BALAYAGE LINÉAIRE, LA VISION INDUSTRIELLE À TRÈS HAUTE PERFORMANCE

Spécialement prisées dans les applications qui requièrent une haute vitesse d’acquisition, les caméras à balayage linéaire génèrent des images numériques ligne par ligne avec la capacité de créer jusqu’à 70 000 lignes par seconde sur une largeur qui peut compter de l’ordre de 16 000 pixels. Différentes technologies permettent d’accroître la qualité des images et même de percevoir l’invisible.


En acquisition continue, le fonctionnement particulier des caméras linéaires permet de produire des images presque sans fin qu’il serait impossible de générer avec des caméras matricielles. En plus de l’acquisition d’images à haute vitesse et à haute résolution, les caméras linéaires peuvent également combiner des flux en couleurs. Les caméras à balayage linéaire récentes reposent sur des capteurs CMOS extrêmement rapides, capables de délivrer des informations sur la couleur mais aussi, sur la polarité de la lumière réfléchie.

Teledyne Dalsa conçoit et fabrique des caméras à balayage trilinéaires et quadrilinéaires multispectrales. Sur ce type d’équipements, le constructeur est en mesure d’appliquer différents filtres passebande sur chaque ligne du capteur pour que seulement certaines longueurs d’onde de la lumière puissent l’atteindre. De cette façon, chaque capteur fournit une image basée sur l’intensité de la lumière rouge, verte, bleue ou infrarouge qui frappe le capteur.

Cette entreprise propose également une nouvelle caméra de balayage linéaire à polarisation en s’appuyant sur l’architecture des caméras à balayage couleur Piranha4. Cette caméra quadri-linéaire applique des filtres de polarisation à trois de ses quatre capteurs avec des angles de 0 degré, 90 degrés et 135 degrés. Le dernier canal n’est équipé d’aucun filtre pour permettre la comparaison avec ceux qui en sont équipés. « La lumière présente trois propriétés fondamentales : l’amplitude, la longueur d’onde et la polarité » , explique Xing-Fei He, senior product manager chez Teledyne Dalsa. « En utilisant des caméras monochromes ou couleurs conventionnelles, par exemple, vous ne pouvez percevoir la tension accumulée dans des panneaux de verre puisqu’ils sont transparents. Pourtant, la tension affecte la biréfringence du matériau, qui à son tour affecte l’état de sa polarisation. »

Les images polarisées révèlent également l’état de matériaux non transparents comme les composés en fibre de carbone qui peuvent être irrémédiablement endommagés par des contraintes mécaniques non détectées.

Les images polarisées peuvent également améliorer le contraste. On trouve par exemple, des applications de caméras à balayage linéaire dans le tri à haute vitesse de produits agricoles comme le maïs pour séparer les grains des impuretés comme les cailloux ou des morceaux de plastique qui peuvent se confondre avec eux. Il est possible d’avoir recours à des caméras multispectrales RVB standard afin de détecter les différences de teneur en eau qui séparent les composés de provenance biologique des contaminants inorganiques. En ajoutant un canal de lumière polarisé, il est possible d’améliorer encore le processus de sélection et donc, d’éliminer plus sûrement les impuretés.

PRISMES ET BALAYAGE MULTILIGNE

Les derniers capteurs CMOS à balayage de ligne permettent aux fabricants de doubler la résolution de leurs caméras les plus rapides, tout en apportant des temps de réponse qui permettent de créer des applications totalement nouvelles en ayant recours à différents types de filtres.

Les derniers capteurs CMOS supportent des vitesses allant jusqu’à 200 kHz en monochrome et jusqu’à 66 kHz en trilinéaire pour des caméras à balayage en résolution Ultra-HD (4k). Cette technologie est également intégrée dans une caméra équipée d’un capteur 3-CMOS 4K à balayage prismatique cadencée à 66 kHz. Selon Paritosh Prayagi, product manager Line Scan chez le fabricant californien JAI : « nous utilisons cette technologie à capteur unique alors qu’il est plus commun de privilégier l’intégration temporisée . Avec un capteur multiligne, l’utilisateur peut basculer entre deux tailles de pixels ou combiner des lignes pour améliorer la qualité de l’image à la vitesse maximale et à pleine résolution.
Cette technique associée à un groupement horizontal, permet de multiplier la sensibilité par quatre pour obtenir des résultats de haute qualité dans des conditions de faible luminosité sans augmenter le bruit. »

Traditionnellement, JAI utilise un prisme à l’intérieur de ses caméras pour séparer les différentes composantes de couleur de la lumière entrante en canaux RVB , voire assurer la détection des fréquences du proche infrarouge ou de l’infrarouge court. Cette technique présente plusieurs avantages : une séparation nette des canaux de couleur donc, une meilleure différenciation spectrale et un contraste plus net. En outre, les prismes réduisent les pertes par rapport aux filtres colorés, ce qui apporte une meilleure sensibilité. Enfin, la lumière dans une caméra prismatique suit un seul chemin, de sorte que chacun des trois capteurs est exactement aligné sur la cible, ce qui supprime les problèmes de parallaxe.

LE TEMPS POUR DIFFÉRENCIER LES COULEURS

Au premier semestre 2018, Teledyne Dalsa va lancer Linea, une caméra multispectrale à quatre canaux. Contrairement à ses autres caméras quadri-linéaires et multispectrales qui capturent des images dans les bandes spectrales RVB et infrarouge, cette nouvelle caméra est équipée d’un capteur qui ne comporte qu’une seule ligne. Chaque bande est capturée après la précédente, le filtrage des couleurs étant réalisé en éclairant la cible avec des impulsions lumineuses à bande étroite.

« L’’imagerie multispectrale par séquencement temporel permet de définir les longueurs d’onde de couleur sans diaphonie spectrale, en utilisant des impulsions produites par des LED pour éclairer la cible » , explique Xing-Fei He de Teledyne Dalsa. « En choisissant lui-même, les différentes couleurs d’éclairage qui vont illuminer la cible, le client définit ses propres bandes spectrales plutôt que de s’en remettre aux possibilités obligatoirement plus limitées d’un capteur revêtu de filtres imposés par le fabricant de la caméra. » Cette approche n’était pas possible auparavant puisque les capteurs CMOS ne permettaient pas de contrôler le début et la fin de l’exposition pour chaque canal.

Les caméras linéaires continuent de cibler certaines des applications de vision industrielle les plus complexes qui nécessitent de déployer des réseaux 10GigE Vision (10 Gbits/s) ou des liaisons par fibre optique pour transférer les images vers les systèmes d’automatisation. Avec des caméras linéaires qui repoussent sans cesse, les limites de ce qu’il est possible de réaliser avec la vision industrielle, il n’est pas surprenant que la conception et l’installation de ces systèmes requièrent des connaissances de plus en plus poussées en ingénierie des réseaux numériques, en optique, traitement d’images, etc. La vision numérique est l’une des technologies qui s’avère les plus prometteuses dans tout ce qui concerne l’automatisation des installations industrielles à l’heure de la digitalisation.