Solution intégrée de Focus Stacking avec une profondeur de champ étendue pour les systèmes AOI
Le Focus Stacking étend la profondeur de champ en capturant plusieurs images à différentes positions focales et en combinant les zones les plus nettes en une seule image. Combinés à l'autofocus des lentilles, les algorithmes de focus stacking permettent une inspection rapide et grossissent les microstructures avec des hauteurs de surface variables, fournissant une image de 5,1 MP mise au point en 67 ms. Cependant, le développement et la mise en œuvre impliquent des défis techniques importants.
L'empilement de la mise au point: une technique importante pour augmenter la profondeur de champ
L'empilement de foyers, également appelé composition de profondeur ou composition de foyer, permet de capturer plusieurs images à différentes positions focales et de fusionner leurs régions les plus nettes en une seule image entièrement mise au point. Il s'agit d'une technique précieuse dans le domaine de la vision industrielle à fort grossissement, en particulier dans les systèmes AOI pour l'inspection des semi-conducteurs et de l'électronique.
Ces systèmes sont souvent nécessaires pour imager des composants présentant d'importantes variations de hauteur, tels que des pièces de circuits imprimés, des joints de soudure, des traces et des structures de circuits intégrés, qui peuvent s'étendre de 5 à des centaines de micromètres dans un seul champ de vision. Ces caractéristiques 3D sont généralement les plus critiques à inspecter, mais aussi les plus difficiles à capturer clairement dans une seule image. L'empilement de mises au point permet de relever ce défi en générant des images en profondeur qui permettent une inspection fiable en temps réel.
Faire fonctionner l'empilage de foyers en AOI : une solution intégrée
Bien que l'empilement de foyers offre un moyen convaincant d'étendre la profondeur de champ sans sacrifier la résolution, sa transformation en une solution AOI prête pour la production présente des défis techniques importants. Au-delà de la qualité de l'image, la vitesse d'inspection devient une préoccupation majeure, en particulier pour les systèmes en ligne qui exigent des temps de cycle rapides. Pour les ingénieurs en vision, chaque étape, de la synchronisation du matériel et de la capture d'images à l'optimisation des algorithmes et au traitement en temps réel, doit être soigneusement conçue et validée pour répondre à la fois aux exigences de précision et de débit.
Plus rapide que l'étage Z mécanique : rapidité et simplicité avec la lentille liquide
Par rapport aux mécanismes traditionnels en Z, autofocus pour lentilles liquides offre des avantages évidents en termes de rapidité, de robustesse et d'intégration. Les ajustements de la mise au point s'effectuent en quelques millisecondes, sans pièces mécaniques mobiles, ce qui rend le système plus compact et moins sujet à l'usure. L'empilage de mise au point basé sur des lentilles liquides est donc particulièrement adapté aux systèmes AOI à haut rendement qui exigent rapidité, fiabilité et efficacité de l'espace sur la ligne de production.
Contrôle des lentilles liquides sans cartes d'E/S supplémentaires ni programmation
Pour intégrer une lentille liquide dans un système AOI, les fabricants ont généralement besoin d'un matériel d'E/S dédié et d'un développement logiciel pour le contrôle de la lentille et la synchronisation de la caméra. En outre, la prise en charge limitée des langages de programmation par les fabricants de lentilles liquides peut créer des problèmes de compatibilité avec les environnements de développement existants.
Basler élimine ces complexités en intégrant les algorithmes de contrôle des lentilles liquides directement dans le micrologiciel de la caméra. Cette approche élimine le besoin de matériel d'E/S externe, de câblage supplémentaire et de développement de logiciels personnalisés. Les intégrateurs de systèmes peuvent contrôler l'objectif par l'intermédiaire des logiciels Basler's pylon Viewer à l'aide de simples réglages de paramètres ou de curseurs.
Focus stacking: un processus intensif en calcul au niveau des pixels
Le pipeline du focus stacking comprend plusieurs étapes de calcul intensif :
Capture d'images multiples : Acquisition de 5 à 20 images à différentes profondeurs de mise au point
Mesure de la mise au point : évaluation de la netteté par pixel à travers les couches à l'aide d'algorithmes tels que le laplacien ou la variance du gradient.
Génération d'une carte de mise au point : Construire une carte montrant la couche la plus nette à chaque pixel.
Composition de l'image : Fusionner les régions les plus nettes tout en adoucissant les transitions
Empilage en temps réel : 67 ms par pile, charge CPU nulle
Il faut souvent des semaines, voire des mois, pour optimiser les algorithmes d'empilage de la mise au point afin d'obtenir des performances fiables sur PC, mais le traitement au niveau des pixels de plus de 10 images consomme encore beaucoup de ressources et de temps de l'unité centrale.
Avec l'implémentation FPGA de Basler, une image entièrement focalisée à partir de 10 captures (5,1 MP, 212 fps) est générée en seulement 67 ms, répondant ainsi aux exigences de production AOI en temps réel.
En revanche, l'exécution d'une configuration similaire sur une unité centrale prend plus d'une seconde par image, ce qui est beaucoup trop lent pour une utilisation en ligne.
Product highlight: FPGA as a co-processor with VA for accelerated development
Basler’s solution leverages an FPGA as a co-processor on a programmable frame grabber, delivering real-time, pixel-level image pre-processing while keeping host CPU overhead to a minimum.
With VisualApplets, our graphical FPGA programming tool, we support AOI system makers by allowing them to quickly prototype and deploy focus stacking algorithms—no HDL coding required.
This setup allows:
Real-time pixel-level processing performance
Minimal CPU overhead
Seamless integration with Basler cameras and liquid lens control
Shorter development cycles through modular, reusable IP blocks
Les algorithmes de focus stacking sont basés sur la mise au point passive de l'axe Z, ce qui les rend plus flexibles et plus rentables. Dans le cadre d'un projet exigeant une grande précision, nous avons livré un concept fonctionnel en une semaine seulement à l'aide de VisualApplets. Pour une plus grande précision, nous pouvons faire évoluer l'algorithme avec un traitement plus avancé.
Accélérer le développement des systèmes AOI grâce à des solutions intégrées
Les développeurs de systèmes AOI doivent souvent faire face à des délais serrés tout en gérant des matériels divers et des intégrations complexes. Le module de solution de vision pour l'empilage de points focaux de Basler est conçu pour alléger ce fardeau, en rationalisant l'ensemble du flux de travail d'imagerie pour l'intégration du système AOI.
En intégrant le contrôle des lentilles et les algorithmes d'empilage de la mise au point directement dans les FPGA du matériel de vision, notre solution réduit les efforts de développement, accélère le temps de mise sur le marché et garantit des performances en ligne fiables.
Principaux avantages :
Réduction des frais généraux de l'unité centrale, même pour des tâches à forte intensité de calcul telles que l'empilage de foyers, exécutées entièrement sur du matériel FPGA dédié.
Intégration rationalisée avec un câblage d'E/S réduit, sans modules de contrôle externes et sans développement intensif d'algorithmes d'imagerie.
Une mise sur le marché plus rapide, grâce à des cycles de développement accélérés et à une réduction des goulets d'étranglement au niveau du système.
