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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 qui ajoutent un canal infrarouge aux canaux
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.

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