Selección de la lente adecuada para aplicaciones de visión artificial

Introducción

La visión artificial se ha convertido en una parte fundamental de los procesos industriales y de fabricación modernos, permitiendo tareas de automatización, control de calidad e inspección con alta precisión. Un componente crucial de cualquier sistema de visión artificial es la lente, la cual desempeña un papel fundamental al capturar imágenes claras y precisas para su posterior análisis. La selección correcta de la lente es esencial para garantizar el rendimiento general y la efectividad de la aplicación de visión artificial. Este artículo explorará los factores clave a considerar al elegir una lente para visión artificial, junto con los diferentes tipos de lentes y sus aplicaciones.

Factores clave en la selección de lentes

Campo de visión (FOV)

El campo de visión es el área que puede captar la cámara y el lente. Está determinado por la distancia de trabajo (la distancia entre el lente y el objeto que se está capturando) y la longitud focal del lente. Un campo de visión más amplio es útil para aplicaciones que requieren la supervisión de un área grande, como en inspección industrial a gran escala o vigilancia. Por ejemplo, en una fábrica de empaquetado de alimentos, un lente con un campo de visión amplio puede utilizarse para monitorear toda la línea de empaquetado y asegurar que todos los productos estén correctamente empaquetados.

Resolución

La resolución del lente se refiere a su capacidad para distinguir detalles finos en una imagen. Los lentes de alta resolución son necesarios para aplicaciones en las que se requieren mediciones precisas o la detección de características pequeñas. En un proceso de fabricación de semiconductores, por ejemplo, se necesita un lente de alta resolución para inspeccionar los diminutos circuitos en una oblea de silicio. La resolución de un lente suele especificarse en pares de líneas por milímetro (lp/mm). Un valor más alto de lp/mm indica un lente con mejor capacidad de resolución. Es importante hacer coincidir la resolución del lente con la resolución del sensor de la cámara. Si el lente tiene una resolución menor que el sensor, no se aprovechará al máximo el potencial del sensor.

Profundidad de campo (DoF)

La profundidad de campo es el rango de distancias desde el objetivo dentro del cual los objetos aparecen aceptablemente nítidos en la imagen. Una gran profundidad de campo es beneficiosa cuando los objetos están a diferentes distancias de la cámara o cuando hay cierta variación en la posición del objeto. En un sistema de inspección de impresión 3D, donde las piezas impresas pueden tener diferentes alturas, un objetivo con una gran profundidad de campo puede garantizar que todas las partes del objeto estén enfocadas. La profundidad de campo se ve afectada por varios factores, incluyendo la longitud focal, el tamaño del diafragma y la distancia de trabajo. Generalmente, una longitud focal más corta, un diafragma más pequeño (número f más alto) y una mayor distancia de trabajo resultan en una mayor profundidad de campo.

Desviación

La distorsión en una lente hace que la imagen de un objeto con líneas rectas aparezca curvada. Hay dos tipos principales de distorsión: distorsión barril, donde la imagen parece abultarse hacia afuera en los bordes, y distorsión cojín, donde la imagen parece contraerse hacia adentro en los bordes. En aplicaciones donde las mediciones geométricas precisas son cruciales, como en metrología o en guía de robots, las lentes con baja distorsión son esenciales. Por ejemplo, en un sistema de selección por brazo robótico, se necesita una lente con mínima distorsión para identificar con precisión la posición y orientación de los objetos.

Distancia de trabajo

La distancia de trabajo es la distancia desde la parte frontal del lente hasta el objeto que se está capturando. Está determinada por los requisitos de la aplicación. Algunas aplicaciones, como inspeccionar componentes pequeños en una tarjeta de circuito impreso, pueden requerir una distancia de trabajo corta, mientras que otras, como monitorear áreas exteriores grandes, necesitan una distancia de trabajo larga. La distancia de trabajo también afecta otros parámetros del lente, tales como el campo de visión y la profundidad de campo.

Montaje y Compatibilidad

El lente debe ser compatible con la cámara con la que se va a utilizar. Las cámaras tienen diferentes tipos de monturas, como montura C, montura CS o montura F. Es importante asegurarse de que el lente tenga la montura correcta para que se ajuste correctamente a la cámara. Además, el lente debe ser compatible con el tamaño del sensor de la cámara. Usar un lente círculo de imagen demasiado pequeño para el sensor puede resultar en viñeteado (oscurecimiento de las esquinas de la imagen) o cobertura incompleta del sensor.

Tipos de Lentes de Visión Artificial

Lentes de Longitud Focal Fija

Los lentes de longitud focal fija, también conocidos como lentes primarios, tienen una única longitud focal invariable. Son relativamente sencillos en su diseño y suelen ofrecer un alto desempeño óptico en términos de resolución y baja distorsión. Estos lentes son adecuados para aplicaciones en las que el campo de visión y la distancia de trabajo son fijos. Por ejemplo, en un sistema de lectura de códigos de barras en una caja de supermercado, se puede utilizar un lente de longitud focal fija para capturar imágenes claras de los códigos de barras a una distancia específica.

Lentes Zoom

Los objetivos zoom permiten al usuario cambiar la longitud focal, lo que a su vez modifica el campo de visión. Esto los hace versátiles para aplicaciones en las que la cámara necesita capturar diferentes áreas u objetos a diversas distancias. En un sistema de vigilancia de seguridad, un objetivo zoom se puede ajustar para enfocar distintas partes de un edificio o para seguir objetos en movimiento. Sin embargo, los objetivos zoom pueden no ofrecer el mismo nivel de rendimiento óptico que los objetivos con una longitud focal fija, especialmente en términos de resolución y distorsión.

Lentes Telecentricos

Los objetivos telecéntricos están diseñados para tener un aumento constante independientemente de la distancia del objeto dentro de un cierto rango. Esto los hace ideales para aplicaciones que requieren mediciones dimensionales precisas, como en el control de calidad de piezas fabricadas. En una fábrica de mecanizado de precisión, los objetivos telecéntricos pueden utilizarse para medir las dimensiones de componentes mecanizados con alta exactitud, ya que eliminan los efectos de distorsión de perspectiva.

Lentes macro

Los objetivos macro están optimizados para la fotografía de primer plano y son capaces de alcanzar relaciones de magnificación elevadas. Se utilizan en aplicaciones en las que es necesario examinar objetos pequeños o detalles finos, como en la inspección de joyas o en la obtención de imágenes de especímenes biológicos. En un proceso de fabricación de joyas, los objetivos macro pueden emplearse para inspeccionar los detalles intrincados de los engastes de piedras preciosas o la calidad del trabajo en metal.

Conclusión

Seleccionar el objetivo adecuado para una aplicación de visión artificial es un proceso complejo que implica considerar múltiples factores. Al evaluar cuidadosamente el campo visual, la resolución, la profundidad de campo, la distorsión, la distancia de trabajo, la compatibilidad de montaje y los requisitos ambientales, los ingenieros y los integradores del sistema pueden elegir un objetivo que optimice el rendimiento del sistema de visión artificial. Ya sea para automatización industrial, control de calidad o investigación científica, la selección correcta del objetivo es clave para obtener datos de imagen precisos y confiables para análisis posteriores y toma de decisiones.