Telecamera Event-Based

Visione industriale basata sugli eventi anziché tradizionale

La machine vision Event-based è un approccio completamente nuovo alla risoluzione di compiti di machine vision impegnativi. I sistemi tradizionali acquisiscono le immagini a una frequenza di fotogrammi fissa e le trasmettono poi a processori ad alta potenza per l’elaborazione con le elevate larghezze di banda richieste. . Molto spesso, questo approccio comporta il trasferimento e l’elaborazione di grandi quantità di dati più e più volte, anche se sono ridondanti e non cambiano da un fotogramma all’altro.

Al contrario, i sistemi con tecnologia Event-based non registrano le immagini in un ciclo fisso, ma ogni pixel fornisce autonomamente informazioni se l’intensità del pixel è cambiata. Questo concetto rivoluzionario porta a diversi vantaggi importanti, come velocità significativamente più elevate, requisiti ridotti per i processori utilizzati e gamme dinamiche estremamente estese. Di conseguenza, la tecnologia Event-based apre possibilità di applicazione completamente nuove in numerosi campi di utilizzo industriali e non.

Modellata sulla visione umana

Con la telecamera smart Vision Cam EB, IMAGO Technologies ha sviluppato un sistema di machine vision compatto e Event-based, estremamente interessante in termini di prezzo e che in molti casi supera notevolmente le prestazioni dei classici sistemi di image processing in termini di velocità e dinamica. Il sistema di visione embedded liberamente programmabile funziona con uno speciale sensore del produttore francese Prophesee, che emula una straordinaria caratteristica della visione umana sviluppatasi nel corso dell’evoluzione: Il nostro occhio, o cervello, è molto sensibile ai cambiamenti rapidi, mentre il cervello ignora una quantità infinita di dati immobili.

Il sensore di visione Event-based (EVS) di Prophesee funziona secondo lo stesso principio: ogni pixel del chip ha una propria logica che gli consente di rilevare i cambiamenti di luminosità e di inviare i dati degli eventi rilevati al computer di valutazione in modo autonomo, senza la frequenza di linea o di fotogrammi prevista per i sensori di immagine convenzionali. Sono i pixel stessi a decidere quando un evento viene attivato e i dati vengono inviati. Come nel caso della visione umana, questo concetto porta a un traffico di dati notevolmente inferiore e quindi anche a un volume di trasferimento più basso e a tempi di elaborazione più brevi. Il chip del sensore fornisce fino a 50 milioni di eventi al secondo, superando in modo significativo la velocità dei sensori di image processing tradizionali, ed è quindi adatto anche ad applicazioni in cui è necessario rilevare movimenti molto rapidi.

Rilevamento di processi estremamente veloci

Nei sistemi classici di image processing, le immagini vengono acquisite a una velocità fissa. Attualmente le frequenze di acquisizione comuni sono spesso comprese tra 10 e 100 fotogrammi al secondo. Sono disponibili sul mercato telecamere per applicazioni veloci con velocità di acquisizione dell’ordine di 200 fotogrammi al secondo e oltre, ma richiedono un elevato livello di investimento e una strategia potente e ben studiata per il trasferimento dei dati, l’elaborazione e l’archiviazione delle immagini. L’enorme quantità di dati generata dal trasferimento completo di tutte le immagini limita la massima frequenza di fotogrammi possibile dei sistemi di image processing convenzionali. Anche a frequenze di campionamento molto elevate, tuttavia, esiste la possibilità che un evento si verifichi tra l’acquisizione di due immagini, che non venga quindi registrato dal sistema di elaborazione delle immagini e che le informazioni desiderate non siano quindi disponibili.

Al contrario, il concetto di elaborazione del segnale Event-based consente di ridurre notevolmente i dati che devono essere acquisiti, trasportati al processore e lì elaborati. Ogni pixel invia informazioni al processore solo quando viene rilevata una variazione rispetto al campione precedente. Ciò significa che anche i processi più veloci nella gamma dei kHz possono essere analizzati con algoritmi matematici.

Alta gamma dinamica

In alcune situazioni, i sistemi di image processing devono affrontare la sfida di rilevare in modo affidabile i dettagli anche in presenza di differenze molto grandi nella luminosità dell’immagine. Un esempio tipico è il tracciamento e l’ispezione di qualità dei cordoni di saldatura durante la saldatura: l’arco risultante è estremamente luminoso, rendendo quasi impossibile per i sistemi di image processing convenzionali l’ispezione simultanea del giunto di saldatura, che è relativamente scuro in confronto.

Per il sensore Event-based e la telecamera Event-based che lo equipaggia, questo compito non rappresenta un problema, perché in questo caso non è decisiva la differenza di luminosità sull’intero sensore neuromorfico, ma esclusivamente le differenze di luminosità che ogni singolo pixel rileva da un ciclo di scansione all’altro. Con una gamma dinamica di oltre 120 dB, la smart camera Vision Cam EB supera nettamente i valori prestazionali delle telecamere CCD e CMOS convenzionali, diventando la soluzione perfetta per compiti con differenze di luminosità molto elevate.

Elaborazione dei dati ridotta

Concentrandosi sui cambiamenti dell’immagine, l’uso della telecamera di industrial vision Vision Cam EB comporta un impegno significativamente ridotto per il trasporto dei dati e la loro elaborazione, come illustra l’esempio seguente: Supponiamo che un sensore con una risoluzione di 640 x 480 pixel fornisca 100 immagini in 400 ms (corrispondenti a 250 immagini/secondo), in ognuna delle quali cambiano i valori di 100 pixel. Nei sistemi tradizionali di image processing, ciò si traduce in 0,01 megapixel di dati che devono essere elaborati. In questo esempio, 30,69 dei 30,7 milioni di pixel totali acquisiti non sono cambiati, ma vengono comunque trasportati al computer e lì elaborati. Utilizzando la telecamera ad alta velocità Vision Cam EB, invece, solo 100 volte 100 eventi, cioè 10.000 variazioni dei valori dei pixel, vengono trasmessi all’unità di calcolo ed elaborati! A parità di risultato, l’impegno per il trasporto dei dati e per il calcolo è quindi notevolmente ridotto. Ciò significa anche che, utilizzando la telecamera Vision Cam EB Event-based, sono sufficienti una potenza di calcolo minore e processori meno costosi per identificare in modo affidabile i cambiamenti nelle scene registrate.

Timestamp accurati

In molte applicazioni di visione, è importante registrare l’ora esatta della cattura di un’immagine o di un evento per attivare risposte successive da parte di un sistema, per cronometrare con precisione i processi o per registrare eventi specifici. Se, ad esempio, i pezzi difettosi devono essere eliminati in una linea di produzione in rapido movimento, è necessario un tempismo preciso tra il sistema di visione e l’unità di espulsione. Tutti gli eventi registrati da una Vision Cam EB sono dotati di una marcatura temporale esatta che data ogni evento al µs più vicino. Grazie all’elevata frequenza di campionamento della telecamera Event-based, l’accuratezza di queste marcature temporali va ben oltre le capacità dei sistemi di visione industriale convenzionali e consente di realizzare applicazioni non realizzabili con le telecamere tradizionali, come ad esempio i sistemi per l’analisi delle vibrazioni.

Soluzione efficiente dal punto di vista dei costi

Per poter registrare processi molto veloci con i classici sistemi di image processing, è necessario l’uso di telecamere adeguate con alte frequenze di acquisizione delle immagini, un’illuminazione ad alta luminosità attivata e l’uso di tecnologie e interfacce adeguate per il trasferimento e l’elaborazione dei dati. Tali sistemi hanno quindi un livello di prezzo che spesso rende difficili le soluzioni economiche.

Poiché il concetto di base dell’elaborazione delle immagini Event-based comporta una significativa riduzione della quantità di dati generati e da calcolare, sono sufficienti processori con una potenza di calcolo ridotta. Per questo motivo, i costi di sistema sono ridotti rispetto ai sistemi tradizionali di image processing, consentendo così soluzioni più economiche con risultati della stessa qualità.

Sistema di visione compatto

IMAGO Technologies ha prestato grande attenzione alla praticità nello sviluppo della Vision Cam EB. Poiché questa telecamera intelligente, Event-based, utilizza processori integrati con una potenza di elaborazione relativamente bassa, è stato possibile mantenere l’alloggiamento molto compatto con dimensioni di soli 105 x 50 mm (lunghezza x larghezza). La profondità dipende dall’ottica selezionata ed è di 57 mm se si utilizza un obiettivo con attacco S e di 110 mm se si utilizza l’obiettivo con attacco C più grande. Per la comunicazione sono integrate un’interfaccia Ethernet a 1000 Mbit/s, un’interfaccia seriale RS-232, due ingressi digitali optoisolati e quattro uscite digitali.

Farmaceutico

Il conteggio degli oggetti, ad esempio quando si riempie un determinato numero di compresse in un contenitore, funziona in modo rapido e affidabile con la Vision Cam EB, anche con oggetti difficili come le capsule di gel. Un altro aspetto importante per l’industria farmaceutica è il rilevamento di sostanze estranee nei liquidi, come i vaccini in fiale. Anche in questo caso, la soluzione basata sugli eventi è significativamente più semplice, veloce ed economica rispetto ai sistemi di elaborazione delle immagini convenzionali.

Altri esempi di applicazioni

Alimentari e bevande

Per compiti quali il monitoraggio del livello di riempimento negli impianti di imbottigliamento delle bevande o la risoluzione dei problemi nei processi talvolta molto veloci di questo settore, la telecamera ad alta velocità Vision Cam EB offre soluzioni economiche. Una bottiglia in movimento su una linea di assemblaggio deve essere afferrata? La telecamera smart Vision Cam EB risponde a questa domanda con estrema velocità e precisione.

Altri esempi di applicazioni

Produzione

La soluzione di visione integrata Vision Cam EB mostra la sua elevatissima gamma dinamica soprattutto nelle applicazioni con grandi differenze di luminosità. Nella produzione industriale, queste possono essere riscontrate, ad esempio, nei processi di saldatura o di taglio laser.

In questo ambiente, l’elevata frequenza di campionamento della telecamera Event-based facilita anche l’analisi delle vibrazioni sulle macchine che sarebbero estremamente difficili o impossibili da rilevare con i sistemi di image processing convenzionali, consentendo così una forma economica di manutenzione predittiva.

Altri esempi di applicazioni

Imballaggio e Logistica

Imballaggi – stampati – dotati di molti codici – in movimento: dov’è il codice da leggere? Con Vision Cam EB, tali modelli possono essere rilevati in movimento e, a seconda del tipo di codice, anche letti.

Un’altra applicazione tipica di questo settore è il rilevamento delle dimensioni di oggetti come le scatole da imballaggio. Vision Cam EB risolve questo compito in modo più semplice e affidabile rispetto ai sistemi laser o ad altre tecnologie.

Gli inceppamenti possono verificarsi in punti critici durante il trasporto dei pacchi sulle linee di assemblaggio. Vision Cam EB è in grado di rilevarli e di segnalarli.

Altri esempi di applicazioni

Traffico

La misurazione della velocità o il controllo del tempo di sosta davanti ai semafori o ai segnali di stop sono un gioco da ragazzi con la telecamera per il controllo del traffico Vision Cam EB. È possibile analizzare il comportamento degli utenti della strada, senza monitorare o memorizzare le immagini dei partecipanti. L’analisi statistica è molto più semplice rispetto all’elaborazione convenzionale delle immagini.

Altri esempi di applicazioni

Le opportunità di utilizzare l’elaborazione delle immagini basata sugli eventi si trovano in quasi tutti gli ambienti industriali e non. Se siete costruttori di macchine o produttori di macchine di ispezione o di produzione di qualsiasi tipo e vi trovate di fronte a un problema che non può essere risolto economicamente con l’elaborazione delle immagini convenzionale, vale la pena di parlare con un esperto di IMAGO Technologies delle caratteristiche speciali di Vision Cam EB!

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