От изображения к решению
Техническое зрение преобразует изображение в сведения о наличии детали, её положении, ориентации или качестве. Система включает камеру, объектив, освещение, обработку изображения и интерфейс с производственным оборудованием. Правильный алгоритм не компенсирует отсутствие видимого признака: блик, тень, смазка и перекрытие детали могут сделать решение неоднозначным. Поэтому постановку задачи начинают с наблюдаемого признака и условий его появления.
Для обнаружения достаточно различить объект и фон. Для измерения требуется воспроизводимая связь между координатами изображения и физическими величинами. Для наведения робота дополнительно нужна связь камеры с системой координат детали или робота. Эти задачи предъявляют разные требования к точности и задержке. Высокий процент распознавания одного артикула не подтверждает метрологическую пригодность измерения его размеров.
Что определяет изображение
| Элемент | На что влияет | Проверка |
|---|---|---|
| Освещение | Контраст и блики | Все состояния поверхности |
| Объектив | Поле, резкость, искажения | Края поля и высота детали |
| Экспозиция | Шум и смаз движения | Рабочая скорость |
| Калибровка | Переход к размерам | Эталон и независимая проверка |
| Интерфейс | Актуальность координат | Метка времени и идентификатор |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Геометрическая калибровка учитывает модель проекции и дисторсию. В документации Basler подчёркнута необходимость знания фокусного расстояния, искажений и взаимного положения камер для измерений. Производственная система должна проверять результат по независимому объекту в рабочем поле, а не только по малой ошибке подгонки калибровочной модели. После перемещения камеры, объектива или приспособления проверку повторяют.
Условный масштаб и смаз
Пусть в плоскости детали ширина поля составляет 120 мм, а изображение содержит 2400 пикселей по ширине. При условии равномерного масштаба после геометрической коррекции s = 120/2400 = 0,05 мм/пиксель. Признак шириной 0,3 мм занимает 6 пикселей. Это оценка дискретизации, а не гарантия обнаружения: влияют контраст, оптическое разрешение, фокус и алгоритм. Субпиксельная оценка положения края не превращает камеру автоматически в точный измерительный прибор.
Если деталь перемещается со скоростью 500 мм/с, а экспозиция равна 0,001 с, смаз составляет 0,5 мм, или 10 пикселей при данном масштабе. Для условного ограничения смаза одним пикселем время экспозиции должно быть не более 0,05/500 = 0,0001 с, то есть 0,1 мс. Такой режим требует достаточного освещения; шум и ограничения затвора проверяют экспериментально. Все величины относятся к указанному направлению движения и плоскости.
Координаты для робота
При перспективной проекции изменение высоты детали меняет масштаб, поэтому один коэффициент миллиметров на пиксель нельзя без проверки применять ко всему объёму. Для плоских объектов используют подходящую плоскую модель, а для переменной высоты требуется другая геометрия измерения или ограничение процесса. Ошибки калибровки камеры, базирования и TCP складываются в ошибку наведения. Передача координат без указания системы отсчёта создаёт риск неверного движения даже при правильном распознавании.
- Разделить проверочные данные по партиям, освещению, загрязнению и положению детали.
- Оценить ложные положительные и ложные отрицательные решения отдельно.
- Установить реакцию на низкую уверенность, отсутствие объекта и устаревший кадр.
- Проверить весь путь от срабатывания камеры до подтверждённого действия оборудования.
Сохраняемые изображения и результаты помогают разобрать нестабильность процесса и дрейф условий. Порог приемлемости назначают по последствиям ошибки и требованиям изделия. Обычная производственная камера не является средством защиты персонала только потому, что умеет обнаруживать человека: для такой функции необходимы предусмотренное назначение, подходящая архитектура и валидация.
Первичные источники
- Basler: калибровка камер — Геометрия изображения и проверка калибровки
- Basler: геометрическая дисторсия объектива — Радиальные и тангенциальные искажения