Telecamere lineari per sistemi di visione industriale
Una telecamera lineare cattura una sola linea di pixel per ogni acquisizione, a differenza delle telecamera matriciali che acquisiscono un’intera immagine bidimensionale in un singolo istante (una griglia completa di pixel che rappresenta immediatamente la scena).
In pratica il sensore lineare non fornisce direttamente una fotografia completa, ma per ottenerla occorre acquisire una sequenza di righe monodimensionali.
L’immagine va poi ricostruita digitalmente, concatenando molte righe consecutive nell’ordine corretto. Tale processo avviene tipicamente sul sistema di elaborazione, che sincronizza l’acquisizione delle linee con il movimento dell’oggetto (ad esempio tramite encoder).
Il risultato è che, a differenza delle telecamere matriciali che restituiscono immagini 2D già complete, le telecamere lineari richiedono uno step di ricostruzione aggiuntivo. Questo approccio permette però di ottenere risoluzioni estremamente elevate lungo la direzione di scansione e di ispezionare superfici molto estese o in movimento continuo, rendendo la visione line-scan una tecnologia fondamentale nelle applicazioni industriali.
Esistono sia modelli che producono immagini in bianco e nero sia modelli che producono immagini a colori.
Sistemi di visione artificiale a scansione lineare
Per acquisire immagini con una telecamera lineare occorre sincronizzare il movimento dell’oggetto inquadrato con l’acquisizione. Per fare ciò si utilizza un encoder.
L’encoder converte un movimento meccanico in un segnale elettrico o digitale generando un segnale periodico. Tale segnale viene interpretato da un controller per decidere in quali istanti acquisire ogni singola linea con la telecamera lineare.
Velocità di movimento e frequenza di acquisizione devono essere impostati in modo corretto per non avere artefatti nell’immagine.
Frequenza massima di acquisizione per sensori di visione di tipo lineare
La velocità di scansione è limitata dalla frequenza massima di acquisizione della telecamera.
La frequenza massima di acquisizione è limitata da:
La telecamera può acquisire una nuova riga solamente dopo aver finito di leggere la riga precedente, perciò è importante mandare trigger di acquisizione alla camera con una frequenza inferiore alla frequenza massima della camera.
In caso di perdita di trigger si perdono delle righe e quindi parti dell’oggetto inquadrato potrebbero non essere visibili nell’immagine oppure potrebbero esserci artefatti.
Obiettivi per telecamere lineari nei sistemi di visione
Esistono obiettivi per telecamere industriali progettati per adattarsi alle esigenze specifiche delle telecamere lineari.
Sono progettati per fornire un ampio campo visivo lungo la direzione di scansione.
Poiché acquisiscono un’immagine riga per riga, la quantità di luce che colpisce il sensore è relativamente bassa in ogni singola acquisizione. Gli obiettivi per telecamere lineari sono progettati per concentrare la luce su una sola riga, permettendo l’illuminazione uniforme della scena.
Consentono una messa a fuoco estremamente precisa e continua su una singola riga, senza distorsioni. Questo è particolarmente importante per applicazioni industriali dove la qualità dell’immagine e la precisione sono fondamentali.
Vantaggi e campi di applicazione delle telecamere lineari nei sistemi di visione industriale
Le telecamere lineari si addicono particolarmente ai sistemi di visione per controllo qualità in cui è richiesta la scansione di oggetti in movimento (ad esempio su un nastro trasportatore) o di oggetti di grandi dimensioni.
Utilizzando le telecamere lineari è possibile acquisire un’unica immagine dell’intero oggetto acquisendo un numero sufficiente di righe: poiché hanno solo una risoluzione orizzontale, la risoluzione verticale dell’immagine ottenuta è data dal numero di righe acquisite.
In un nostro sistema di ispezione automatizzata su bobine in PVC vengono utilizzate una serie di telecamere lineari per scansionare una striscia di film di 2000 mm di larghezza e fino a 3600 mm di lunghezza, durante lo svolgimento della bobina, e rilevare eventuali difetti su di essa.
Le telecamere lineari sono indicate anche per scansionare oggetti di natura circolare o cilindrica. Facendo muovere l’oggetto in modo circolare sul proprio asse e sfruttando la scansione linea per linea è possibile ottenere un’immagine “srotolata” della superficie circolare dell’oggetto, che può essere elaborata per effettuare misure o controlli di qualità.
Ad esempio è possibile scansionare la superficie esterna di un barattolo, ottenendo un’immagine “appiattita” della superficie.
Le telecamere lineari sono molto utili anche in quei casi in cui il layout della linea di trasporto degli oggetti da scansionare non permette di posizionare telecamere o illuminatori in modo tale che inquadrino o illuminino l’intera scena.
Un esempio è il sistema di visione industriale per la ricerca di macchie in lastre di vetro da noi sviluppato, dove viene sfruttata una telecamera lineare per poter installare una barra di illuminazione nello spazio fra due rulli senza modificare i layout della linea di trasporto. Con la telecamera lineare è necessario illuminare solo la porzione della scena corrispondente alla linea acquisita dalla telecamera mentre con una matriciale sarebbe stato necessario illuminare l’intera scena.