Sistema de Visão Computacional para Esteira Transportadora

Este trabalho apresentou o desenvolvimento de duas aplicações de sistemas de visão em um cenário prático, testada em um protótipo de esteira transportadora. Os algoritmos de visão computacional, desenvolvidos a partir de técnicas de processamento de imagens e vídeos contidos em métodos da biblioteca de programação OpenCV, foram testados com todas as não-idealidades causadas pelas condições de iluminação do ambiente, bem como as especificações amadoras dos equipamentos utilizados.

Os desfoques da câmera, bem como o reflexo de ruídos luminosos se apresentaram um grande desafio aos realces das mascaras desenvolvidas nos algoritmos. Ainda que os ensaios realizados utilizem das imagem da câmera, para obter os limites de cores dos produtos, estes produtos ficam estáticos e com uma iluminação específica. Condições essas, não reproduzíveis por toda a extensão da esteira, com objetos em movimento. Por este motivo, não é incomum encontrar câmeras industriais de sistemas de visão com ajuste de foco e brilho automático em ambientes com iluminação controlados.

O algoritmo de contagem de cor, desenvolvido com a biblioteca OpenCV, apresentou resultados satisfatórios aos objetivos iniciais. Porém, isto só foi possível por conta do ajuste das condições de iluminação do ambiente, tanto na hora da obtenção dos limites de cores de cada produto, como na hora de realizar os testes finais.

Já na implementação do código de contagem e inspeção de área, basta alguns ajustes básicos de iluminação que aumentem o contraste do objeto com os produtos para que a contagem se torne precisa. A partir disso, foca-se em obter as correções necessárias de unidades em pixel para unidades físicas de área. Mesmo utilizando parâmetros qualitativos, a correção realizada por apenas uma constante apresentou grandes distorções (na ordem de 40%) da área indicada, principalmente por conta de uma inclinação da câmera, em relação ao plano da esteira e da diferença de altura do objeto de ajuste e da caixa.

O desenvolvimento da esteira transportadora foi necessário, no ponto de vista experimental, para testar a rigidez dos algoritmos de visão computacional desenvolvidos sob condições de movimentação de peças, similares aos que ocorrem em uma linha de produção industrial. A aplicação de contagem por cor desenvolvida, quando sob condições de iluminação ideais, pode se tornar exata. No caso da aplicação de contagem com inspeção de área, por mais que seja por meio de parâmetros qualitativos, distorções na área dos objetos ocorrem quando a iluminação reflete na esteira. Por conta disso, ressalta-se a necessidade do controle adequado da iluminação do ambiente de acordo com a aplicação utilizada.

Entre as dificuldades encontradas, comenta-se a confecção da malha da esteira transportadora, onde inicialmente a ideia era utilizar de uma malha elástica para que a tensão realizada pelo esforço elástico oferecesse maior atrito no rolete com atuador. Porém, o esforço causado pela malha, impossibilitava a movimentação dos motores e era necessário regular a malha para o menos tensionado possível. A falta de tensão da malha, causava dobras da malha conforme a movimentação da esteira, e por conta disso, a malha elástica foi substituída por uma malha de EVA, que apesar de menos opaca, era mais estável.

Outra dificuldade encontrada, foi nos ajustes de limites de cor para o algoritmo de contagem por cor. Apesar de realizado um ensaio de testes, com a janela de controles deslizantes, os resultados obtidos a partir desses ensaios só eram válidos para aquelas condições específicas de iluminação. Quando aplicadas condições de iluminação diferentes das utilizadas no ensaio, erros de contagem e de detecção de cores, como os vistos na Figura 1, são observados.

Entre as sugestões futuras, que se referem à continuidade do projeto desenvolvido, estão:

1. Integrar o sistema de visão computacional e o funcionamento da lógica de automação em apenas um microcontrolador. Utilizando o mesmo código desenvolvido, sugere-se a plataforma Raspberry Pi com 4 GB de memória RAM. Porém, reduzindo a velocidade da esteira e com algumas adaptações no código, poderia ser possível utilizar o módulo ESP32 CAM.

2. Implementar uma lógica de automação que se utilize das indicações do sistema de visão computacional. Por exemplo, separar objetos de cor azul de objetos da cor verde. Neste caso, seriam necessárias bibliotecas auxiliares que auxiliem com a comunicação serial com o microcontrolador.

3. Desenvolvimento de ferramentas que corrijam os limites de cor conforme diferentes condições de iluminação, bem como ferramentas que corrijam o coeficiente de conversão de área, para objetos de diferentes alturas.