Traitement industriel des images

Dans le traitement d'images industriel, il est important d'ajuster toutes les vis de réglage d'un système pour exécuter correctement la tâche. Les composants les plus importants sont la caméra, l'éclairage, la lentille, le logiciel et le matériel informatique (technologie du PC ainsi que technologie de commande).

Comment une image est-elle créée dans une caméra ?

La puce électronique est au cœur de la caméra. C'est à cet endroit que la première représentation de la scène prise en photo se forme. Cependant, le chemin est encore long avant d'obtenir la représentation de l'image sur un moniteur raccordé.

La puce de la caméra contient des cellules photoélectriques connues également sous le nom de pixels. La lumière pénétrant dans ces cellules photoélectriques est transformée en énergie électrique. Plus il entre de lumière dans chaque cellule, plus il est transformé dl'énergie. L'énergie électrique (tension) d'une cellule photoélectrique donne donc une information précise du niveau de clarté affiché par la scène photographiée sur ce pixel.

Au bout d'un certain temps appelé la durée d'exposition, la tension des différentes cellules photoélectriques de la caméra sont converties : le signal analogique se transforme en signal numérique. Pour simplifier, imaginez qu'un petit ordinateur se trouvant dans le boîtier de la caméra exécute une mesure des différentes cellules photoélectriques et compare chaque valeur (analogique) mesurée à un tableau comportant une valeur numérique.

Actuellement, les quantifications à 8 bit sont les plus courantes. Le bit est la plus petite unité logique d'un système numérique. Il peut avoir la valeur 0 ou 1. En simulant les combinaisons possibles à 8 bits, on obtient 256 différentes combinaisons possibles:

0: 0000 0000
1: 0000 0001
2: 0000 0010
3: 0000 0011
4: 0000 0100
5: 0000 0101
6: 0000 0110
7: 0000 0111
 
126: 0111 1110
127: 0111 1111
128: 1000 0000
 
252: 1111 1100
253: 1111 1101
254: 1111 1110
255: 1111 1111

Ces combinaisons de 0 et de 1 sont transférées à l'ordinateur exécutant le traitement de l'image par l'intermédiaire d'une interface sélectionnée, par exemple USB ou FireWire. Le logiciel de traitement de l'image interprète ensuite cette combinaison de 1 et de 0 comme « valeurs de couleurs » :

La combinaison 0000 0000 désigne la valeur de couleur 0, c.-à-d. noir.
La combinaison  1111 1111 désigne la valeur de couleur 255, c.-à-d. blanc.
La combinaison 0111 1111 désigne la valeur de couleur 127.

La couleur indiquée par le moniteur dépend dans ce cas de la caméra et des informations de l'image transférée. La technique de mesure des pièces en masse recourt souvent à des caméras noir et blanc. Dans ce cas, la valeur de couleur 127 correspond à un gris intermédiaire.

Les caméras en couleur travaillent avec des canaux de couleur, plus spécifiquement avec le rouge, le vert et le bleu. 8 bits par canal de couleur sont utilisés pour représenter l'image. La valeur de couleur 127 d'une caméra en couleur correspond à un rouge, un vert ou un bleu intermédiaire.

Quelle est la différence entre une puce CCD et une puce CMOS ? Quand utiliser l'une ou l'autre ?

Pour comprendre la véritable différence entre les deux puces de caméra, il faut déjà être un expert en la matière. Pour faire simple, vous pouvez imaginer qu'une puce CMOS est conçue comme un module RAM (mémoire de travail d'un ordinateur) sur lequel se trouvent d'autres cellules. Les puces CMOS sont généralement équipées de nombreux composants électroniques. Chaque cellule photoélectrique a son propre amplificateur et peut (théoriquement) être commandée individuellement. Comme chaque transfert de données demande du temps, les puces CMOS s'imposent dans les domaines où tout doit aller vite.

Cependant, ce type de construction présente un inconvénient majeur : chaque composant électronique prend de la place que les cellules sensibles à la lumière ne peuvent pas utiliser. Une puce CCD est conçue pour que la plus grande surface possible soit équipée de cellules sensibles à la lumière. La qualité de l'image est ainsi améliorée. Pour cette raison, on utilise presque uniquement des puces CCD dans la technique de mesurage, malgré tous les avantages que présentent les puces CMOS.

Quelle interface de caméra utiliser pour quelle application ?

L'interface de la caméra dépend fortement de l'application. Il faut toujours se poser la question de savoir quel volume de données doit être transféré.

Exemple de calcul pour faciliter la compréhension :

Résolution de la caméra : 640 x 480 pixel

Type de caméra : 8-Bit, S/W

Il résulte de ces paramètres qu'il faut envoyer par pixel de 1 octet = 8 bits.

640 x 480 = 307.200 octets = 300 Ko ≈ 0,3 Mo

Une clé USB 2.0 a un taux de transfert de 60 Mo/s. Il en résulte que

60 · 0,3 images/seconde

peuvent être transférées, soit env. 200 images/seconde. Cette valeur est toutefois très théorique. Dans la pratique, il vaut mieux compter sur 100 à 150 images par seconde.

Cependant, ce calcul donne une indication sur laquelle il est possible de s'orienter.

Quels moyens et techniques d'éclairage sont utilisés ?

Au cours des dernières années, les moyens et techniques d'éclairage les plus divers se sont développés dans le traitement industriel de l'image : tubes fluorescents à haute fréquence, éclairages DEL, sources de lumière froide et diodes laser.

Aujourd'hui, le moyen d'éclairage le plus courant est la DEL. En fonction de l'arrangement des DEL, la scène peut être éclairée de différentes manières et certaines caractéristiques peuvent être mises en valeur ou dissimulées.

Pour les mesures géométriques, on utilise actuellement presque uniquement le rétroéclairage, appelé également « lumière transmise ». Pour ce faire, l'objet est positionné entre la caméra et la source lumineuse. On fait ensuite la distinction entre la lumière transmise dirigée ou diffuse, comme le montrent les deux images :

Les lentilles télécentriques, qu'est-ce que c'est ?

Avec chaque lentille « normale », les objets éloignés sont représentés plus petits. L'œil humain fonctionne de la même manière. Une voiture qui vient vers nous dans la rue grandit au fur et à mesure qu'elle approche. Une lentille télécentrique évite ce phénomène dans une certaine mesure et empêche une distorsion de la perspective.

À quoi doit-on faire attention en utilisant le logiciel ?

Le logiciel doit être parfaitement adapté aux paramètres de la tâche comme tous les autres composants d'un système de mesure. Pour un fabricant de machines spéciales, la communication entre les caméras, le logiciel et le matériel représente un aspect important. Pour le tri sous-traitant, les jobs de contrôle doivent être adaptés ou créés le plus rapidement et le plus facilement possible. 

De plus, le logiciel doit exécuter un contrôle programmé le plus rapidement possible (aujourd'hui, entre 10 et 80 ms). Pour les salariés de l'administration, la machine offre une interface pour relier un serveur et une connexion directe à un système ERP. Tous ces facteurs (et encore 1000 de plus) doivent être pris en compte lors de la décision du choix du logiciel du traitement d'images.

Quels sont les composants d'une machine de traitement de l'image ?

Une machine de traitement d'image se compose d'au moins deux systèmes différents. Il doit y avoir un ordinateur industriel exécutant le programme de traitement des images. Les paramètres à respecter dépendent fortement du logiciel utilisé.

Le deuxième composant important est l'unité de commande. Des automates programmables de différents fabricants sont utilisés. Une fois encore, il est important de trouver la solution idéale pour chaque application.