Affidabilità e Tecnologie 2012 Milano, 19 aprile 2012 www.vblab.it R. Sala - remo.sala@polimi.it 1

Visione delle macchine – 35 anni di storia Il testo “Digital image processing” di Gonzales-Wintz va in stampa per la prima volta nel 1977 e diventa un volume di riferimento per quanto riguarda il mondo della visione. Cosa è cambiato da allora: - hardware più potente ed economico - disponibilità di sensori ad alta risoluzione - sviluppo di nuovi algoritmi - semplificazione dello sviluppo delle applicazioni grazie a strumenti di configurazione e di librerie integrate con gli strumenti di sviluppo Tecnologia matura  crescita del fatturato del settore.

Visione delle macchine: oggi nell’industria Si tratta di una tecnologia ormai essenziale nei processi industriali, presente in tutte quelle aziende che hanno necessita di rimanere competitive sul mercato. In ambito manifatturiero i settori applicativi consolidati sono: - verifica di conformità; - misura senza contatto; - guida robot - identificazione

Visione delle macchine: oggi nel mondo Coinvolgimento di nuovi settori al di fuori del manifatturiero: settore agro alimentare (allevamenti e coltivazioni) ambito forense (identificazione) ingegneria biomedica (riabilitazione ed analisi del recupero) sicurezza (video  registrazione, sorveglianza, analisi) traffico (identificazione veicoli, supervisione) assistenza alla guida (riconoscimento segnali, angolo buio) intrattenimento (dal joystick al corpo) robotica di servizio (robot umanoidi) elettrodomestici (robot di pulizia) protezione civile (monitoraggio del territorio) con rilevanti vantaggi per i rispettivi ambiti.

matrice bidimensionale di forecettori (retina) + Visione umana Circa il 40% del cervello è impegnato nel processo di visione: dall’occhio si ha una sequenza di elaborazioni locale con moduli specializzati. . La visione umana è: matrice bidimensionale di forecettori (retina) + tridimensionalità della scena movimento delle singole parti nella scena.

(occhio, retina, corteccia cerebrale). Visione umana e visione industriale Nel quotidiano molte delle nostre azioni sono guidate dalla visione, che nel mondo biologico si chiama globalmente sistema di percezione visiva (occhio, retina, corteccia cerebrale). Nell’industria un sistema di visione è costituito da una o più telecamere connesse ad un elaboratore che, esaminando le immagini riprese con un software opportuno, estrae delle informazioni utili al processo.

Visione industriale 2D La telecamera è una matrice di fotocellule con posizione relativa nota, ciascuna delle quali restituisce un valore di luminosità (eventualmente con informazioni sul colore). L’elaboratore “non vede” ma riceve una matrice di valori di luminosità. 147 150 148 145 149 151 153 155 154 152 156 157 158 159 161 162 160 167 163 166 165 170 171 175 164 172 168 169 174 179

Visione industriale 2D Rappresentiamo una immagine in tre dimensioni facendo in modo che la luminosità sia la terza coordinata. Cosa raffigura?

Il sistema di visione “non vede” nel senso umano. Visione industriale 2D La stessa informazione rappresentata come immagine è immediatamente riconosciuta. Il sistema di visione “non vede” nel senso umano.

L’elaboratore “non vede” ma riceve un elenco di punti tridimensionali. Visione industriale 3D Rappresentiamo una immagine in tre dimensioni facendo in modo che la distanza dalla telecamera dei vari punti sia la terza coordinata. L’elaboratore “non vede” ma riceve un elenco di punti tridimensionali.

Tendenze: dall’immagine alla visione KinectFusion: Real-time 3D Reconstruction and Interaction Using a Moving Depth Camera*

Perché una applicazione di visione è complessa? Il sensore più simile alla telecamera è: - visione 2D -> fotocellula - visione 3D -> distanziometro Per l’acquisizione di un’immagine sono necessarie centinaia di fotocellule. Utilizzando una telecamera “megapixel” l’acquisizione è possibile grazie ad un unico sensore, composto da un milione di fotocellule. Per estrarre una informazione spesso anche molto semplice, è necessario trattare una enorme mole di dati. Complicazione quantitativa

Perché una applicazione di visione è complessa? Esempio: come si identificano i bordi di un oggetto? matrice di luminosità -> cambio della luminosità matrice di colori -> cambio del colore matrice di distanza -> cambio della distanza Il contorno di un oggetto presente nell’immagine cade esattamente in corrispondenza di una “variazione”. aiuta molto avere il concetto di oggetto Complicazione qualitativa

Cosa è un sistema di visione? Un sistema di visione è costituito da: una illuminazione che semplifichi l’elaborazione un sistema di ripresa opportuno 2D (matrice di luminosità) 3D (matrice di quote) un software di analisi adeguato

Cosa è un sistema di visione efficace?

Visione: attenzione a non dimentica che: Solo quando si riesce a rendere una applicazione poco più che banale si otterrà una soluzione efficace ed affidabile. La visione artificiale è efficace solo nell’ambito della variabilità produttiva ipotizzata in fase di progetto. Non esistono applicazioni “facili” o “difficili” ma applicazioni che si “sanno fare” e applicazioni che “non si sanno fare”.

I «numeri della visione»: anni 2009 /2010 MEuro anno 2009 - 2010 Germania: 520 686 Francia: 330 405 Italia: 41 65 Inghilterra: 26 31 Absolute reported sales even climbed above the one billion Euro mark and amounted to 1.13 billion Euro. L’ammontare assoluto delle vendite è arrivato a superare 1,3 miliardi di euro. 17

Mercato: ¾ interno – ¼ esportazione (eu) Figura 16 EMVA Europe remained by far the largest market for European machine vision companies.The region accounted for 67.6% of the total turnover. Looking into the European markets, once again Germany was by far the largest market in Europe and accounted for a share of 29.9% of the total sales by European companies in 2010. Il mercato europeo rappresenta il 67,6 % del fatturato delle imprese europee: questo significa oltre 800 milioni di euro (+ 164 milioni rispetto al 2009). 18

Come evolve il mercato L’Europa rimane di gran lunga il più vasto mercato per le aziende europee di soluzioni machine vision. 19

Composizione del mercato per prodotti Figura 31 EMVA Due to their lower average price, compact systems (smart cameras and vision sensors) only had an 8% share of total turnover, despite the much higher growth rate. Cameras once more were the second largest contributor to total sales and generated 346.6 million Euro in 2010 Il mercato è dominato dai sistemi di visione sofisticati (presso unitario elevato) ma danno un buon contributo le telecamere ed i sistemi compatti (smart cameras). 20

Attori della visione: il «trionfo» dei piccoli Circa la metà dei fornitori di soluzione di visione (49%) in Europa ha meno di 10 persone; solo l’ 8,7 % supera i 50 addetti.  In Lombardia stiamo promuovendo il distretto della visione artificiale.

Il mercato europeo segmentato per applicazione Figura 25 EMVA Le applicazioni di ispezione nel loro insieme coprono il 59.5% del mercato, praticamente la stessa quota del 2009. Avanza «Others». 22

Il mercato italiano segmentato per applicazione Le applicazioni di ispezione nel loro insieme coprono il 69% del mercato, con un -9% sul 2009. Avanza «Others».

Il mercato europeo segmentato per settori Figura 24 emva I settori in aumento sono quello dell’auto e dell’elettronica. 24

Grazie per l’attenzione Maggiori informazioni: remo. sala@polimi Grazie per l’attenzione Maggiori informazioni: remo.sala@polimi.it www.vblab.it Stand G49 – ISS - TEN Figura 24 emva 25