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Introduction à l'acquisition et à
l'analyse d'images
Véronique NEWLAND
NEW VISION Technologies
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Sommaire
• Présentation de NEW VISION Technologies
• La prise d’images
L’éclairage
Les objectifs
Les caméras
• L’offre National Instruments Plateforme matérielle
Plateforme logicielle
Les outils NI selon les typologies de besoin
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Mesures et Contrôles
par Systèmes Optiques,
Des Experts à Votre Service
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INN
OV
AT
ION
P
RE
CIS
ION
E
RG
ON
OM
IE
• Domaines nouveaux
• Performances capteurs
• Services à distance
• Ecoute de votre CDC
• Performance des mesures
• Sélection des fournisseurs
• Ergonomie IHM LabVIEWTM
• Suivi convivial
• Analyse des usages
Mesures Contrôles
par
Systèmes Optiques
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Contrôle d’usure de caténaires
Ferroviaire
Domaines d’activité
• Ferroviaire
•Contrôle d’usure caténaire
•Mesure de la position du caténaire
•Mesure de la position du porteur
•Mesure de la position des voies
•Contrôle de la position des attaches
•Vidéo rapide et repérage d’objet parasite
•Mesure du plan de roulement
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Domaines d’activité
• Agro alimentaire
•Profil 3D filet de saumon
•Calcul du volume
•Intégration de données multi critères
•Optimisation et intégration algorithme
de tranchage
•Repérage de sachet de nourriture
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Domaines d’activité
• Imprimerie
•Contrôle de position d’étiquette
•Lecture de code barre
•Lecture de code data-matrix
•Vérification de caractères
•Contrôle position motifs holographiques
•Contrôle qualité d’impression
•Auto-tests
Contrôle d’étiquettes
holographiques
Imprimerie
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Domaines d’activité
• Aéronautique
•Contrôle de vitrage de cockpit
Contrôle de vitrages
• Contrôle à 100% ligne fabrication
•Mesures sur vis
Avec CVS « Compact Vision System » de National Instruments
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Technologies Optiques
Produits et solutions
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Activités
Intégrateur Vision • Système clés en mains
• Réalisation sur mesure
• Adaptabilité aux domaines
Prestation de Services • Faisabilités
• Logiciel
• Prescription technique
Formations • Vision
• Matériel
• Eclairage
• Logiciel
Solutions Optiques • Mesure 2D
• Mesure 3D
• Colorimétrie
• Vidéo Rapide
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Imaging System Parameters
1. Sensor resolution: Camera sensor pixel
size by number of columns and rows
2. Sensor size: Physical area
of sensor array
3. Working distance: The distance
from the front of the lens to the
object under inspection
4. Feature Resolution: Smallest feature size
on object that can be distinguished
5. Field of view: Area under inspection that
the camera can acquire
1,
2
3
5
4
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Determining Focal Length and Sensor
Size Longueur de focale = Taille du capteur × Distance de travail/FOV
Lentille Capteur Scène
Taille du
capteur
Champ
de vision
Distance de travail Longueur de focale
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L’éclairage
• Mise en valeur de l’information recherchée
• La bonne image n’est pas toujours la belle image :
Mesure d’intensité, reconnaissance : élimination des ombres
et reflets, recherche d’une image équilibrée
Détection de présence : saturation des zones à détecter
Contrôle de surface : révélation des contours par saturation
et ombres
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L’éclairage
Type de source LEDs Fluorescent Incandescent
Durée de vie (h) 50 000 à 100 000 10 000 à 20 000 1 000
Solidité Très bonne Mauvaise Mauvaise
Stabilité Très bonne -
Lumière continue
Bonne si haute
fréquence
Bonne si
alimentation
continue
Coût Moyen à élevé Moyen Faible
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Prise de vue : choix de l’objectif
Critères :
• Dimensionnels : champ de vision, distance de travail
• Capteur : taille, résolution (objectifs mégapixels)
• Focales fixes/variables
• Application de mesure dimensionnelle précise
Optiques télécentriques
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Les caméras Types de caméras
Analogique
RS-170
CCIR
PAL
NTSC
Non standard
Numérique
Frame Grabber
Parallel Digital
Camera Link
Connection directe
IEEE 1394
GigE Vision
USB
Autre
CVS
Smart Camera
Avec processeur
embarqué
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Caméras : interfaces et évolution
• Le numérique est aujourd’hui mis en œuvre
dans la quasi-totalité des nouvelles applications.
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Types d’interface numériques
• Interfaces point à point
Numérique parallèle (fin de vie)
Camera Link
• Bus de communication
IEEE-1394
GigE Vision
USB 3
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Camera Link
• Interface électrique normalisée
• Très hautes performances
Ex. : 1280x1024 pixels à 500 i/s (650 Mo/s)
• Caméras linéaires :
Ligne de pixels jusqu’à 12000 pixels de large
Fréquences ligne de plusieurs dizaines de kHz
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Bus IEEE-1394 et GigE
• Bus génériques
• Utilisation de cartes et cartes standards
• Interfaces de caméras d’imagerie normalisées
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IEEE-1394
• Historiquement, la première interface à bénéficier d’une
norme complète pour les caméras d’imagerie (IIDC)
• Interface mûre :
Plus de 10 ans
Adoptée par les milieux industriels et scientifiques depuis de
nombreuses années
Aujourd’hui deuxième génération : 1394b (800 Mbps)
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IEEE-1394 : performances
• Bande passante :
>60 Mo/s
1280x1024 pixels à 30 i/s
640x480 pixels à 200 i/s
• Multicaméras
• Garantie des performances (bande passante
isochrone)
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GigE Vision
• Longueur de câble importante (une centaine de
mètres)
• Privilégier un réseau dédié !
• Interaction avec la caméra défini par GenICam
• Convertisseurs fibre optique : >500 m
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GigE Vision : capacités
• Bande passante
640x480 pixels à 200 i/s
16 Mpixels à 3 i/s
• Bande passante asynchrone
• Capacité de renvoi de trames perdues
• Pilote optimisé pour réduire la charge CPU
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En résumé
Analogique
• Les plus
Technologie éprouvée
Established technology
Câblage simple
Faible coût
• Les moins
Little market variation
Qualité d’images parfois inférieure
Numérique
• Avantages
Haute vitesse, grande taille
d’image, plus grande profondeur
d’image
Programmable controls
Moins de bruit
• Les moins
Le prix
Câblage parfois spécifique
Peut nécessité des fichiers de
configuration spécifiques
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Récapitulatif
Interface Bande
passante
Longueur de
câble
Latence Standard Budget
Analogique 40 Mo/s 25m Aucune Basique 1-2k€
Parallèle 100 Mo/s 8-10m Aucune Non -
Camera Link 680 Mo/s 10m Aucune Electrique 4-15 k€
IEEE 1394 > 60 Mo/s 7.5m/10m Fixe Oui 1-3 k€
GigE > 60 Mo/s 100m Variable Oui 1-3k€
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Aide au choix
Vous aide à choisir la
caméra la mieux adaptée
Spécifications complètes
des caméras
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Plateformes
matérielles NI
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NI Vision Acquisition Software
Application Vision
Paramétrage - Vision Builder AI -
Développement -Vision Development Module -
LabVIEW / LabVIEW RT
Système vision NI
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Cartes d’acquisition d’images
1405/1410/1411 1426/1427/1428/1429/
1430
8252 8254R/8255R 8231/8234/8235
Interface Analogique Camera Link IEEE-
1394a
IEEE-1394a/b GigE Vision
Nombre d’entrées 1 à 4 1 à 2 3 2 à 3 1 à 4
Format bus PCI/PXI PCI/PXI/PCIe x1/PCIe
x4
PCI/PXI PCI/PXI/PCIe PCIe/PXIe
Synchronisation Triggers séquences,
images, E/S TLL
Triggers séquences,
images, E/S TLL et
ISO, gestion codeur,
RTSI
Non E/S TLL et ISO,
générateurs
d’impulsions,
watchdog…
Aucune
FPGA
reprogrammable
Non Non Non Oui Non
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PCI-8254R et PCIe-8255R
• E/S (numériques) gérées par un FPGA
• Cartes livrées avec une configuration d’E/S prédéfinie et le pilote dédié
• Personnalisation des E/S possible grâce à LabVIEW FPGA
• Exemple de personnalisation : Protocole de communication spécifique
Gestion de trigger avancée : diviseur, séquence avec prétrigger
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La gamme NI CVS-1450
• Design industriel
• Compacité et simplicité sans
perdre en flexibilité
Gardez le choix de l’application
Gardez le choix des capteurs
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Confidential
E/S Easy Connect
Ports IEEE 1394
3 Ports
400 Mbps partagés
E/S numériques
Ethernet
10/100 BaseT
Port série
Sortie Vidéo VGA
NI-CVS1450
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Confidential
NI-EVS1464RT
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Caméras intelligentes
• Tout en un :
Capteur
Processeur et logiciel
Communication
• Finalité : des résultats plutôt que des images
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Caméras intelligentes
• Processeurs performants
– PowerPC, DSP, or X86
• E/S intégrées
• OS temps réel
• Programmable ou configurable
• Caméra industrielle
– CCD ou CMOS
– Plusieurs vitesses
– Plusieurs résolutions
• Monture standard
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Caméras intelligentes
Capteur haute qualité
Processeur performant
E/S industrielles
2 ports Gigabit Ethernet
Contrôle de l’éclairage
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Power PC
400 MHz
Power PC
533 MHz
Power PC
533 MHz
DSP 720MHz
640x480 pixels NI-1722 NI-1742 NI-1762
1280x1024 pixels NI-1744 NI-1764
Caméras intelligentes : la gamme
Algorithmes optimisés pour DSP :
• Reconnaissance de formes (contour et niveaux de gris)
• Lecture de caractères (OCR)
• Lecture de code DataMatrix (2D)
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La même richesse logicielle sur
toutes les plateformes
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Paramétrage : Vision Builder AI
• Application autonome Prototypage, configuration
et déploiement
• Fonctionnalités Acquisition d’images
Outils de mesures et de contrôles de haut niveau
Communication
Lecture et pilotage d’E/S analogiques et numériques
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Développement : VDM
• Ensemble logiciel Prototypage /Génération de
code : Vision Assistant
Outils de développement : IMAQ Vision
• Environnements de développement : LabVIEW
LabWindows/CVI
ActiveX
.NET
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Quand choisir Vision Builder AI ?
• Contexte de production industrielle
• Besoin de mise en œuvre rapide
• Coût système réduit
• Prise en main facile
• Pas de connaissances en développement
• Pas d’expertise en traitement d’images
• Spécificité réduite
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Contrôle d’emballages
• 2 caméras
• Déclenchement par cellules
• Reconnaissance de formes
• Lecture de caractères
• Interactions : Opérateur (saisie code,
acquittements)
Automates (éjection, arrêts lignes)
• Cycle de fonctionnement complexe
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Quand choisir le développement ?
• Forte spécificité de l’application : Algorithmes
Personnalisation des E/S (LabVIEW FPGA)
• Vision associée à d’autres technologies : Robotique
Commande d’axes
…
• Application OEM
• Application volontairement simplifiée
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Et pourquoi ne pas combiner les 2 ?
• Passerelles entre LabVIEW et Vision Builder :
Variables partagées
Génération de code
Run LabVIEW Vi : appel de routines externes
ActiveX : pour piloter Vision Builder AI sous TestStand par
exemple
SDK pour développer des plugins pour Vision Builder
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Outils vision NI : grandes familles
Prétraiter
• Calibrer
• Filtrer
• Corriger
Contrôler
• Intensité
• Comptage
• Couleur
Localiser
• Modèles
• Contours
• Bords
Identifier
• Texte
• Codes
(1D/2D)
• Trier
Mesurer
• Distances
• Surfaces
• Angles
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Focus : calibration
• Mesures en unités
physiques, non en pixels
• Correction de défauts de
prise de vue
Perspective
Distorsion optique
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Focus : lecture de codes 2D
• De plus en plus répandus comme outils de traçabilité
• Plus de capacité et de robustesse que le code barre
• Fonctions de lectures très performantes
Plusieurs types de codes supportés
Localisation du code dans une image complexe
Auto-apprentissage
Robuste à une mauvaise lisibilité du code
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Focus : lecture de codes 2D
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Comparaison à l’étalon
• Principe de la soustraction d’image pour faire apparaître les différences
• Prétraitement performants pour compenser les différences de prise de vue
Alignement
Perspective
Luminosité
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Nouvelles fonctions de détection de fronts
• Nouveaux algorithmes
Plus robustes
Plus sensibles
Prise en compte des informations de
calibrage
…