Wizja maszynowa to technologia, która nadaje komputerom i urządzeniom automatyzacji zdolność do widzenia.

System wizyjny działa podobnie jak ludzki wzrok. Ludzkie oko przechwytuje informacje i wysyła je do mózgu, który je analizuje. W wizji maszynowej kamera, światła i obiektyw przechwytują dane, które są przesyłane do procesora, a następnie interpretowane przez narzędzie wizyjne lub algorytmy.

Systemy wizyjne pomagają w niezawodnym i spójnym rozwiązywaniu złożonych zadań przemysłowych. To technologia, która wykorzystuje sprzęt i oprogramowanie do przetwarzania obrazów w celu udzielania wskazówek operacyjnych urządzeniom.

Systemy wizyjne opierają się na czujnikach cyfrowych chronionych wewnątrz kamer przemysłowych ze specjalistyczną optyką do pozyskiwania obrazów, dzięki czemu sprzęt komputerowy i oprogramowanie mogą przetwarzać, analizować i mierzyć różne cechy na potrzeby podejmowania decyzji.

Jako przykład rozważmy system kontroli poziomu napełnienia w browarze (patrz ilustracja po prawej). Każda butelka piwa przechodzi przez czujnik kontrolny, który uruchamia system wizyjny, a ten błyska światłem stroboskopowym i robi zdjęcie butelki. Po pobraniu obrazu i zapisaniu go w pamięci oprogramowanie wizyjne przetwarza go lub analizuje i podaje odpowiedź pozytywny-negatywny na podstawie poziomu napełnienia butelki. Jeśli system wykryje nieprawidłowo napełnioną butelkę — wynik negatywny — sygnalizuje operatorowi, aby ją odrzucił. Operator może wyświetlić odrzucone butelki i bieżące statystyki procesu.

Systemy wizyjne mogą również wykonywać obiektywne pomiary, takie jak określenie szczeliny świec zapłonowych czy dostarczenie danych lokalizacyjnych służących do poprowadzenia robota wyrównującego części w procesie produkcyjnym. Obrazy po prawej stronie to przykłady wykorzystania systemów wizyjnych do akceptacji lub odrzucenia filtrów oleju (po prawej) oraz do mierzenia szerokości środkowej zakładki na wsporniku (po lewej).

Zwykle pierwszym etapem każdej aplikacji wizji maszynowej, czy to prostego sprawdzania montażu, czy złożonego sortowania części przez robota 3D, jest zastosowanie technologii rozpoznawania wzorców do identyfikacji interesującego obiektu lub szczegółu w zakresie widzenia kamery. Zlokalizowanie danej części często decyduje o sukcesie lub porażce. Jeśli narzędzia programowe dopasowujące wzór nie są w stanie precyzyjnie zlokalizować części na obrazie, nie mogą jej poprowadzić, zidentyfikować, sprawdzić, policzyć ani zmierzyć. Chociaż znalezienie części wydaje się proste, różnice wyglądu w rzeczywistych środowiskach produkcyjnych mogą sprawić, że etap ten będzie niezwykle trudny. Co prawda, systemy wizyjne są przeszkolone do rozpoznawania części na podstawie wzorców, jednak nawet najbardziej ściśle kontrolowane procesy pozwalają na pewną zmienność wyglądu części.

Cztery typy zastosowań systemów wizyjnych

Aby uzyskać precyzyjne, wiarygodne i powtarzalne efekty, narzędzia do lokalizacji elementów w systemach wizyjnych muszą być na tyle inteligentne, aby efektywnie i dokładnie porównywać wzorce uczące z rzeczywistymi obiektami (rozpoznawanie wzorców) przesuwającymi się wzdłuż linii produkcyjnej. Lokalizacja części to kluczowy pierwszy krok w czterech głównych kategoriach zastosowań systemów wizyjnych. Kategorie obejmują:

Główne elementy systemu wizyjnego to:

1. Oświetlenie – podświetla część, która ma być sprawdzona, umożliwiając wyróżnienie jej cech, tak aby mogły być wyraźnie widoczne przez kamerę.
2. Soczewki – przechwytują obraz i dostarczają go do czujnika w postaci światła.
3. Czujnik obrazu – przekształca światło w obraz cyfrowy, który jest następnie wysyłany do procesora w celu analizy.
4. Przetwarzanie obrazu – Składa się z algorytmów, które przeglądają obraz, wyodrębniają wymagane informacje, przeprowadzają niezbędną kontrolę i podejmują decyzję.
5. Komunikacja – odbywa się albo za pomocą dyskretnego sygnału wejścia/wyjścia, albo poprzez przesłanie danych przez połączenie szeregowe do urządzenia, które rejestruje informacje lub je wykorzystuje.

Analizują sygnał cyfrowy linia po linii, zamiast całego obrazu jednocześnie. Systemy te są zwykle używane do wykrywania i klasyfikowania defektów w materiałach wytwarzanych w procesie ciągłym, takich jak papier, metal, tworzywa sztuczne i inne materiały z włókniny lub rolki.

Wykonują analizę całego obrazu równocześnie. Są to najczęściej wdrażane systemy automatyzacji fabryki, które mają wiele różnych zastosowań związanych z pomiarami, kontrolą i identyfikacją. Systemy wizyjne 2D rejestrują obrazy na dwa sposoby (skan linii i skan obszaru).

• Skan linii – zawiera pojedynczy wiersz pikseli i buduje ostateczny obraz piksel po pikselu, linia po linii. Dzięki temu technologia doskonale nadaje się do kontroli części okrągłych lub cylindrycznych. Ponadto, ponieważ systemy skanowania w linii wymagają ruchomych.
• Skan obszaru – prostokątny czujnik rejestruje obraz w pojedynczej klatce. Z tego powodu kamery skanowania obszaru są odpowiednie do zastosowań wizyjnych, w których obiekty są małe i mają zbliżony rozmiar w obu wymiarach. 

Systemy wizyjne 3D są w stanie nie tylko zobaczyć swoje środowisko, ale również obliczać położenie obiektu oraz jego orientację. Systemy te są idealne do zastosowań metrologicznych, sterowania robotami, pomiaru objętości oraz inspekcji powierzchni, które wymagają wysokiej precyzji.