuerte que sea el sentido de responsabilidad y la atención de una persona, esta puede estar cansada, descuidada o distraída, lo que provoca que productos defectuosos lleguen al mercado.
Aplicación de la visión por computadora en la inspección de alimentos
2. Fabricación
La competencia en la industria manufacturera se intensifica, y la presión de costos la obliga a prestar atención a la eficiencia de la producción; la calidad promoverá la aplicación de la tecnología de visión por computadora. Para mejorar la eficiencia de la producción y reducir los costos laborales, algunos procesos manuales en la producción e administración industriales están siendo gradualmente reemplazados por máquinas. La característica del sistema de visión por computadora es mejorar la flexibilidad y automatización de la producción. En algunos entornos de trabajo peligrosos donde no es adecuado el trabajo manual o donde la visión artificial tiene dificultades para cumplir con los requisitos, se utiliza la visión por computadora para reemplazar la visión humana; además, en el proceso de producción industrial a gran escala, la eficiencia de inspección de calidad de productos mediante visión artificial es baja y la precisión no es alta, y el método de detección de visión por computadora puede mejorar considerablemente la eficiencia de producción y el grado de automatización. Además, la visión por computadora facilita la integración de información, lo que constituye la tecnología básica de la fabricación integrada por computadora.
Al mismo tiempo, la tecnología de visión por computadora también puede desempeñar un papel en las emisiones superiores a los estándares de humo y aguas residuales, entre otros. Utilizando la visión por computadora, podemos detectar a tiempo el fuego y el humo en la sala de máquinas y el taller. El uso de tecnologías de detección y reconocimiento facial en la visión por computadora puede ayudar a las empresas a fortalecer el control y la gestión de las entradas y salidas, mejorar el nivel de gestión y reducir los costos de gestión.
3. Energía solar, monitoreo de tráfico
En los últimos años, el desarrollo de las industrias emergentes ha traído un nuevo espacio de mercado al sector de la visión por computadora. En el campo de la energía solar, los fabricantes de celdas y módulos solares utilizan la visión por computadora para detectar productos, identificar y rastrear productos y ensamblar productos. En el campo de la vigilancia del tráfico, se pueden utilizar tecnologías de reconocimiento de matrículas y análisis de imágenes para identificar automáticamente las placas, encontrar vehículos mal estacionados, en sentido contrario y vehículos involucrados en accidentes de tráfico. Además, existe un enorme potencial para la tecnología de visión por computadora en los campos de la prevención de terremotos, deslizamientos de tierra, flujos de escombros, detección de erupciones volcánicas, monitoreo hidrológico y observación del estado hidrológico de los ríos.
Perspectivas del mercado futuro
La industria manufacturera tradicional está enfrentando una nueva subversión, y la transformación y actualización llevarán enormes oportunidades de mercado a la industria de automatización de China. La visión por computadora, como un producto altamente inteligente en la industria de automatización, tiene un gran potencial de desarrollo en el futuro.
En los últimos años, los fabricantes electrónicos y los fabricantes OEM de China han adquirido una gran cantidad de equipos de automatización para reemplazar la mano de obra manual en respuesta a la creciente escasez de mano de obra en China, lo cual alcanzará su punto máximo en los próximos años. Las fábricas financiadas por Taiwán han optado por aumentar el grado de automatización, y el auge de su automatización ocurrirá en los próximos 2-3 años, lo que traerá un nuevo punto de crecimiento para la aplicación de productos de visión por computadora en esta industria.
Según un informe de pronóstico autorizado de la industria, el tamaño del mercado de la industria de visión por computadora de China seguirá creciendo, alcanzando los 3 mil millones de yuanes en 2015, 3.8 mil millones de yuanes en 2016 y 5 mil millones de dólares estadounidenses para 2018. Las nuevas oportunidades de negocio traídas por el mercado global de visión por computadora se han convertido en el enfoque de los fabricantes de la industria.
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