La Vision Industrielle

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1 UE Imagerie Industrielle La Vision Industrielle Sylvie Treuillet Polytech Orléans Laboratoire Vision & Robotique Depuis les années 80 Vocation : remplacer les contrôles visuels par une mesure automatique (tri, guidage, calibrage, mesure dimensionnelle, ) Applications : Reconnaissance de caractères Commande d'axes 5% 6% Commande robot 7% Contrôle 3D 5% Contrôle dimensionnel 30% Inspection 47% 1

2 Contrôle industriel - tri Contrôle Emballage 2

3 Contrôle d affichage Comptage 3

4 Contrôle de défauts Vérification / Montage de circuits électroniques 4

5 Montage de circuits imprimés Mesure de couleur Contrôle d impression 5

6 Contrôle maillage de tissage Tri postal automatique Reconnaissance de chèques 6

7 Reconnaissance d empreintes digitales Analyse de flux 7

8 Surveillance images aériennes et satellitaire Reconstruction du relief 3D 8

9 Applications Contrôle industriel: comptage automatique, contrôle d aspect, de couleur, Métrologie: contrôle dimensionnel Vidéosurveillance : suivi de personnes, de véhicules Robotique : localisation/positionnement, navigation assistée, asservissement visuel Reconnaissance: détection de cibles, image aérienne, satellitaire Multimédia: indexation de bases d images, de vidéos, d objets 3D, Réalité Augmentée et synthèse d images Dans tous les secteurs Papier Bois Verre/Céramique Plastique Automobile Chimie/Pétrole Alimentaire Equipementiers Mécanique/Métallurgie Electrique/Electronique Autres 2% 2% 4% 4% 8% 8% 9% 11% 12% 19% 21% En s ouvrant de plus en plus vers les PME avec des systèmes paramétrables de faible coût. 9

10 Atouts / Contraintes Contrôle sans contact Large gamme spectrale (Visible, UV, X, IR, ) Répétabilité Mesure quantitative non subjective Précision, vitesse Coût d exploitation Environnement industriel 1500 gélules (blister) / minute 500 boîtes de conserve / minute bouteilles de lait / heure Poussières, humidité, vibrations, chocs, Cadence, temps-réel, fiabilité Adaptabilité, flexibilité Objectifs du cours ü Parcourir la chaîne d acquisition d images et les éléments qui composent un système de vision ü Donner les notions, terminologie, technologies, indispensables pour évoluer dans le domaine de l imagerie numérique Caméras CCD, CMOS, linéaires, matricielles, Interline Transfert, Full Frame Transfert, TDI, analogiques, numériques, rapides, progressives, monocoup, smearing, antiblooming, electronic shutter, pixel clock, fill factor, RS-170, CCIR, NTSC, IEEE 1394, backlight, température de couleurs 10

11 Focale, ouverture, champ de vue (FOV), aberrations, distorsions, Compétences variées Optique Caméras CCD, CMOS, linéaires, matricielles, TDI, analogiques, Electronique numériques, rapides, progressives, Informatique Perception Type et configuration visuelle des sources, spectre, puissance, photométrie, rendu des couleurs, Eclairage Traitement du Signal Normes des et de l image signaux vidéo analogiques, numériques, échantillonnage, quantification, Mécatronique Automatique Intégration à la chaîne de production, synchronisation des prises de vues, Qu est ce qu on voit? Lumière Capteur Ø Réflexion Ø Transmission Ø Diffraction Ø Diffusion Rayon incident α Réflexion spéculaire α Matière m 0 m 1 Réflexion diffuse Réfraction β Absorption Transmission Ø Paramètre intrinsèque : n-ik Ø Propriétés extrinsèques : état de surface 11

12 Intéraction lumière - matière Source : Boston University Caractéristiques de la vision Sensibilité au Contraste, Mouvement, Forme, Relief Perception trichromate (20000 nuances colorées à luminance constante) Dynamique : de 10-6 à 10 4 cd/m 2 (adaptation au fond) Acuité ~ 1 min. d arc (75 µm à 25 cm) et exploitation de 2 imperfections pour le cinéma et la TV Persistance rétinienne ~ 1/15 s Plus sensible aux détails NB qu aux détails en couleur Codage image vidéo : couleur ~ 1/4 luminosité 12

13 Réponses spectrales Critères de prise de vue liés à l application Champ de vue, Profondeur de champ Résolution Couleur / monochrome Sensibilité, Vitesse Distance de travail Coût Critères de choix du système de vision (éclairage, positionnement mécanique, capteur, optique, traitement, ) 13

14 Système d acquisition d images Eclairage Caméras Optique Unités de Traitement Ecrans E/S La question de l éclairage Source naturelle (soleil) J Perception naturelle L Non maîtrisé (problème de répétabilité) Source artificielle J totalement maîtrisé L rendu des couleurs artificiel, alimentation, entretien, durée de vie, Propriétés recherchées Bonne efficacité lumineuse (< 120 lm/watt en lumière blanche) Contraste, uniformité: mise en valeur de l objet à mesurer Rendu des couleurs: spectre, température de couleur, IRC 14

15 Choix de l éclairage 3/4 du problème peut se résoudre à cette étape è è Mise en valeur de l objet à mesurer Simplification des traitements ultérieurs Type et nombre de sources (puissance, FOV) Rendu des couleurs: spectre, température de couleur, IRC Configuration géométrique: réflexion, transmission, linéaire, annulaire, stroboscopie Alimentation, pilotage, synchronisation Maintenance J fournisseurs spécialisés L basée essentiellement sur l expérience Solutions d éclairage pour la Vision Industrielle 15

16 Différentes solutions Différentes techniques 16

17 Couleurs et rayonnements Objets transparents : rétro éclairage 17

18 Problème des objets brillants et réfléchissants Problème des objets brillants et réfléchissants 18

19 Lumière collimatée Filtres polarisants 19

20 La question du champ de vue CCD 1/2" 1" f=12 mm è H = 30, V = 23 H = 56, V = 43 f=50 mm è H = 7, V = 5 H = 14, V = 11 Configurations standards Focales courtes è grand angle, grande profondeur de champ, sensation de profondeur Focales longues è téléobjectif, plan serré, faible profondeur de champ, perspective écrasée 20

21 CCD 1/2" Exemple: Cadrer le présentateur de journal TV à la poitrine - caméra placée ~ 3m - hauteur de cadre ~ 0,6m Focale ~ 24 mm Choix de l Optique Caractéristiques Diamètre, résolution > CCD Monture C ou CS Focale fixe ou variable Ouverture relative N = focale/diamètre nombre d ouverture: caractérise la luminosité : N x2 è lumière /4 21

22 Défauts optiques Aberrations géométriques sphérique, coma, astigmatisme Distorsions géométriques è Correction avec mire de calibrage Défauts optiques Aberrations chromatiques liées à la nature dispersive du verre g indice de diffraction dépend de λ limitées par association de verres de pouvoirs séparateurs différents (flints, crowns) g doublet achromatique è Correction possible avec les caméras à tube mais pas avec les CCD 22

23 Optiques particulières Grand angle (fish eye) Macro Optiques télécentriques Optiques IR et UV Problème posé par les objets en mouvement 23

24 Problème de connectique Débit Portée Compatibilité Standards vidéo Petite étude de cas 24

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