Zobaczyć świat w kolorze… rewolucyjne narzędzie ColorFEX®

„Wielobarwność to mój ulubiony kolor” – przyznał kiedyś Walter Gropius, jeden z najbardziej znanych orędowników architektury i designu.

W przypadku wizyjnego przetwarzaniu obrazu ma to znacznie większe znaczenie niż jakikolwiek prosty parametr. Kiedy myślimy o kolorach, jednym z pierwszych obrazów, który przychodzi na myśl, mogą być dzieci sortujące kredki „czerwone”, „zielone” lub „niebieskie”. Podobnie kolorowy czujnik wizyjny firmy Baumer, VeriSens® Color, jest w stanie sortować obiekty według koloru.

W codziennej rutynie przemysłowej, zastosowania związane z kolorami są różnorodne i obejmują zarówno weryfikację, czy właściwy kolor przewodu jest przypisany do zacisku, montaż kolorowych luminescencyjnych diod LED, jak i kontrolę koloru zakrętki w instalacjach do butelkowania. Ale kiedy zagłębimy się w temat kolorów, wkrótce sprawy okażą się skomplikowane. Dlatego też poszukiwane jest proste i ekonomiczne narzędzie do kontroli kolorów – zwłaszcza w przypadku czujników wizyjnych.

Dlaczego to takie skomplikowane?

Przemysłowe przetwarzanie obrazu zwykle nie wykorzystuje w pełni dostarczonej informacji optycznej. Wiele aplikacji pozostawia kolor „na boku”, chyba że jest to absolutnie konieczne. Informacja o kolorze daje wiele korzyści – między innymi pozwala na wyraźne rozróżnienie podobnych obiektów. Dlaczego więc wykrywanie koloru w wielu aplikacjach ma tak małe zastosowanie? Przetwarzanie obrazu oparte na konturach i skali szarości wykorzystuje jeden odpowiednio dwuwymiarowy parametr, taki jak skala szarości, liczba, pozycja itp., podczas gdy interfejs użytkownika działa jak swego rodzaju suwak. Na przykład jeden suwak określa, że nie mogą być więcej niż trzy obiekty. Dwa suwaki ustawiają minimalny i maksymalny limit i pozwalają na odpowiednie sprawdzenie funkcji. Jednak parametr „kolor” nie umożliwia łatwych rozwiązań za pomocą suwaka lub innego jednowymiarowego graficznego interfejsu użytkownika (GUI). Dlaczego? Widzenie kolorów to percepcja – zmysł, który umożliwiają jedynie specjalne anatomiczne cegiełki. Światło dzienne zapewnia naszemu mózgowi przestrzeń. Jest to jeszcze bardziej skomplikowane ze względu na odcienie tworzone przez oświetlenie w narzędziu przetwarzania obrazu.

Wpływ tolerancji kolorów

System przetwarzania obrazu wymaga wyraźnych wartości, aby zapewnić precyzyjne wyniki. Aby odróżnić dwa kolory, potrzeba więcej niż tylko limitów 2×6 – co więcej, wszelkie przecięcia w przestrzeni kolorów 3D muszą zostać wyeliminowane. Nieodpowiednie limity mogą powodować błędy identyfikacji w późniejszej kontroli kolorów. W najgorszym przypadku niewłaściwy kolor zostanie błędnie przypisany do zdefiniowanego koloru docelowego – obiekt „NOK” zostanie zidentyfikowany jako „OK”. Co gorsza, mapowanie powierzchni obiektów jest zwykle niejednorodne z powodu odbić od struktury powierzchni, kształtu i oświetlenia, co czyni je jeszcze bardziej złożonymi i podatnymi na błędy.

Niezbędny balans bieli

Przed inspekcją koloru niezbędny jest jeden krok: balans bieli. W przeciwieństwie do aparatu, ludzkie oko jest zdolne do adaptacji chromatycznej, która może być postrzegana jako operacja balansu bieli, która działa w pełni automatycznie. Nawet przy innej temperaturze barwowej światła biały papier zostanie rozpoznany jako biały. Przed zakończeniem balansu bieli kolory obiektów często mają specyficzny „odcień”. Oświetlenie panujące na miejscu najprawdopodobniej będzie się różnić od dowolnego skonfigurowanego domyślnie przebarwienia. Przykładowe oświetlenie LED (rys.1) może powodować dość silny niebieskawy odcień na obrazie. W idealnym przypadku system przetwarzania obrazu wykona balans bieli za pomocą jednego kliknięcia myszą, używając białej powierzchni lub wykresu koloru szarości. Po operacji balansu bieli powierzchnia pojawia się w kolorze białym, który jest kolorem achromatycznym, a wszelkie przebarwienia na obrazie zostały wyeliminowane. Teraz system przetwarzania obrazu jest gotowy do konfiguracji.

Rys. 1 Balans bieli (lewy: przed ustawieniem, prawy: po ustawieniu)

Kontrola kolorów jest łatwa dla każdego: innowacyjne podejście

W przemysłowym przetwarzaniu obrazu złożona konfiguracja i związane z nią duże prawdopodobieństwo błędu to niektóre powody, dla których parametr koloru jest pomijany tam, gdzie to możliwe. Tym bardziej, jeśli chodzi o czujniki wizyjne, tutaj użytkownik nie będzie miał ochoty zaznajomić się z teorią koloru.

Dzięki VeriSens®, intuicyjnemu czujnikowi wizyjnemu, firmie Baumer udało się pokonać przeszkody w konfiguracji kontroli kolorów. Dla użytkownika na przykład jedyną rzeczą, która ma znaczenie w aplikacji, jest rozróżnienie odpowiednio „pomarańczowego” i „brązowego”, aby upewnić się, że pomarańczowy obiekt nie znajduje się w miejscu brązowego. Wymaga to nie tylko jasnej identyfikacji koloru i położenia, ale wszelkie przecięcia kolorów muszą być eliminowane równolegle. W przykładzie koloru pomarańczowego i brązowego już poziom jasności może utrudniać prawidłową identyfikację koloru. Dużo łatwiej powiedzieć „pomarańczowy” i „brązowy” niż mówić o „wymiarach przestrzeni kolorów”. Właśnie tam czujniki VeriSens® wyręczają użytkownika bezpośrednio podczas uczenia koloru: uczenie kolorów przebiega inteligentnie i trójwymiarowo w tle systemu, podczas gdy rócześnie nazwa koloru jest przydzielana ze zdefiniowanej palety kolorów. Po operacji uczenia sfera koloru z deltą tolerancji E odwzorowuje kolor i jego tolerancję, z których każda jest zdefiniowana w określonym punkcie układu współrzędnych koloru i pozwala na redukcję o jedną tolerancję każda. To jedyny krok podczas przygotowania systemu do uruchomienia.

Precyzyjne dostrajanie w celu uzyskania optymalnych wyników

Wróćmy do naszego przykładu „pomarańczowego” i „brązowego”. W przestrzeni barw 3D (L*a*b) kolory te są bardzo zbliżone. W takim przypadku „paleta kolorów” da ostrzeżenie, ponieważ nie jest zapewniona jednoznaczna weryfikacja koloru. Opcjonalnie użytkownik może przejść do interaktywnego trybu widoku 3D. Podobnie jak w układzie planetarnym, kolorowe kule pojawiają się we wszechświecie 3D, co pozwala na monitorowanie potencjalnych skrzyżowań i bezpośrednią interwencję w celu zmniejszenia tolerancji tam, gdzie jest to wymagane. Im węższa tolerancja koloru, tym mniejsza kula. Ma to wpływ na docelowy obszar koloru obiektu: jeśli tolerancje są wąskie, piksele poza granicami nie zostaną przypisane do zaprogramowanego koloru. W ten sam sposób zbyt wąskie tolerancje wraz z nierównościami na powierzchni obiektu mogą pogorszyć identyfikację koloru. Z tego powodu tolerancja nie powinna być na przykład mniejsza niż 5. I odwrotnie, tolerancja, która jest zbyt wysoka, spowoduje, że piksele innych kolorów zostaną przydzielone do koloru docelowego, co również spowoduje błędy identyfikacji.

Rys.2 Przykład kontroli koloru „pomarańczowy” i „brązowy”