Co to jest system wizyjny i jakie są jego zastosowania?

17 Kwiecień 2024

W pierwszej kolejności myśląc o danych wejściowych używanych w różnego rodzaju systemach sterujących zwracamy uwagę na sensory, które przekazują informację w postaci cyfrowej bądź analogowej. Zupełnie inaczej jest w przypadku systemów wizyjnych, które nie przekazują prostego sygnału informacyjnego tylko przesyłają obraz. Obraz, który może, ale wcale nie musi być widzialny przez ludzkie oko.

Systemy oparte o czujniki wizyjne spotykane są każdego dnia odczytują kody kreskowe i QR w sklepach, rozpoznają znaki drogowe w samochodach oraz dbają o nasze bezpieczeństwo w miejscach publicznych. W użyciu przemysłowym kamery wykonują wiele zadaniach między innymi takie jak kontrola jakościowa produktów, detekcja komponentów czy inspekcja ułożenia detali.

Czym jest system wizyjny?

Podstawowymi elementami każdej aplikacji wykorzystującej technologię systemów wizyjnych są kamery i zaawansowane systemy sterowania zdolne do przetwarzania pozyskanych danych wizualnych. Dodatkowo często dodawany jest specjalny naświetlacz, w przypadku, gdy kamera sama nie jest w niego wyposażona bądź generuje on za małe oświetlenie przestrzeni. Tam, gdzie jest to wymagane w przypadku specjalnych zastosowań lub lokalizacji instalacji, wykorzystywane są również specjalne ciemnie. Takie zagospodarowanie przestrzeni wokół kamery ma na celu wyeliminowanie niekorzystnego wpływu światła zewnętrznego, które może zakłócać proces przetwarzania obrazu.

Trudność w jasnym zdefiniowaniu wymagań dotyczących czujników wizyjnych polega na tym, że wymagania różnią się w zależności od rodzaju zastosowania. Przykładowo aplikacje dedykowane do odczytu kodów kreskowych nie wymagają czujników o bardzo dużej rozdzielczości, natomiast zadania takie jak wizualna kontrola części po obróbce maszynowej nie mają z góry określonego limitu rozdzielczości, co oznacza, że w tym przypadku im wyższa rozdzielczość obiektywu, tym lepiej.

Różnice w charakterystyce kamer przemysłowych przekładają się także na czas potrzebny na wykonanie pojedynczego zdjęcia. Na przykład kamery o bardzo krótkich czasach naświetlania są używane podczas kontroli etykiet butelek, gdzie prędkość przetwarzania ma kluczowe znaczenie, aby nadążać za ruchem produktu z szybkością kilku sztuk na sekundę. W innych zastosowaniach, takich jak monitorowanie ułożenia paczek na palecie w trakcie procesu paletyzacji, czas wykonania zdjęcia jest mniej krytyczny.

Niezbędne jest podkreślenie, że kamery przemysłowe wyróżniają się trwałością obudowy oraz komponentów, zaprojektowanych tak, aby wytrzymać trudne warunki zewnętrzne, takie jak niekorzystne warunki atmosferyczne czy wysokie różnice temperatur. Taka budowa gwarantuje ich niezawodność i długoterminowe użytkowanie w wymagających środowiskach przemysłowych.

Kamery w systemach wizyjnych to kluczowe komponenty, które decydują o zakresie i jakości informacji wizualnych, jakie mogą być pozyskane i przetworzone. Ich różnorodność pozwala na szerokie spektrum zastosowań w wielu dziedzinach. Oto główne rodzaje kamer stosowane w systemach wizyjnych, wraz z ich charakterystyką i przykładowymi zastosowaniami:

• Kamery Monochromatyczne - rejestrują obraz w odcieniach szarości co pozwala na lepsze zróżnicowanie szczegółów oraz kontrastu. Stosowane są głównie do kontroli jakości oraz inspekcji kodów kreskowych oraz QR.

• Kamery Kolorowe - rejestrują obraz w pełni kolorowy. Skuteczne zastosowanie ich będzie w systemach sortujących detale na podstawie kolorów.

• Kamery Termowizyjne - wyświetlany przez nie obraz tworzy jest na podstawie emitowanego ciepła. Ich głównym zastosowaniem jest kontrolowanie temperatury bądź wyszukiwanie przecieków ciepła.

• Kamery Wielospektralne i Hiper-spektralne – specjalistyczne kamery stosowane w specjalistycznych analizach materiałów - głównymi dziedzinami w których są używane to rolnictwo czy medycyna.

• Kamery 3D - tworzą trójwymiarową rekonstrukcję skanowanych obiektów. Wykorzystywane są między innymi w robotyce do nawigowania robotów samojezdnych czy w procesach kontroli jakości.

• Kamery Szybkościowe (High-speed Cameras) - rejestrują obraz z bardzo wysoką szybkością, umożliwiając analizę szybko zachodzących procesów. Stosowane do badania procesów niezauważalnych dla ludzkiego oka, jak testy zderzeń czy badania dynamiki płynów.

Jak wdrożyć system wizyjny?

Pierwszym krokiem, który inwestor powinien wykonać jest dokładne zdefiniowanie celu wdrożenia systemu oraz wymagań co do jego funkcjonalności. Wymagane jest zdefiniowanie obiektów do inspekcji wizyjnej, określenie co ma być kontrolowane a także inspekcja warunków środowiskowych w których dany system będzie funkcjonował. W następnym etapie przeprowadzony powinien zostać specjalistyczny audyt, którego wykonanie powinno określić analizę wykonalności zadania a w kolejnych krokach przeprowadzenie testów przy pomocy różnych komponentów, aby zrozumieć i poznać ograniczenia i możliwości techniczne w kontrolowanym procesie. Warto pamiętać, że system kontroli wizyjnej nie jest wymagający, to znaczy aby jego wdrożenie było możliwe potrzebne będzie zasilanie i ewentualnie przyłącze do sieci internetowej.

Po pozytywnych próbach funkcjonowania systemu rozpoczyna się właściwy proces realizacji projektu. Projektowany zostaje dedykowany system sterujący, który podczas wdrożenia instalacji może zostać zintegrowany z pozostałymi urządzeniami na linii produkcyjnej. Kalibrację przechodzi algorytm przetwarzania obrazów, aby jego funkcjonowanie było jak najbardziej skuteczne.

Po zakończeniu całego procesu montażu i integracji stanowiska pozostają do wykonania ostatnie testy w prawdziwych warunkach pracy oraz przeszkolenie całego personelu z zakresu obsługi i funkcjonowania systemu.

Zalety stosowania systemów wizyjnych

Systemy wizyjne, będące integralną częścią współczesnych rozwiązań technologicznych, przynoszą znaczące korzyści w różnych obszarach działalności - od produkcji przemysłowej, przez logistykę, po bezpieczeństwo i wiele innych dziedzin. Zalety ich stosowanie podzielić można na kilka kategorii:

• Oszczędność czasu i kosztów

Automatyzacja procesów - możliwość zautomatyzowania wielu, czasami żmudnych procesów, między innymi takich jak, sortowanie produktów, kontrola jakości czy identyfikacja i klasyfikacja jakościowa.

Redukcja błędów - sprawnie działający system wizyjny pozwala na redukcje błędów ludzkich, co przekłada się na podniesienie wydajności produkcyjnej.

Optymalizacja procesów - analiza danych w czasie rzeczywistym pozwala na szybką reakcję i dostosowanie procesów produkcyjnych, co prowadzi do optymalizacji wykorzystania zasobów i redukcji kosztów operacyjnych.

• Wzrost efektywności i jakości

Precyzja i powtarzalność - systemy wizyjne charakteryzują się wysoką precyzją pomiarów i analiz, gwarantując jednorodność i powtarzalność procesów, co jest nieosiągalne przy manualnej kontroli.

Podniesienie jakości produktów - stała, bezkompromisowa kontrola jakości na każdym etapie produkcji zapewnia wykrywanie i eliminowanie defektów na wczesnym etapie, co przekłada się na wyższą jakość końcowego produktu.

Adaptacja i elastyczność - systemy wizyjne można łatwo rekonfigurować i dostosowywać do zmieniających się wymagań produkcyjnych, co pozwala na szybkie wprowadzanie nowych produktów do produkcji bez konieczności kosztownych zmian w infrastrukturze.

• Poprawa bezpieczeństwa

Monitorowanie bezpieczeństwa - w dziedzinie bezpieczeństwa systemy wizyjne mogą monitorować obszary przemysłowe, magazyny, miejsca publiczne itp. w celu wykrycia nieuprawnionego dostępu, zagrożenia pożarowego lub innych niebezpiecznych sytuacji. 

Ochrona pracowników - w przemyśle systemy te mogą również monitorować, czy pracownicy przestrzegają procedur bezpieczeństwa, takich jak noszenie odpowiedniej odzieży ochronnej, co znacznie zmniejsza ryzyko wypadków.

Nie sposób przecenić znaczenia systemów wizyjnych w dzisiejszym przemyśle i innych sektorach. Te zaawansowane technologie stały się kluczowym elementem wielu gałęzi, wywierając znaczący wpływ na różnorodne aspekty działalności – od procesów produkcyjnych, przez logistykę, aż po bezpieczeństwo i nadzór.

Zastosowania systemów wizyjnych

Logistyka

W logistyce systemy wizyjne rewolucjonizują sposób zarządzania przepływem towarów. Umożliwiają one automatyczne rozpoznawanie i sortowanie przesyłek na podstawie kodów kreskowych, etykiet czy nawet cech fizycznych paczek. Dzięki temu, procesy takie jak przyjmowanie towarów, ich magazynowanie i przygotowanie do wysyłki stają się szybsze i mniej podatne na błędy. Systemy wizyjne monitorują również załadunek towarów na pojazdy transportowe, zapewniając, że wszystkie przesyłki zostały prawidłowo załadowane i są gotowe do wysyłki.

Procesy produkcyjne

W procesach produkcyjnych systemy kontroli wizyjnej odgrywają ważną rolę w automatycznej kontroli jakości. Może dokładnie zmierzyć wymiary produkowanych części, zidentyfikować wady powierzchniowe lub zweryfikować poprawność montażu części. Dzięki temu możliwa jest szybka reakcja w przypadku wykrycia nieprawidłowości, co zmniejsza ryzyko uzyskania błędnych wyników. Systemy ekspozycyjne pomagają także automatyzować linie montażowe poprzez identyfikację i dystrybucję części oraz kierowanie ich do odpowiednich stanowisk pracy. 

Identyfikacja ubioru BHP

Zapewnienie bezpieczeństwa na stanowiskach pracy, zwłaszcza w środowiskach o wysokim ryzyku, jest kluczowe dla przemysłu. Systemy wizyjne mogą być wykorzystywane do monitorowania, czy pracownicy są odpowiednio wyposażeni w wymagany ubiór ochronny, tak jak kamizelki i buty BHP. Kamery mogą automatycznie identyfikować obecność odpowiednich elementów ubioru i alarmować w przypadku ich braku, co pozwala na natychmiastowe podjęcie działań w celu zapewnienia bezpieczeństwa. To nie tylko zwiększa bezpieczeństwo pracowników, ale także pomaga firmom w spełnianiu wymogów prawnych i unikaniu potencjalnych konsekwencji związanych z naruszeniami przepisów BHP.

Trendy i przyszłość systemów wizyjnych

Systemy wizyjne odgrywają coraz większą rolę w wielu dziedzinach życia, od przemysłu i logistyki, po bezpieczeństwo i ochronę zdrowia. Ciągły rozwój technologiczny, obejmujący sztuczną inteligencję (AI), uczenie maszynowe (ML) i analizę big data, otwiera przed systemami wizyjnymi nowe możliwości i obiecującą przyszłość.

Zauważalne trendy w systemach wizyjnych:

Sztuczna inteligencja - integracja AI z systemami wizyjnymi umożliwia im inteligentną analizę obrazu i rozpoznawanie wzorców. Pozwala to na automatyzację procesów, takich jak kontrola jakości, identyfikacja obiektów i anomalii, czy śledzenie ruchu.

Uczenie maszynowe - systemy wizyjne oparte na ML uczą się na podstawie danych i z czasem doskonalą swoje funkcje. Umożliwia to im adaptację do zmiennych warunków i niestandardowych zastosowań, jak np. rozpoznawanie specyficznych wzorców w produkcji.

Analiza big data - systemy wizyjne generują ogromne ilości danych, które mogą być analizowane w celu wykrycia ukrytych trendów i zależności. Taka analiza pozwala na optymalizację procesów produkcyjnych, przewidywanie potencjalnych awarii maszyn oraz wspomaganie decyzji strategicznych w firmach.

W przyszłości oczekuje się, że w przyszłości systemy wizyjne będą jeszcze bardziej inteligentne, autonomiczne i zintegrowane z innymi systemami.

Potencjalne zastosowania systemów wizyjnych w przyszłości:

Przemysł 4.0 - systemy wizyjne będą odgrywać kluczową rolę w inteligentnych fabrykach, automatyzując procesy produkcyjne i zapewniając ich optymalizację.

Inteligentne miasta - aplikacje wizyjne będą wykorzystywane do monitorowania ruchu, bezpieczeństwa i infrastruktury w inteligentnych miastach.

Ochrona zdrowia - systemy wizyjne wspomagane AI mogą wspomagać diagnostykę medyczną, monitorować stan pacjentów i prowadzić operacje zdalnie.

Autonomiczne samochody - systemy wizyjne są kluczowym elementem systemów nawigacyjnych i bezpieczeństwa w takich pojazdach.

 

Podsumowując, systemy wizyjne to dynamicznie rozwijająca się dziedzina technologii, która niesie ze sobą ogromny potencjał dla wielu dziedzin życia. Ciągły rozwój AI, ML i analizy big data będzie kształtować przyszłość systemów wizyjnych, otwierając nowe możliwości i rewolucjonizując wiele gałęzi przemysłu.

Dynamicznie rozwijająca się dziedzina systemów wizyjnych, wspierana przez postępy w dziedzinie sztucznej inteligencji, uczenia maszynowego i analizy dużych zbiorów danych, ma obiecującą przyszłość. Już teraz przynosi znaczące korzyści dla przemysłu, logistyki, bezpieczeństwa publicznego i opieki zdrowotnej, a jej potencjał nadal rośnie. Inwestycje w rozwój systemów wizyjnych oraz ich integrację z nowoczesnymi technologiami pozwolą na pełne wykorzystanie ich potencjału, zapewniając konkurencyjność i innowacyjność w przyszłości.