La luz ambiental es cualquier luz que llega al sensor de la cámara y que no proviene de la fuente de iluminación controlada del Sistema de Visión. En los entornos industriales, la luz ambiental siempre está presente. Los tubos fluorescentes o LED del techo, los tragaluces, la luz de las máquinas cercanas y los reflejos de las superficies aportan iluminación no deseada a la zona de inspección.
La luz ambiental provoca problemas de imagen de dos maneras. Por un lado, añade un nivel de iluminación de fondo incontrolado a la imagen, lo que reduce el contraste entre el elemento iluminado y el fondo. Por otro lado, va variando con el tiempo a medida que cambian las condiciones de la fábrica —turnos de trabajo, variaciones estacionales de la luz natural, ciclos de funcionamiento de las máquinas vecinas—, por lo que las características de la imagen se van desviando incluso cuando la pieza que se está inspeccionando no ha cambiado.
Cómo la luz ambiental provoca falsas aceptaciones y falsos rechazos
Un algoritmo de visión artificial se entrena o se configura para detectar características con un nivel de contraste concreto. Cuando la luz ambiental cambia la iluminación efectiva de la pieza, el nivel de contraste también cambia. Las características que antes se podían detectar desaparecen. Las sombras o los reflejos que generan las fuentes de luz ambiental provocan señales de bordes falsas. El resultado es un aumento de las tasas de rechazo erróneo, de las tasas de aceptación errónea o de ambas.
El problema suele ser intermitente. El sistema funciona correctamente durante la Puesta en Marcha en un entorno controlado, pero luego empieza a dar errores durante la producción. La tasa de errores varía según el turno, la temporada o la hora del día. Para determinar si la luz ambiental es la causa principal, hay que realizar mediciones sistemáticas del entorno de inspección en diferentes condiciones ambientales.
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Fuentes de luz ambiental de fábrica
Conocer las características de las fuentes de luz ambiental que hay en una fábrica te ayuda a elegir la estrategia de rechazo más eficaz.
Iluminación con tubos fluorescentes y LED
Los tubos fluorescentes emiten un amplio espectro que abarca todas las longitudes de onda visibles. Su luz parpadea al doble de la frecuencia de la red eléctrica: 100 Hz en Europa y 120 Hz en Norteamérica. Ese parpadeo puede interactuar con la frecuencia de cuadro de la cámara y provocar variaciones periódicas en el brillo de la imagen. Los tubos LED modernos que los sustituyen también parpadean, aunque a frecuencias más altas que pueden resultar menos visibles para las cámaras con una frecuencia de cuadro más baja.
Los tubos LED suelen presentar un pico espectral intenso en el azul y el amarillo verdoso.
Si el iluminador de visión artificial funciona en longitudes de onda rojas o del Infrarrojo Cercano, un filtro Pasa-banda adaptado a la longitud de onda del iluminador rechaza gran parte de la luz de los tubos fluorescentes.
Claraboyas y luz solar
La luz natural es una fuente de amplio espectro que abarca desde los rayos UV hasta el NIR (Infrarrojo Cercano). Su intensidad varía mucho según el tiempo, la hora del día y la estación del año. Las instalaciones con claraboyas en el techo o ventanas grandes son especialmente vulnerables a las variaciones en la inspección provocadas por la luz natural. Las claraboyas cercanas al puesto de inspección pueden proyectar luz natural directa o difusa sobre la pieza, lo que provoca cambios a lo largo del día.
La luz natural es la fuente de luz ambiental más difícil de eliminar con filtrado espectral, ya que abarca todo el espectro visible y el NIR (Infrarrojo Cercano). Las soluciones estructurales —como carcasas, deflectores o cortinas opacas— suelen ser la opción más eficaz para las claraboyas.
Iluminación de la máquina adyacente
Otros sistemas de visión artificial cercanos, los arcos de soldadura, el resplandor de los hornos y las luces indicadoras aportan una iluminación localizada que puede llegar hasta la estación de inspección. Estas fuentes suelen tener longitudes de onda concretas o provenir de direcciones específicas, lo que hace que sean más fáciles de identificar y descartar que las fuentes de banda ancha.
Estrategia 1: Filtro Óptico Pasa-banda
Un filtro óptico pasa-banda montado delante del objetivo de la cámara deja pasar solo un rango estrecho de longitudes de onda centrado en la longitud de onda del Iluminador y bloquea todas las demás. Si el iluminador de visión artificial emite a 850 nm en el Infrarrojo Cercano y la cámara lleva un filtro Pasa-banda de 850 nm, la cámara solo ve la luz de 850 nm que emite el iluminador. La luz ambiental visible, que apenas contiene emisión de 850 nm, queda bloqueada.
Para que esta estrategia funcione, el iluminador tiene que emitir en una longitud de onda distinta a la de las fuentes ambientales dominantes. La iluminación Infrarroja Cercana es especialmente eficaz porque la mayoría de las fuentes ambientales de las fábricas emiten principalmente en el rango visible. El sensor de la cámara tiene que ser sensible a la longitud de onda del NIR elegido, y eso es lo que ocurre con los sensores monocromáticos estándar basados en silicio.
Hay filtros Pasa-banda disponibles para las longitudes de onda estándar de los LED: UV a 365 nm, azul a 470 nm, verde a 525 nm, rojo a 617 nm, y NIR (Infrarrojo Cercano) a 780 nm, 850 nm y 940 nm. El ancho de banda del filtro —que suele oscilar entre 10 nm y 50 nm— determina la eficacia con la que rechaza la iluminación fuera de la Longitud de Onda, al tiempo que mantiene la transmisión de la salida del Iluminador en la Longitud de Onda deseada.
Estrategia 2: Modo estroboscópico con tiempos de exposición cortos
El tiempo de exposición de la cámara determina cuánto tiempo integra el Sensor la luz que recibe. Una exposición corta reduce la cantidad total de luz ambiental captada por fotograma, ya que la fuente ambiental contribuye durante menos tiempo. El iluminador controlado, que funciona en modo estroboscópico con una intensidad máxima elevada, emite una gran cantidad de luz en un pulso muy breve. La relación entre la señal del iluminador y el fondo ambiental aumenta a medida que disminuye el tiempo de exposición.
El modo estroboscópico también congela el movimiento. Una pieza que se mueve a gran velocidad en una cinta transportadora se ve nítida en la imagen si la exposición es lo suficientemente corta. Esto supone una doble ventaja en la inspección a alta velocidad, donde tanto el desenfoque por movimiento como el Rechazo de Luz Ambiental son importantes.
Los iluminadores Roder Vision admiten el modo estroboscópico activado mediante una señal de entrada digital. La duración del pulso estroboscópico suele ajustarse entre 10 µs y 2 ms, dependiendo de la intensidad necesaria y de las necesidades de congelación del movimiento. Con una exposición de 100 µs, la mayoría de las fuentes de luz ambiental de las fábricas aportan menos del 1 % del nivel de señal de un Iluminador Estroboscópico correctamente especificado.
Estrategia 3: Carcasas físicas y deflectores
Una carcasa física alrededor de la zona de inspección elimina la luz ambiental bloqueando su paso hacia la pieza y la cámara. Esta es la estrategia más eficaz cuando el filtrado espectral y las técnicas estroboscópicas no dan la talla. Una carcasa pintada de negro mate por dentro reduce los reflejos internos. Las trampas de luz situadas en las aberturas —por donde entra y sale la pieza— evitan que la luz ambiental se cuele por la trayectoria del producto.
Las carcasas son habituales en los sistemas de inspección farmacéutica y alimentaria, donde se requiere el máximo nivel de Rechazo de Luz Ambiental. Aumentan la complejidad mecánica y el coste, y dificultan el acceso para el mantenimiento. Hay que sopesar estas ventajas e inconvenientes a la hora de decidir si es necesaria una carcasa.
Las carcasas parciales o deflectores —paneles que bloquean determinadas trayectorias de la luz ambiental sin cerrar del todo la estación— son una solución intermedia más económica. Un deflector colocado de forma que bloquee la luz directa que entra por una claraboya puede ser suficiente si esa es la fuente de luz ambiental principal.
Estrategia 4: Paneles de fondo de campo oscuro
Los fondos oscuros absorben la luz ambiental en lugar de reflejarla. En aplicaciones en las que la inspección se basa en la iluminación reflejada por la superficie de la pieza, colocar un fondo negro mate detrás de la pieza reduce la luz ambiental que rebota desde las superficies del fondo hacia la cámara. Esto mejora la relación señal-fondo sin necesidad de filtros espectrales ni carcasas.
Combinación de estrategias para lograr la máxima resistencia a la luz ambiental
Los sistemas de visión artificial más robustos utilizan varias estrategias a la vez. Una combinación habitual es la iluminación NIR con un filtro Pasa-banda NIR, que funciona en modo estroboscópico, dentro de una carcasa parcial con un panel de fondo oscuro. Cada capa de protección reduce la influencia de la luz ambiental. Juntas, pueden lograr un Rechazo de Luz Ambiental suficiente para entornos industriales al aire libre o con mucha luz ambiental.
La combinación adecuada depende de la gravedad del problema de la luz ambiental y de las limitaciones presupuestarias de la aplicación. Los sistemas instalados en salas de Ensamblaje Electrónico con aire acondicionado quizá solo necesiten el modo estroboscópico. Los sistemas situados en fábricas con claraboyas cerca de equipos de procesamiento de alimentos suelen necesitar filtrado espectral y, además, carcasas protectoras.
Cómo comprobar la resistencia de tu sistema a la luz ambiental
Las pruebas de inmunidad a la luz ambiental consisten en medir cómo cambia la imagen cuando varían las condiciones ambientales. Una prueba sencilla consiste en capturar una imagen de referencia con todas las fuentes de luz ambiental bloqueadas y, a continuación, capturar una segunda imagen en condiciones ambientales normales. La diferencia entre ambas imágenes cuantifica la influencia de la luz ambiental. Si la diferencia es pequeña en comparación con el contraste de los rasgos, el sistema es lo suficientemente inmune. Si no es así, hay que tomar medidas adicionales de rechazo.
Las pruebas deben simular las peores condiciones ambientales posibles: luz natural plena a través de los tragaluces en verano, todas las luces de la fábrica encendidas y las máquinas vecinas en funcionamiento. Un sistema que solo supera la prueba por la noche o solo en invierno no es una instalación fiable.
Productos y tecnologías
Gamas de iluminadores Roder Vision para el Rechazo de Luz Ambiental
Las gamas Roder Vision que te mostramos a continuación son ideales para aplicaciones que requieren un alto Rechazo de Luz Ambiental. Todas ellas están disponibles en longitudes de onda del NIR (Infrarrojo Cercano) y admiten el funcionamiento en modo estroboscópico.
DL6 – Matriz LED de alta densidad
Disponible en 850 nm y 940 nm (NIR (Infrarrojo Cercano)). Alta intensidad de pico en modo estroboscópico. Estabilidad térmica HTTM. Ideal para entornos de fábrica con temperaturas ambientales elevadas.
DL5 – Matriz LED de Alta Intensidad
La intensidad máxima muy alta en modo estroboscópico supera a la de las fuentes ambientales. Disponible en rojo y NIR (Infrarrojo Cercano). Capacidad para pulsos cortos de hasta 10 µs.
DC6 — Anillo LED de alta densidad.
Iluminador anular compacto en longitudes de onda del NIR (Infrarrojo Cercano) con entrada de activación estroboscópica. Ideal para aplicaciones en robots y cintas transportadoras en entornos con temperaturas ambientales elevadas.
BL3 — Retroiluminadores LED
Disponible en longitudes de onda del Infrarrojo Cercano (NIR) para la inspección en modo de transmisión con un alto rechazo de la luz ambiental. Alta uniformidad. Compatible con el disparador estroboscópico.
Preguntas frecuentes
El Rechazo de Luz Ambiental es la capacidad que tiene un sistema de visión artificial para mantener una calidad de imagen constante a pesar de las fuentes de luz no controladas del entorno de la fábrica. Se consigue mediante una combinación de filtrado espectral, Iluminación Estroboscópica, carcasas físicas y fondos oscuros. Un sistema con un Rechazo de Luz Ambiental deficiente produce resultados de inspección variables que dependen de las condiciones de iluminación de la fábrica, en lugar de depender de la pieza que se está inspeccionando.
La iluminación Infrarroja, a 850 nm o 940 nm, es eficaz porque la mayoría de las fuentes de luz ambiental de las fábricas, como los tubos fluorescentes, los tubos LED y la luz natural, emiten principalmente en el espectro visible y tienen una emisión de NIR (Infrarrojo Cercano) relativamente baja. Un filtro Pasa-banda adaptado a la longitud de onda del Iluminador NIR bloquea la luz ambiental visible, al tiempo que deja pasar la iluminación NIR procedente de la fuente controlada.
El modo estroboscópico hace que el iluminador emita un pulso muy corto con una intensidad máxima elevada, normalmente entre 10 microsegundos y 2 milisegundos, y la exposición de la cámara se sincroniza con el pulso estroboscópico. Como la luz ambiental influye en todo el tiempo de exposición, mientras que el iluminador estroboscópico emite una señal muy intensa en un pulso muy corto, la relación entre la señal estroboscópica y el fondo ambiental es muy alta con tiempos de exposición cortos.
Es necesario utilizar una carcasa física cuando el filtrado espectral y el modo estroboscópico no bastan para reducir la luz ambiental a niveles aceptables. Esto suele ocurrir en inspecciones al aire libre, en instalaciones con grandes claraboyas cerca de la estación de inspección o en aplicaciones en las que la geometría del iluminador y la cámara impide el uso de un filtro Pasa-banda eficaz. Las carcasas también se usan en la inspección de productos farmacéuticos y alimentarios, donde la exclusión validada de la luz ambiental es un requisito normativo.
Compara las imágenes capturadas con todas las fuentes de luz ambiental bloqueadas con las capturadas en condiciones ambientales normales de fábrica. Mide la diferencia en el valor de los píxeles en el área de inspección entre ambas condiciones. Si la diferencia es mayor que el contraste de la característica que se usa para tomar decisiones de inspección, el sistema se verá afectado por las variaciones de la luz ambiental. Haz la prueba en las peores condiciones posibles, incluyendo plena luz del sol de verano y todas las luces de la fábrica encendidas.
Contactos e información
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