L l'image exploitable. Et c'est une sc a vision a de nombreuses applications industrielles, de l'identification au contrôle qualité. Ces applications mettent en jeu nombre d'éléments matériels et logiciels. Une caméra comprend en effet une optique et un capteur électronique, et la partie logicielle traite les informations en fonction de l'application à mettre en œuvre. Chacune de ces parties a un rôle important dans la qualité du résultat. Mais un élément est souvent négligé, voire oublié: l'éclairage.

L'éclairage a pourtant une importance capitale en vision: c'est de lui que dépend la qualité de l'image. « C'est le point de départ de toute application, affirme Bernard Hauzeur, administrateur délégué de l'intégrateur Rovitech. Si l'éclairage est de qualité, le système a de grandes chances d'être efficace avec les performances des logiciels actuels. » Son influence sur le résultat de l'application est toutefois souvent sous-estimé. Notamment parce que le rôle de l'éclairage est mal connu. « Nous organisons des formations d'une durée de deux jours sur le sujet. Cela surprend les clients, mais pourtant c'est très court, ra-conte Arnaud Mestivier, directeur commercial d'Effilux . Je commence toujours par expliquer à quoi sert un éclairage pour système de vision. » Éclairer, mettre en valeur un défaut ? Oui, mais pas seulement. « Le rôle de l'éclairage est surtout de s'affranchir de l'influence de l'environnement , explique-t-il. Il sert à se mettre dans une situation robuste,très stable,afin que la caméra voie toujours la même chose. Ce n'est qu'une fois que cela est accompli que l'on cherche à mettre en valeur les éléments que l'on veut détecter. Cette approche surprend beaucoup les clients ».

Mettre les défauts en évidence

L'éclairage permet également de donner un contraste à l'image, de faire ressortir les éléments que l'on cherche à analyser. « On peut utiliser le système de traitement d'image le plus performant, si l'éclairage n'est pas adapté, l'application sera un échec ou n'atteindra pas les performances escomptées », continue Bernard Hauzeur (Rovitech). Si le défaut ne ressort pas assez clairement, il sera difficile de faire le tri entre ce qui est correct et ce qui ne l'est pas. Et ce tri doit être répétable dans le temps. « D'après notre expérience, l'éclairage compte pour 80 % de la réussite de l'application », estime Philippe Berger, directeur des opérations chez Stemmer Imaging.

Les systèmes d'éclairage peuvent avoir des formes très variées. Chacune permet de mettre en valeur différents éléments de l'objet à examiner.

Obtenir une image exploitable n'est néanmoins pas intuitif. « Il ne s'agit pas d'avoir une jolie image, c'est un critère subjectif. La vision industrielle fonctionne à la quantification du pixel, et pas au rendu », prévient Philippe Berger. « L'œil est relié à un cerveau,pas la caméra », ajouteArnaud Mestivier (Effilux).Ainsi, pour une lecture de codes, il faut obtenir une image noire sur blanc. Pour détecter un contour, les bords de l'objet doivent se détacher très nettement. L'œil, lui, est capable de reconnaître tout cela malgré une image peu contrastée.De plus,nous sommes capables de bouger, de trouver une bonne orientation pour s'affranchir d'un reflet. « La caméra, elle, est fixe, insiste Arnaud Mestivier .S'il y a un reflet, on ne peut pas l'effacer. » Il ne faut donc pas se fier à son œil, mais se demander comment la lumière va se réfléchir sur la matière avant d'atteindre le capteur.

Pour se convaincre de l'importance de l'éclairage dans l'obtention d'une image exploitable, rien ne vaut une démonstration. « L'un des exemples les plus flagrants, c'est de regarder une pièce noire avec un éclairage incident ou un rétroéclairage. Ce dernier est plus fiable, il évite les reflets », décrit Philippe Berger (Stemmer Imaging). Sur son site internet, Cognex propose un guide montrant différentes images d'un même objet obtenues avec différents types d'éclairages ⁽¹⁾ .Siladifférence est parfois criante d'un éclairage à l'autre, les situations peuvent être plus nuancées. « Les types d'éclairage deviennent alors plus complexes. Certains contrôles peuvent nécessiter plusieurs éclairages. Si l'on veut par exemple mettre en exergue des creux ou des arêtes, il faudra parfois une séquence de plusieurs prises de vue, avec des éclairages différents », explique Philippe Berger.

Effilux L'éclairage doit être considéré comme le point de départ de toute application de vision. Il met en valeur certains éléments d'une pièce, pour rendre l'image plus facile à traiter.

Une mauvaise mise en œuvre de l'éclairage a des conséquences très concrètes: « L'approximation se traduit par de bonnes pièces qui finissent à la poubelle,des mauvaises qui arrivent chez les clients,ou encore des arrêts machines pour refaire les réglages », prévient Guillaume Mazeaud, Pdg deTPLVision. « Avec un éclairage imparfait, on n'utilisera pas la performance de l'outil à bon escient, ajoute Guillaume Paillisse, responsable des ventes chez Cognex. Le calcul va compenser un défaut de qualité du système plutôt que compenser les variations liées au process, comme un changement d'aspect de la matière. On n'atteindra donc pas l'efficacité maximale. » Pour Philippe Berger (Stemmer Imaging), se reposer sur les capacités de calcul de l'application pour corriger un mauvais éclairage est un raisonnement à court terme : « Mieux vaut compenser l'éclairage lui-même pour se rapprocher des conditions optimales ».

Penser à l'environnement

Ainsi, l'éclairage est à prendre en compte dès le début du projet. Trop souvent, cet aspect n'est considéré qu'à la fin, et il est parfois trop tard. « Généralement, à ce stade, on ne veut plus mettre de budget supplémentaire, observe Maren Sowa-Gueuble, responsable commerciale chez Schott. Les revendeurs ou intégrateurs nous demandent donc souvent des systèmes correspondant à un budget limité. Or,comme ces systèmes n'ont pas été prévus au départ,l'intégration peut poser problème. » En effet, il faut avoir prévu l'emplacement pour la source, le passage des guides de lumière, le branchement des câbles, ou encore les contraintes liées au dégagement de chaleur. Tout cela est particulièrement critique dans le cas de la conception d'une machine. Ces limites mécaniques peuvent imposer de déclasser la solution imaginée, ou d'approcher/éloigner la source lumineuse, et donc perdre de son efficacité. Dans tous les cas, la machine risque de ne pas atteindre les performances voulues.

Ainsi, le choix du bon matériel n'est pas la préoccupation centrale en termes d'éclairage. « Les problèmes courants viennent plutôt d'une mauvaise intégration de l'ensemble des contraintes », observe Guillaume Mazeaud (TPLVision). Dans un environnement donné, de nombreux critères entrent en ligne de compte. Les changements de luminosité, de l'état de surface ou de propreté d'une pièce, voire même les reflets liés à la couleur des blouses des opérateurs: mis bout à bout, tous ces paramètres peuvent perturber l'application de vision. « On ne peut pas anticiper tout cela, mais on anticipe certaines de ces contraintes. C'est ce qui fait la différence entre un bon et un mauvais intégrateur »,estime Guillaume Mazeaud.

Mais il ne faut pas se laisser décourager par la complexité apparente de l'éclai-rage. « Parfois,le client abandonne son projet, alors qu'il pourrait être très simple à faire , ajoute-t-il. Certains détails sont négligeables par rapport au problème posé. » C'est généralement le cas pour la lecture de codes, par exemple, tandis que d'autres applications nécessitent l'intervention d'un expert, qui posera les questions importantes. Face à ce constat,TPLVision propose des kits pour apprendre à qualifier la complexité d'un projet et établir s'il pourra être effectué simplement ou nécessitera l'appel à des compétences particulières.

Déporter la source de lumière permet de gagner de la place dans les applications où le volume est une contrainte forte.

Le recours à un intégrateur est le plus sûr moyen d'obtenir le résultat attendu. « En plus de savoir quelle sera la bonne caméra ou le bon objectif, il sait intégrer tous les paramètres dont le client n'a pas conscience, plaide Guillaume Mazeaud. L es uti-lisateurs finaux sont éduqués pour aller à la pêche à la caméra,mais ne sont pas sensibilisés pour estimer la complexité du système.D'autant que les fabricants de caméras n'ont pas intérêt à communiquer sur les projets compliqués ou les problèmes d'éclairage. » Or il ne suffit pas de choisir et assembler les meilleurs éléments de leurs gammes respectives. « Il faut étudier l'ensemble de la chaîne de valeur », conseille Philippe Berger (Stemmer Imaging). Différents paramètres entrent en compte dans le choix d'un système d'éclairage, qui ne se résument pas aux lampes. « Certains utilisateurs ne s'en rendent pas compte, et utilisent des Led classiques », observe Maren Sowa-Gueuble (Schott). L'intensité de la source lumineuse a aussi son importance, mais elle n'est pas déterminante. « En vision, on est rarement bloqué par la puissance lumineuse , note Arnaud Mestivier (Effilux). Il y a dix ans,les Led n'étaient pas encore aussi effi-caces, mais aujourd'hui, même avec une matière très noire, des temps d'exposition très courts ou encore des filtres qui atténuent la lumière, il est toujours possible de trouver une astuce. Ce ne sont pas des différences de 30 ou 40 % de puissance qui changent la donne. »

La longueur d'onde dépend de la couleur des objets à examiner, et elle peut aller de l'ultra-violet (UV) à l'infrarouge, en passant par tout le spectre visible. Une longueur d'onde précise peut être sélectionnée grâce à un filtre dédié. D'autres filtres servent à polariser la lumière. La forme est primordiale: des éclairages collimatés, rasants, ambiants ou venant de l'arrière ne mettront pas en évidence le même type de défauts. À cela doit s'ajouter une bonne orientation. Pour répondre aux contraintes d'espace, il est possible d'avoir recours à des fibres optiques, permettant de déporter la source. « Il est possible,avec cette technique,d'avoir différents types de sortie,annulaire,linéaire,ou en point. De plus, on obtient une lumière froide, compatible avec les milieux à risque explosif », détaille Maren Sowa-Gueuble (Schott). Face à ces nombreux paramètres, le fournisseur ou l'intégrateur a besoin d'un cahier des charges adapté, contenant les bonnes informations et des photos de l'application. « Il arrive que le client ne nous dise pas tout, raconteArnaud Mestivier (Effilux). Lorsqu'il y a un problème, c'est souvent un problème de communication : l'utilisateur n'a pas donné une information cruciale.Il ne se rend pas compte de ce qui est important pour nous. »Ainsi, il peut arriver qu'un utilisateur oublie par exemple de préciser qu'une buse à eau était prévue pour le nettoyage, et il ne pense pas à demander un éclairage étanche.La présence d'une autre caméra dans les environs peut parasiter l'éclairage: c'est également un paramètre à mentionner.

Détailler le cahier des charges

« Dans presque 95 % des cas, le cahier des charges n'est pas complet, confirme Bernard Hauzeur (Rovitech). Beaucoup contiennent des données métrologiques, chiffrant par exemple des défauts de circularité. Or l'application ne nécessite pas forcément de mesurer la pièce, mais surtout de savoir si elle est abimée, si elle est acceptable ou non. Une grande partie des applications que nous traitons touchent l'agroalimentaire. Or le consommateur ne va pas mesurer son filet de saumon pour vérifier s'il est bien rectangulaire et pas trapézoïdal. Il y a donc une inadéquation du cahier des charges par rapport au monde réel. » Pour ces raisons, la vision est un métier local: « nous recevons et visitons le client, pour voir comment les choses se déroulent sur sa ligne de production , continue Bernard Hauzeur. Il y a tout un accompagnement à faire pour cerner son besoin réel. »

Les éclairages deviennent de plus en plus intelligents. À l'avenir, l'intelligence permettant de les piloter devrait être de plus en plus intégrée.

Même pour une application simple, un manque d'information peut avoir de lourdes conséquences. « Contrôler les dimensions d'un bouchon de plastique n'est pas si complexe, mais si au départ l'échantillon que l'on reçoit n'est pas exhaustif,cela peut poser problème, explique Philippe Berger (Stemmer Imaging). Il suffit qu'une autre couleur arrive sur la ligne,et l'éclairage ne sera plus adapté, il faudra alors arrêter la production. » La colorimétrie, la nature des matériaux, leur état de surface sont autant de paramètres à communiquer. Toutes ces variations possibles vont affecter la qualité du résultat final.

De même, l'environnement est très important. « Il faut savoir ce qui se passe dans la machine.Y a-t-il de l'humidité, des vibrations ? Faudra-t-il des câbles de grande longueur ? », énumère Arnaud Mestivier (Effilux). Si la machine n'est pas cartérisée, l'éclairage ambiant peut varier en fonction de l'heure, mais aussi de la saison. « Cartériser une machine peut rebuter les utilisateurs, car cela rend l'accès plus difficile , note Philippe Berger (Stemmer Imaging). Mais, si l'on garde une ma-chine ouverte et que les tests sont effectués lors d'une journée sombre d'hiver, on ne va pas attendre le mois d'août pour voir comment fonctionne l'application en été ».

À partir des informations et des échantillons recueillis, des tests peuvent être réalisés en laboratoire afin de valider l'application. « 90 % de nos offres sont étudiées au préalable en laboratoire,gratuitement la plupart du temps, explique Bernard Hauzeur (Rovitech). Nous avons beau avoir sur le papier les données théoriques, cela ne suffit pas pour choisir la bonne solution. Il n'existe pas de recettes. Nous devons tester l'éclairage et utiliser une caméra pour visualiser le résultat. Si le test est concluant, nous pouvons chiffrer le coût de la solution. » C'est une démarche empirique, qui nécessite une expérience du sujet. « Les plus petits défauts sont ceux pour lesquels il est le plus difficile de trouver l'éclairage approprié.Les rayures et les taches d'oxydation nécessitent d'explorer différentes longueurs d'onde, commente Bernard Hauzeur. Il existe toujours une solution, mais il faut avoir au laboratoire un minimum d'équipements différents à tester ».

Négliger la question de l'éclairage lors de la conception d'une application de vision risque de compliquer l'intégration, ou de réduire l'efficacité du système.

Miser sur la standardisation

Les stratégies en termes de gammes varient d'un fabricant à l'autre. « Nous faisons beaucoup d'éclairages sur mesure , explique Arnaud Mestivier (Effilux), dont la société se positionne plutôt sur des solutions haut de gamme . Nous avons une gamme standard, mais il est difficile de répondre à tous les besoins avec ce type de produits.Nous vendons une solution, et pas juste une référence. » Chez Stemmer Imaging, en revanche, « nous essayons de toujours répondre avec des produits sur étagère, indique Philippe Berger. Les cas nécessitant du sur-mesure sont assez rares. Il peut s'agir d'applications où l'encombrement doit être optimisé ou,dans le domaine des semi-conduc-teurs,qui nécessitent des éclairages couleur ambre pour ne pas photosensibiliser certains éléments. »

Pour Guillaume Mazeaud (TPLVision), le marché gagnerait à être plus standardisé: « aujourd'hui, quand un client se fait livrer une machine,il veut avoir tels vérins,tels moteurs, car il ne veut pas avoir à stocker des pièces détachées venant des quatre coins du monde. Il veut rationaliser.Aujourd'hui, il est possible de faire cela avec des caméras. Et nous pensons qu'il est possible de transposer cette logique aux éclairages. » Guillaume Mazeaud y voit des avantages directs et indirects: des tests plus rapides, une qualification aisée de la complexité d'un projet, une intégration simplifiée, la limitation des coûts de gestion des pièces détachées, des équipes de maintenance formées, une négociation des prix simplifiée, ou encore la possibilité d'utiliser un éclairage consécutivement sur plusieurs projets. « Il faut réfléchir aux solutions permettant de répondre à un maximum de besoins, en ciblant des marchés verti-caux à grand volume avec une gamme réduite et flexible », ajoute-il.

« L'éclairage est un marché qui bouge énormément, observe Bernard Hauzeur (Rovitech). Le panel de fournisseurs est plus étendu que par le passé.Les éclairages en proche infrarouge (NIR) commencent à se démocratiser.Il y a de plus en plus de diversité dans les formes, notamment avec les éclairages semiannulaires.Les diffuseurs couvrent des champs bien plus grands que par le passé. La stabilité des sources lumineuses est meilleure,et les prix sont de plus en plus abordables. » « Les sources deviennent plus puissantes, avec des spectres plus larges », mentionne Maren Sowa-Gueuble (Schott). L'UV est de plus en plus courant: « ce n'est pas pour des raisons techniques, mais plutôt une mode dans les applications de traçabilité, avec les marquages fluorescents, estime Arnaud Mestivier (Effilux). Mais il est aussi possible d'obtenir de la fluorescence en vert avec éclairage rouge, par exemple ».

À l'avenir, de nouvelles gammes devraient voir le jour avec le développement du SWIR, l'infrarouge à courte longueur d'onde (de 900 à 1700nm). « Il existe en effet de plus en plus d'applications en SWIR.Avec ce type d'éclairage, on ne voit pas du tout la même chose qu'en lumière visible », décrit Arnaud Mestivier. Ainsi, l'eau apparaît opaque à partir de 1500nm, alors que certains plastiques opaques en lumière visible apparaissent translucides. « Cela va révolutionner des applications de vision, mais on n'imagine pas encore tout ce que l'on peut faire.Actuellement, ce type d'éclairage est encore cher », poursuit-il.

Le pilotage se fait quant à lui plus intelligent. « La gestion de l'éclairage, par l'intermédiaire de la caméra et du logiciel, permet par exemple de compenser automatiquement une perte d'intensité », illustre Philippe Berger (Stemmer Imaging). « Avec l'électronique intégrée, de plus en plus de drivers sont embarqués, ajoute Arnaud Mestivier (Effilux). Nous allons vers des éclairages plus intelligents, capables de s'ajuster de façon automatique selon différents modes inclus dans le driver. Auparavant, ces derniers étaient passifs et ne faisaient qu'allumer ou éteindre l'éclairage. » Ces systèmes fonctionnent à partir de microcontrôleurs, mais pourraient à l'avenir employer des cartes Ethernet, pour permettre le pilotage et la configuration à distance. « C'est un sujet sur lequel nous travaillons pour des applications sur mesure, mais notre objectif est de le standardiser »,prévoitArnaud Mestivier. Enfin, les autres éléments des systèmes de vision évoluent également, ce qui peut avoir une influence sur le choix des éclairages. « Il y a actuellement une amélioration des caméras.Les capteurs ont une meilleure sensibilité,la qualité de transmission des objectifs est de mieux en mieux maîtrisée. Tout cela peut permettre de réduire les coûts d'éclairage. Mais il faut trouver un équilibre en fonction du coût, trouver quelle combinaison est la plus intéressante », estime Philippe Berger (Stemmer Imaging). « La vision a bien évolué ces dernières années, et l'éclairage devient plus technique », résume Guillaume Paillisse (Cognex). Face à cela, « il faut se documenter sur Internet, pour se poser les bonnes questions et savoir où chercher. Mais il faut aussi se faire accompagner pour éviter les erreurs », conseille Philippe Berger (Stemmer Imaging). « Certains trouvent que l'éclairage est cher, rapporte Arnaud Mestivier (Effilux). Mais il faut avoir conscience que l'on n'achète pas juste un produit, mais de la matière grise ».

(1) http: //www.cognex.com/ explorelearn/usefultools/lightingadvisor/ ?id=9283&langtype=1036