Los ojos de las fábricas inteligentes: ¿Qué es la visión artificial?

05/17/2024

¿Qué es la visión artificial?

En sentido amplio, la "visión artificial" se refiere a la utilización de información visual y óptica mediante tecnologías digitales. Sin embargo, dado que se está introduciendo en los centros de producción de la industria manufacturera, la visión artificial se refiere generalmente a las tecnologías de imagen digital utilizadas en la inspección automática y la automatización de procesos en las fábricas.
La visión artificial consiste en lo siguiente

・Sección de imagen (cámaras)
・Sección de interfaz (tarjeta/interfaz de uso general)
・Sección del motor de procesamiento (ordenador)
・Sección de control de procesamiento (software)

etc.
Los datos de imagen obtenidos por la sección de imágenes se cargan en el motor de procesamiento a través de la sección de interfaz. En la sección del motor de procesamiento, la sección de control de procesamiento realiza la ^{binarización*1}, la ^detección de bordes*2 y otras formas de procesamiento de imágenes. A continuación, envía los datos de imagen que han completado el procesamiento de imagen a robots y equipos industriales.

*1: Procesamiento que convierte los valores de píxel (valores umbral) preestablecidos para la imagen en los dos valores de blanco y negro.
*2: Procesamiento que detecta las zonas claras y oscuras de una imagen.

Imagen de la configuración de visión artificial — Figura 1: Configuración de visión artificial

La visión artificial se utiliza en la inspección automática, el reconocimiento automático y la medición automática, etc. Por ejemplo, la inspección automática y el reconocimiento automático son muy rápidos en comparación con la inspección manual. Además, la visión artificial utilizada en la medición automática puede identificar con precisión pequeñas diferencias de valor que los humanos no pueden medir. Además, se espera que la vinculación de la visión artificial a las funciones de IA produzca más usos inteligentes en el futuro.

Diferencias entre visión artificial, visión por ordenador y visión robótica

La visión por ordenador y la visión robótica son tecnologías similares a la visión artificial, pero cada una de ellas desempeña funciones diferentes. A continuación explicamos en qué se diferencian.

Diferencias entre visión artificial y visión por ordenador

La "visión por ordenador" es una tecnología que añade funciones de control de equipos a las funciones de visión artificial. La visión por ordenador puede controlar varios tipos de equipos basándose en los datos emitidos por la visión artificial. Por ejemplo, esto permitiría combinar los datos de imagen emitidos por la visión artificial con los datos CAD generados por el ordenador para controlar los procesadores o ajustar la velocidad de transporte de la cinta transportadora basándose en los datos de imagen que captan el progreso del trabajo en línea.
Además, la visión artificial tiene un amplio campo de utilización que incluye naturalmente las fábricas inteligentes, así como los sistemas de asistencia al árbitro y las repeticiones virtuales en los deportes y el mapping de proyección, etc. en el entretenimiento.

Imagen de Ejemplo de utilización de la visión por ordenador — Figura 2: Ejemplo de utilización de la visión por ordenador

Diferencias entre visión artificial y visión robótica

La "visión robótica" es una tecnología que añade la visión artificial a las funciones visuales de los robots. La visión artificial acopla cámaras a diversos tipos de equipos para obtener datos de imagen, pero la visión robótica acopla cámaras al extremo de los brazos del robot para obtener datos de imagen. Esto permite al robot funcionar basándose en la información visual obtenida por sí mismo.
Por ejemplo, un robot que no utiliza la visión robótica sólo puede ejecutar determinadas operaciones programadas de antemano. Sin embargo, cuando un robot equipado con visión robótica acerca su brazo robótico a un objeto, identifica secuencialmente el objetivo basándose en los datos de imagen de la cámara para ejecutar las operaciones.
Dado que este tipo de control operativo es posible, un robot equipado con visión robótica es capaz de realizar operaciones detalladas, precisas y flexibles que no pueden especificarse con un programa.

Imagen de Ejemplo de utilización de la visión robótica — Figura 3: Ejemplo de utilización de la visión robótica

Ejemplo de utilización de la visión artificial en una fábrica inteligente

La visión artificial se utiliza en diversos tipos de trabajo en una fábrica inteligente. A continuación, presentamos un ejemplo de utilización de la visión artificial.

Lectura de caracteres a velocidad ultrarrápida - OCR (Optical Character Recognition/Reader)

El OCR es una tecnología que escanea caracteres manuscritos o impresos con un escáner de imágenes o una cámara digital. La visión artificial escanea el código 2D, el número de serie y la fecha de fabricación, etc. impresos en los productos. Los datos escaneados se utilizan en inspecciones de la calidad de impresión o de si se imprimen los caracteres correctos, así como en la selección del siguiente proceso, etc. En muchos casos, los productos que se escanean mediante OCR pasan por la línea a gran velocidad. Por lo tanto, la visión artificial utiliza cámaras que pueden capturar imágenes a gran velocidad y sistemas de procesamiento de imágenes capaces de procesarlas a alta velocidad.

Imagen de OCR en una línea de fabricación — Figura 4: OCR en una línea de fabricación

Escaneado de formas en 2D y 3D - Inspecciones visuales

La utilización de la visión artificial se considera el medio más eficaz de inspección visual en una línea de fabricación. Debido a que la inspección visual basada en visión artificial es capaz de inspeccionar la precisión de los productos después del corte y el moldeo y el estado de montaje de los componentes, etc. con gran velocidad y precisión, es esencial para mejorar la eficiencia de la producción y mantener la calidad. Las superficies de los objetos objetivo pueden variar mucho en cuanto a su brillo y absorción de la luz, etc. La iluminación utilizada en la visión artificial permite inspeccionar productos con diversas condiciones de superficie cambiando el método de iluminación y el color de los rayos de luz. Además, las cámaras 3D equipadas con un sistema ^{estereofónico*3}, de tiempo ^de vuelo*4 y otros sistemas de medición, así como la ^luz estructurada*5 y otros sistemas de formación de imágenes, también pueden medir la profundidad.

*3: Método que utiliza dos cámaras para realizar la triangulación y medir la distancia a un objeto.
*4: Método que mide la distancia a un objeto en función del tiempo que tarda la luz emitida por una fuente luminosa en reflejarse en el objeto y volver a un detector de luz.
*5: Método de iluminación que emite luz con un patrón de sombreado específico.

Imagen de Inspección visual con una cámara 3D — Figura 5: Inspección visual con una cámara 3D

Coger componentes específicos - Picking

El "picking" en una línea de fabricación se refiere a la tarea de recoger (pickup) los componentes y productos necesarios. El uso de la visión artificial permite identificar y recoger componentes con el color y la forma especificados, incluso si se mezclan componentes y productos de varios colores y formas en una misma caja.

Imagen de Recogida por robot — Figura 6: Recogida mediante robot

Funciones visuales para robots - Control operativo de robots

En los últimos años, los robots industriales también se han utilizado en trabajos de precisión gracias a su gran precisión de funcionamiento. Por ejemplo, desempeñan un papel activo en la instalación, soldadura y soldadura de microcomponentes. Sin embargo, el control de estos trabajos mediante programación requiere dispositivos de posicionamiento de alta precisión. Con la visión robótica que utiliza la visión artificial, no se necesitan dispositivos de posicionamiento de alta precisión para que el robot realice un posicionamiento preciso con los datos de imagen de la cámara montada en el extremo del brazo robótico.

Imagen de Instalación de microcomponentes con un robot — Figura 7: Instalación de microcomponentes con un robot

Futuro de la visión artificial - AI Vision

A medida que varios tipos de equipos industriales pasan a utilizar la IA, una forma de evolución de la visión artificial que se muestra prometedora es la "visión IA".

¿Qué es AI Vision?

La visión artificial es un sistema que equipa chips de IA ligeros en smartphones, etc. con cámaras y funciones de cámara para hacer inferencias sobre los datos de las imágenes capturadas. La visión artificial se parece a la visión por ordenador en que utiliza IA (inteligencia artificial), pero la visión por ordenador realiza inferencias principalmente con un servicio de IA en la nube (Figura 8).
Por otro lado, la visión artificial equipa un módulo de IA en un dispositivo periférico para realizar inferencias, y los resultados de las inferencias se almacenan en el servidor periférico. El servidor de borde se comunica con la IA en la nube sólo cuando es necesario. (Figura 9).

Imagen de la visión por ordenador — Figura 8: Visión por ordenador

Imagen de la visión AI — Figura 9: Visión de la IA

Por lo tanto, la visión AI tiene las siguientes ventajas sobre la visión por ordenador:
・Acapaz de disminuir el volumen de comunicación con el servicio de IA en la nube.
・Capaz de evitar filtraciones externas de los datos recogidos por los sensores
・Superior capacidad de respuesta
Además, las cámaras y los smartphones utilizados en la visión de IA se denominan "dispositivos de IA de borde", mientras que el método que realiza inferencias en el dispositivo de borde se denomina "IA de borde."

¿Qué tecnologías se necesitan para hacer realidad la visión de la IA?

Aunque la visión AI tiene las ventajas descritas anteriormente, los módulos AI equipados en dispositivos de borde requieren los siguientes tipos de funciones.
・Superior conservación de la energía debido a las restricciones en la capacidad de la batería.
・Capacidad de realizar procesamiento de alta velocidad debido al requisito de capacidad de respuesta.
・Superior disipación del calor debido a la instalación en un espacio limitado.
Lo más importante es que los módulos de IA sean compactos.

Resumen

En este artículo se explica el tema de la visión artificial y las frases similares de la visión por ordenador y la visión robótica, así como la visión de la IA. De cara al futuro, se espera que la visión artificial y la IA evolucionen en estrecha relación con la evolución del aprendizaje profundo para datos de imagen. Además, se espera que se desarrollen nuevos sistemas y productos de IA mediante el uso adecuado de la IA en la nube y la IA en los bordes.
Es probable que estas tendencias se conviertan en tecnologías esenciales para los robots de fábricas inteligentes, la inspección automática, el reconocimiento automático y los equipos de medición automática que requieren una información visual más cercana al ojo humano y una capacidad de toma de decisiones superior a la humana.