Los sistemas de visión robótica se han utilizado durante décadas en aplicaciones industriales y se han expandido a aplicaciones de consumo en los últimos años.
Los robots ahora se utilizan en el hogar para la limpieza, el jardín para desmalezar, cortar el césped y en aplicaciones comerciales como la inspección de paquetes, en líneas de montaje, el movimiento de mercancías a través de almacenes y muchas más.
Nuestra empresa, Optics for Hire, ha estado diseñando sistemas ópticos utilizados para robots durante más de una década, incluido el trabajo en la óptica utilizada en los primeros automóviles autónomos, así como en el videojuego Xbox Kinect.
Cada aplicación de robótica y visión artificial tiene diferentes requisitos en función de las necesidades de rendimiento y precio de esa aplicación. Algunos sistemas de visión robótica cuestan unos pocos dólares, otros pueden costar decenas de miles de dólares.
Al seleccionar o diseñar una lente para usar en un robot, los ingenieros deben considerar algunos criterios clave para garantizar que el sistema de lentes satisfaga sus necesidades.
Aquí hay 4 preguntas a considerar al comienzo de cualquier programa de diseño de visión robótica.
¿Quién verá y procesará la imagen recopilada? ¿Un humano, una computadora o ambos?
La respuesta a esta pregunta tiene muchas implicaciones, incluida la longitud de onda de la luz y la necesidad de corrección cromática. Es probable que un sistema en el que un ser humano vea la imagen tenga un amplio rango de longitudes de onda para poder proporcionar una imagen a todo color. Un sistema en el que solo una computadora procesa la imagen puede usar una banda de longitud de onda más estrecha, lo que significaría una lente más simple. La respuesta a esta pregunta también puede afectar la corrección de la aberración esférica necesaria, ya que una imagen «agradable» puede ser menos importante para una computadora.
¿Cuál es el objeto más pequeño que necesitas ver?
La resolución de un sistema óptico es un factor clave del costo tanto del sensor de imagen o la cámara utilizada como de las lentes que se colocan frente a ella. La mejor manera de determinar la resolución es considerando el objeto más pequeño que necesita para poder resolver. En una aplicación de automóvil autónomo, esto podría ser de unas pocas pulgadas, mientras que en un sistema de inspección de dispositivos médicos podrían requerirse unas pocas micras.
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¿Qué área necesitas ver?
El campo de visión de una lente es otro determinante clave del costo y la complejidad, a medida que los ángulos aumentan, las lentes se vuelven más complejas, especialmente si necesita una imagen sin distorsiones en el borde del campo.
Puede expresar FOV como ‘esta área a esta distancia’ o como un ángulo. Una cosa a tener en cuenta es que la misma lente puede ofrecer un campo de visión diferente cuando cambia el tamaño del sensor de imagen.
¿Cuál es el objeto más cercano que necesitas poder ver?
La distancia mínima del objeto o la distancia de trabajo es una característica definitoria final, especialmente en los sistemas robóticos que se mueven, una distancia mínima más larga generalmente significará un sistema de imágenes más simple.
Cuando tenga las respuestas a estas preguntas, muchos de los otros detalles sobre su lente comenzarán a encajar. Un ingeniero óptico puede determinar el tamaño del sensor, la montura de la lente, la distancia focal y el F# cuando tenga requisitos claros en cada una de las preguntas anteriores.
Una vez que se sienta cómodo con sus especificaciones, puede utilizar un motor de búsqueda de lentes de visión artificial para identificar los lentes candidatos. Los proveedores, incluidos Edmund, Naviair, Thorlabs, Kowa y Sunnex, proporcionan lentes para sistemas robóticos.
Si no hay nada disponible y su producción es lo suficientemente grande, también puede considerar un diseño de lente personalizado. El lente personalizado puede proporcionar un precio más bajo en volumen de 50 a 100 unidades cuando se utilizan elementos de vidrio esférico. Cuando se necesitan elementos asféricos de plástico, el precio de equilibrio entre los personalizados y los listos para usar es de decenas de miles.
