Systmes de Vision imprimable

Technologie de la vision

industrielle

Bases du traitement dimages Pixels

Le signal vido envoy par la camra comprend des

informations de luminosit qui changent au fur et mesure

que le temps scoule. Toutefois, le temps (position sur

lcran) ne peut pas tre dtermin avec ce signal. Si on

divise une ligne de balayage sur la base dune impulsion

dhorloge possdant une frquence spcifique (cf. illustration

ci-dessus), on est alors en mesure de dterminer la position

horizontale sur lcran. La position verticale tant lorigine

dtermine par le numro de la ligne de balayage, cela

permet donc dobtenir un quadrillage de lcran. Chaque

lment de ce quadrillage est appel pixel. Limage dune

cible est reconnue comme tant la combinaison de pixels

blancs et noirs. Tous les traitements dimage seffectuent sur

la base des pixels.

Conversion binaire numrique

Le signal vido envoy par la camra est un signal

analogique. Afin de pouvoir utiliser le signal vido pour

diffrentes mesures et diffrenciations, ce signal analogique

doit tre converti en signal numrique. On dfinit pour cela un

niveau seuil pour le signal vido. Les zones qui sont plus

claires que le niveau seuil sont dfinies comme tant

blanches, tandis que celles qui sont plus sombres sont

dfinies comme tant noires. Le signal numrique

correspondant un pixel blanc est gal 1(= HI), le signal

numrique correspondant un pixel noir est gal 0 (= LO).

Traitement par les niveaux de gris

Les processus de traitement dimages utilisent soit la

conversion binaire, soit une chelle de gris. Les appareils de

la srie CV-110 recourent la seconde mthode, laquelle est

base sur les variations de luminosit de limage obtenue par

la camra. La conversion binaire ne permet de reconnatre

limage quen deux couleurs, le noir et le blanc, autrement dit

des 1 et des 0. Le traitement sur lchelle des gris permet

par contre dobtenir une plus grande diffrenciation, lchelle

de luminosit tant divise en 8 bits (soit 256 niveaux). Cette

seconde mthode permet donc de garantir une bien meilleure

prcision dans la dtection.

Traitement couleur (conversion binaire

suppress par extraction de couleur)

Le signal vido couleur provenant de la camra est converti

en donnes numriques RVB par la conversion A/N de

limage. Ces donnes sont utilises pour lopration de

diffrence afin dobtenir les donnes de R- (moins) V, B-V et

R-B partir des donnes RVB reues. Ces six paramtres

dinformation couleur sont utiliss pour contrler le degr de

correspondance par rapport la couleur spcifie. Ceci

seffectue en dfinissant la plage sur lcran puis en extrayant

la couleur qui correspond celle prcdemment dfinie.

Ensuite, chaque pixel subit une conversion binaire en pixel

extrait ou non extrait. Ce processus dopration de diffrence

assure une extraction stable mme pour les couleurs

sombres et des vitesses de traitement rapides.

Traitement par chelle de nuances couleur

Les donnes dinformation couleur sont divises en 256 niveaux.

En fonction de la couleur extraite, les couleurs sont divises

en 256 niveaux. La couleur extraite est spcifie comme tant

le niveau 255 et les autres couleurs qui possdent une plus

grande diffrence de donnes de teinte couleur sont

spcifies comme tant plus proche du niveau 0. la

diffrence de la conversion binaire couleur, le traitement par

chelonnement des nuances couleur utilise des donnes de

nuances 256 niveaux et de ce fait ce traitement assure une

dtection stable mme lorsque la couleur dune cible varie

cause de diffrences individuelles. Comme pour la conversion

binaire couleur, les six paramtres sont utiliss pour

lopration interne.

Exemple

Le cas du rouge (R) est expliqu ci-

dessous. (La mme explication

Caractristiques du

traitement

dchelonnement de nuances couleur

sapplique aux autres paramtres.)

Mme si la

luminosit

ambiante change

ou si la couleur de

la cible varie

cause de

diffrences

individuelles, le

traitement par

chelonnement de

nuances couleur

assure une

dtection plus

stable que la

conversion binaire.

o tant donn que le traitement dchelonnement des

nuances couleur utilise des donnes 256 niveaux, il

est plus efficace pour la mesure de positionnement que

la conversion binaire. (Un traitement subpixel est

possible).

Fonction filtre

La fonction filtre supprime ou met en vidence le bruit et la

distorsion des donnes de limage capture si bien que

limage est facile contrler ou diffrencier. Le filtre permet

de convertir les donnes de limage dorigine sous une forme

plus simple.

EXPAND

Le pixel cible est remplac par le

pixel le plus brillant parmi le pixel

cible et les huit pixels lentourant.

Ce filtre restaure toute partie de

lettre manquante. Limage blanche

Le processus de filtrage

utilise une zone de 3 x 3

pixels autour du pixel

cible.

sagrandit dune taille. EXPAND

rpte deux fois le mme

processus pour augmenter leffet.

SHRINK

Le pixel cible est remplac par le

pixel le plus sombre parmi le pixel

cible et les huit pixels lentourant.

Ce filtre supprime les

composantes de bruit faibles.

Limage blanche se rtrcit dune

taille.

Example

Avant Aprs (EXPAND)

Aprs (SHRINK)

Principe du traitement des images Recherche de motif

Recherche un motif sur une image

Le motif cible de limage

de rfrence est enregistr et stock dans une fentre de

motif. La fentre de motif balaye alors la fentre de recherche

spcifie du ct suprieur gauche au ct infrieur droit pour

dtecter la position qui correspond le mieux limage

enregistre.

Recherche de motif avec un traitement par niveaux

de gris

La recherche de motif utilise un

traitement dimage par niveaux de gris qui affecte 256

niveaux de gris chaque pixel puis recherche le motif cible.

Le traitement binaire, en comparaison, ne reconnat les

images quen noir et blanc

Recherche de motif avec extraction de couleur

Le systme de vision couleur

srie CV-700/301 reconnat le motif stock dans la fentre de

motif non seulement grce la brillance (CV-301) mais

galement grce la technologie RVB qui affecte 256

niveaux de couleur chaque pixel (CV- 700). La srie CV-

700/301 est idale pour la dtection de cibles ayant la mme

forme mais possdant des couleurs diffrentes.

Traitement subpixel

Le traitement dimage habituel est

effectu par unit d1 pixel, tandis que la mthode de

traitement subpixel effectue des dtections de position par

unit de 0,1 pixel. Ceci permet une dtection de position de

haute prcision, tendant le champ dapplication au

positionnement et aux mesures dimensionnelles de haute

prcision.

Mthode de corrlation normalise

La mthode de recherche de motif est prcise et nest pas affecte par des variations de brillance.

La mthode de recherche de motif

niveaux de gris reconnat chaque pixel du motif de limage

de rfrence comme possdant un des 256 niveaux de gris et

compare ces donnes avec les informations de limage

lcran afin de dtecter la position. Toutefois, avec cette

mthode, une dtection prcise de position est parfois difficile

car la valeur absolue des donnes de niveaux de gris est

facilement affecte par des variations de la lumire ambiante.

La mthode de corrlation normalise permet un contrle de

conformit, par rapport au motif, non affect par la lumire

ambiante. Comme le montrent les illustrations suivantes, la

luminosit moyenne de limage globale est soustraite de la

luminosit (donnes de niveaux de gris) de chaque pixel pour

limage de rfrence et limage en entre. Cette mthode,

appele normalisation, limine la diffrence de luminosit des

deux images globales. Limage est ensuite place la

position o les motifs des images de rfrence et dentre

correspondent le mieux (c.--d. prsentent la plus forte

corrlation) et la position du motif cible dans limage est alors

dtecte avec prcision.

Dtection de bords

En dfinissant la fentre de dtection de bords sur lcran de

limage, vous pouvez localiser la section o la luminosit

change dans limage et en dduire quil sagit dun bord. Cette

mthode est efficace pour la dtection des coordonnes

absolues dun bord ou pour le contrle dimensionnel de

pices usines.

Principe de base de la dtection de bord

Un bord est une sparation entre des zones lumineuses et

des zones fonces d'une image. La dtection dun bord

reprsente la dtection de cette frontire entre diffrentes

nuances par un traitement dimages. Les bords peuvent tre

obtenus par le processus suivant.

Traitement par projection

Application d'un traitement par projection l'image dans la

zone de mesure. Le traitement par projection balaie limage

verticalement par rapport la direction de dtection afin

dobtenir lintensit moyenne de chaque ligne de projection.

La courbe de chaque ligne de projection sappelle courbe de

projection.

Description du traitement par

projection

Le traitement par projection sert

obtenir lintensit moyenne de la

direction de projection, il rduit au

minimum les fausses dtections

provoques par le bruit des zones

de mesure.

Traitement diffrentiel

Un traitement de diffrentiel est appliqu en se basant sur la

courbe de projection. Les plus grands carts sont obtenues

quand les diffrences entre les nuances qui forment les bords

sont distinctes.

Description du traitement diffrentiel

La variation de nuance (intensit)

est obtenue par ce processus et

toutes les influences provoques

par des variations des valeurs

absolues dintensit dans les

zones de mesure sont limines.

(Exemple) La valeur absolue

dintensit est 0 sil ny a

aucune variation de nuance. Si la

couleur passe du blanc (255) au

noir (0), la variation est de -255.

La valeur maximum de l'cart doit toujours tre de

100%

Afin de rduire au minimum les effets externes tels que des

changements de lintensit de lclairage, etc., une

compensation ncessaire doit tre effectue afin que la

valeur maximum de l'cart soit toujours maintenue 100%.

Ensuite, la position du bord est dtermine partir du point

maximal de la courbe diffrentielle qui dpasse la sensibilit

de bord prrgle (%). Le point maximal de la variation de

contraste tant alors dtect, une dtection de bord fiable est

possible mme sur les lignes de production relles o

lintensit de lclairage varie frquemment.

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Bases des fonctions

dinspection Dtection de zone (conversion binaire)

Cette fonction dtecte la zone en comptant le nombre de

pixels noirs ou blancs lintrieur de la fentre circulaire ou

rectangulaire. Avec le traitement couleur, la zone est dtecte

en comptant le nombre de pixels couleur extraits ou non

extraits.

Mesure dimensionnelle

Diverses dimensions sont mesures en dfinissant une

fentre sur limage et en mesurant la distance entre les bords

dtects laide de la fentre.

Mesure du diamtre interne

Mesure du diamtre externe

Fonction Blob (Nue)

Un groupe de pixels prsentant la

mme plage dintensit dans une image binaire (noire et

blanche) sappelle une nue . Le nombre de nues, et des

caractristiques telles que l'aire et le centre, sont mesures

par loutil Blob (nue).

Caractristiques mesures par la fonction Blob

Centre de gravit

Aire

Le centre de la gravit de la

nue est mesur en

coordonnes X-Y.

Le nombre de pixels de la

nue est mesur.

Angle de laxe principal

Langle de laxe principal

partir de laxe horizontal (x)

est mesur dans la plage

90.

Diamtre de Fret

Les longueurs dans les

directions X et Y du rectangle

circonscrit de la nue sont

mesures.

Primtre

Le primtre de la nue est

mesur.

Arrondi

Un cercle parfait est

reprsent par le nombre

1,000 par rapport

lovalisation mesure de

chaque nue.

Dtection de rayures et dfauts

(TACHE)

Principe de dtection des

taches (quand la direction de la

dtection est rgle sur X)

1. En dplaant un segment

de dimension arbitraire

dans la zone dinspection

sur le quart de la taille

(amplitude du

mouvement), on mesure

lintensit moyenne.

2. La diffrence entre

lintensit maximum et

minimum dans les 4

segments directionnels

comprenant le segment

dobservation ( dans

la figure droite) est

mesure. Cette valeur

devient le niveau de

tache du segment

dobservation.

3. Si le niveau de tache

dpasse le seuil prtabli,

le segment d'observation

est compt comme une

tache. Ce comptage sera

reflt dans le rsultat de

l'inspection, et sera

appel aire de la tache

.

Le segment dobservation est

alors nouveau dplac sur le

quart de sa taille et la procdure

est rpte des points 1 3.

Rfrence Lorsque les directions de dtection

sont spcifies comme directions X et

Y (bidimensionnelles).

Si l'on spcifie X et Y, la

diffrence entre l'intensit

maximum et minimum des 16

segments (4 segments dans la

direction X x 4 segments dans la

direction de Y comprenant le

segment d'observation) est

mesure.

Avantages de l'algorithme de tache par rapport

la mthode standard utilisant la binarisation

o tant donn qu'une image de niveaux de gris est

directement traite, il n'est pas ncessaire de configurer

les rglages binaires selon la cible.

o Puisque l'on utilise la variation de contraste entre le

segment dobservation et l'arrire-plan au lieu des valeurs

absolues dintensit, la mesure reste fiable mme si l'tat

de surface et lintensit de lclairage varient. Dtection des rayures sur la surface d'une pice

moule

Conditions

initiales

Outil tache : la rayure peut tre dtecte

mme lorsque lintensit de lclairage

diminue.

Outil nue : limage binarise a chang en

raison de la diminution de lintensit de

lclairage et la dtection est mauvaise.

Position de contour volutif

Le segment spcifi dans la zone de dtection de bord est

balay et les valeurs maximum, minimum et moyennes de

chaque point sont obtenues. C'est efficace pour la mesure

des diamtres externes maximum/minimum et pour la

dtection de pices saillantes.

Si la zone de mesure est dans une

forme rectangulaire Si la zone de mesure est dans une

forme circulaire

o Si une dtection de position trs prcise est requise,

rduisez la taille du segment.

o Pour diminuer le temps de traitement, augmentez la

largeur de dcalage du segment (amplitude du

dplacement).

o Le sens d'volution indique la direction dans laquelle le

segment se dplace.

Examen de lintensit

Puisqu'il est possible de mesurer la valeur moyenne du

contraste (intensit), les valeurs maximum/minimum et la

valeur de dviation dans la zone de mesure, elles peuvent

galement servir la mesure de la zone rsistante aux

fluctuations de l'intensit de l'clairage ou la dtection de

rayures grande vitesse.

Si la diffrence de temprature est

importante

o Intensit moyenne de la

vitre 1 : 50

o Intensit moyenne de la

vitre 2 : 200

Si la diffrence de temprature est

minime

o Intensit moyenne de la

vitre 1 : 150

o Intensit moyenne de la

vitre 2 : 200

o Diffrence d'intensit :

150

o Diffrence d'intensit :

150 Systmes de Vision imprimable

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Jugement de zone par

binarisation 1. Dterminer le niveau binaire qui divise une

image en blanc et noir

Chaque lment de limage peut se trouver dans l'chelle

256 niveaux. En rglant le seuil sur une certaine partie de la

squence de l'chelle, un lment dimage est class en

blanc ou noir selon sa luminosit. Ceci sappelle la

binarisation et le seuil sappelle le niveau binaire.

2. Dterminer la zone d'inspection avec la

fentre de test

L'outil zones permet

l'utilisateur de dfinir une fentre l'cran pour dtecter

l'existence ou la taille des pixels pertinents dans la fentre. La

dtermination des pixels pertinents dans la fentre

s'appelle la binarisation.

3. Exemples dinspection

Dtection des lments manquants pendant le

processus d'emballage

tant donn que l'appareil capture la totalit de l'image du

contenant et permet l'utilisateur de dfinir plusieurs fentres

de test dans l'image, il est possible de dtecter tout lment

manquant en n'importe quelle position.

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Dtection de position 1. Reconnaissance des formes par traitement

des niveaux de gris

Dans le cas du traitement des

niveaux de gris, une image est traite comme image de

niveaux de gris sur 256 nuances. Contrairement la

binarisation qui ne reconnat que le noir et le blanc, le

traitement des niveaux de gris utilise toutes les informations

de chaque pixel divises en 256 nuances, la forme de l'objet

cible est alors exactement identifie.

2. Reconnaissance des coordonnes dans

limage CCD

tant donn qu'une image projete sur l'lment de capture

CCD est divise en 480 (hauteur) x 512 (longueur) pixels

comme la figure le montre, les coordonnes X-Y de n'importe

quelle forme dans l'image sont obtenues dans la plage 0, 0

511,479.

3. Exemples dinspection

Gestion de robot (dtection de position absolue)

Dplacer le robot de telle faon que le trou de l'objet de cible

soit en face de l'origine de l'cran puis mettre une goupille

dans le trou.

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Mesure de dimension Utilisation de la dtection de bord

1. Points de variation dans une fentre

(dtection de bord)

Sur la forme cible qui doit tre dtecte, dfinissez les

fentres X et Y comme montr dans la figure ci-dessous.

Dans ces fentres, la premire variation de nuance (ou

changement de couleur) est identifie comme un bord et ses

coordonnes X et Y sont dtectes.

2. Utilisation de divers outils pour mesurer la

distance entre les bords

Mesure du

diamtre

extrieur

Mesure du

diamtre

intrieur

Mesure de diamtre simple

Cette fonction permet la

mesure d'un diamtre

extrieur ou intrieur en

dtectant la distance entre

les bords extrieurs ou

intrieurs.

Pas central

Pas

dintervalle

Mesure de la distance de

plusieurs broches

Cette fonction mesure la

distance de plusieurs bords

dans la fentre pour obtenir

les intervalles maximum,

minimum et moyens.

Nombre

dartes

Dtection de

position

Comptage de bord facile

Cette fonction analyse le

nombre de bords (clair vers

fonc ou fonc vers clair) de

la fentre.

3. Exemples dinspection

Mesure du pas des broches d'un connecteur

Les entraxes maximum, minimum et moyens de toutes les

broches du connecteur sont mesurs et, dans le cas o la

valeur maximum ou minimum se situe en dehors de la

tolrance accepte, le produit est dtect comme dfectueux.

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Autres fonctions dimagerie Fonction de capture dune image partielle

Habituellement, le CCD capture un cran entier et le transfre

au contrleur comme le montre la figure ci-dessous. La srie

CV (Keyence) conomise le temps de transfert en ne

capturant que les pixels ncessaires linspection. Dans

lexemple suivant, le temps de traitement est raccourci de

presque 13 millisecondes par la capture de seulement 90

lignes.

Capture de l'image entire

Temps de capture : 16,7 ms

Capture d'image partielle

(90 lignes)

Temps de capture : 4

ms

Fonction de rglage de dcalage/d'tendue de camra

Cette fonction non seulement claire ou obscurcit

globalement les images prises, mais cre galement une

image clairement contraste en l'assombrissant ou en

l'clairant. En ajustant l'tendue et le dcalage de la camra,

on obtient une image optimale de lobjet inspecter, ce qui

permet une inspection prcise.

Sensibilit de la camra

La luminosit dune image peut tre ajuste sans rgler

lclairage ou les objectifs. (9 niveaux)

Dcalage

Cette option claire ou obscurcit la totalit du signal de

limage du CCD. Contrairement la sensibilit de la camra,

une certaine nuance peut tre uniformment obscurcie ou

claircie.

tendue

Cette option amplifie ou supprime mme les variations de

nuance du CCD. La diffrence de luminosit est renforce

afin de crer une image plus claire.

Valeur initiale

Sensibilit de la camra : 3,0

Dcalage : 000 tendue :

1,000

Aprs rglage

Sensibilit de la camra :

5,0

Dcalage : -40 tendue :

2,000

Rglage de position

Lorsque la position de la fentre dfinie est fixe lcran,

une dtection prcise peut tre effectue lorsque la position

de la cible change. Cette fonction dtecte la position en X et

en Y et langle de rotation de la cible. Elle ajuste ensuite la

position de la fentre en fonction des carts par rapport la

position de rfrence. Ceci permet une dtection stable.

Ltat dans la fentre est dtect aprs dtection de la

position de rfrence. De ce fait, aucune dtection errone ne

se produit cause de lcart de position de la cible tant que

limage de rfrence et la fentre de contrle sont prsentes

sur lcran de surveillance.

Ajustement de lillumination

Cette fonction corrige la luminosit de tout lcran pour viter

une dtection errone, mme si les conditions dclairement

ambiantes sont modifies cause du systme dclairage ou

autre. Lorsquune zone stable est dfinie sur le moniteur

comme plage dclairement , un rglage de luminosit est

opr sur la totalit de lcran pour prendre en compte les

variations de luminosit enregistres pour la zone considre.