La tecnología de visión basada en eventos revoluciona el análisis del flujo de fluidos, reduciendo el volumen de datos y manteniendo una alta precisión, ideal para aplicaciones de investigación, industria y automatización.
Hoy en día, las modernas tecnologías de medición permiten la detección con alta precisión del movimiento de líquidos y gases, proporcionando así datos valiosos para numerosas aplicaciones. ¿Cómo fluye el aire alrededor de un avión? ¿Cómo circula la sangre por nuestras venas? ¿Y cómo se pueden minimizar las emisiones contaminantes en los procesos de combustión? Para ello, se analizan la velocidad, la dirección, la presión y la turbulencia dentro de un flujo con el fin de aumentar la eficiencia, garantizar la seguridad e impulsar la innovación en diversas áreas.
Existe una amplia gama de métodos para medir estos flujos, incluyendo métodos visuales como la velocimetría de imágenes de partículas (PIV). Se utilizan cámaras de alta resolución para rastrear partículas marcadas dentro de un flujo y analizar su movimiento. iLA_5150 GmbH, de Aquisgrán (Alemania), ahora también utiliza EBIV. La abreviatura significa Velocimetría de Imágenes de Partículas Basada en Eventos y es un nuevo método óptico para la visualización cualitativa y cuantitativa de flujos y velocidades de flujo. Combina la PIV con cámaras basadas en eventos, en este caso con un uEye EVS de IDS Imaging Development Systems GmbH. La innovadora tecnología de sensores de la cámara industrial permite una detección altamente dinámica y energéticamente eficiente, especialmente de movimientos rápidos y turbulentos.
Aplicación
En el método EBIV, se añaden partículas diminutas a un fluido en movimiento y se iluminan en un plano, el llamado plano de la sección de luz. Generan pulsos de luz individuales al entrar y salir de la sección de luz LED. Este cambio en el brillo local es registrado de forma independiente por los píxeles de la cámara y transmitido al PC como un flujo de datos de «eventos de cambio». A diferencia de las cámaras convencionales, los modelos basados en eventos solo reaccionan a los cambios de brillo registrados en el campo de imagen. La luz dispersa estacionaria, como la del fondo o una superficie iluminada invariable, no genera una señal de medición. Esto reduce considerablemente la cantidad de datos.
El flujo de datos contiene esencialmente información sobre qué sucede, cuándo y dónde. En detalle, estas son las coordenadas de los píxeles en el sensor, las marcas de tiempo en microsegundos de los eventos de píxeles y la información sobre los eventos: ON o OFF. Esto permite distinguir entre intensidad creciente (evento ON) y intensidad decreciente (evento OFF). Usando el software adecuado, el flujo se puede convertir en una matriz de imagen en la que están disponibles tanto la información espacial como la base de tiempo lineal del flujo. El resultado es comparable a la velocidad de fotogramas extremadamente alta de una cámara de alta velocidad.El método de medición EBIV difiere fundamentalmente de los métodos de imagen convencionales. Suelen generar grandes cantidades de datos y requieren periféricos potentes que puedan procesarlos. Para velocidades de fotogramas excepcionales de 1000 Hz o superiores, las cámaras basadas en imágenes necesarias son, en sí mismas, muy complejas y costosas. Con la tecnología de cámaras basadas en eventos, se pueden alcanzar velocidades de fotogramas comparables de 10 000 fotogramas por segundo, para lo cual solo se requieren interfaces de PC estándar, como USB, con unos pocos gigabits por segundo. El precio de los modelos basados en eventos es significativamente menor que el de las cámaras de alta velocidad equivalentes y, por lo tanto, también resulta muy interesante para instituciones de enseñanza e investigación más pequeñas», explica el Dr. André Brunn, jefe de Desarrollo de iLA_5150 GmbH.
Procesamiento posterior:
El flujo de datos se convierte en datos de imagen y se muestra en un front-end, el denominado visor EBIV, para la visualización directa del flujo en línea. El usuario también puede seleccionar el tiempo de integración, que corresponde al tiempo de exposición de una cámara de imágenes, así como los incrementos de tiempo de la secuencia, es decir, el periodo entre dos disparos consecutivos. También se pueden utilizar filtros de imagen clásicos. Con estos ajustes, el usuario puede optimizar la visualización de las trayectorias de movimiento y adaptarlas a los objetivos individuales del examen. Tanto los detalles finos del flujo como los patrones a gran escala se pueden reconocer con mayor claridad. Esta capacidad de reajustar los resultados de la medición es otra ventaja del enfoque basado en eventos.
En la visualización cualitativa del flujo en EBIV-View, las partículas se iluminan continuamente, haciéndolas visibles como trazas luminosas. Por lo tanto, el método es muy adecuado para visualizar el flujo. Sin embargo, no proporciona mediciones exactas de su velocidad ni dirección. Para un análisis numérico preciso de las propiedades del flujo, las partículas individuales se iluminan momentáneamente mediante pulsos de luz cortos y definidos en el tiempo.
Esto permite registrar su posición exacta y cuantificar su movimiento. Al comparar las posiciones de las partículas en imágenes sucesivas, se puede calcular con precisión la velocidad y la dirección del flujo, por ejemplo, mediante PIV. El resultado es un campo vectorial 2D transitorio que cambia con el tiempo; es decir, los vectores no permanecen constantes. Al igual que con el PIV clásico, las secuencias de imágenes de la cámara basada en eventos también se pueden analizar estadísticamente, por ejemplo, para determinar valores medios y fluctuaciones en la velocidad del flujo.
Cámara y software
En cuanto a la cámara, iLA utiliza una uEye XCP-E de IDS. Esta pequeña y ligera cámara industrial ofrece tecnología de sensor basada en eventos en una robusta carcasa de zinc fundido a presión (29 × 29 × 17 mm) con conexión USB Micro-B atornillada. Es compatible con todos los tamaños de objetivo con montura C estándar. Esto la hace ideal tanto para áreas industriales como no industriales. El sensor de visión basado en eventos (EVS) integrado fue desarrollado por Sony y Prophesee. Cuenta con el soporte de Metavision SDK, un conjunto perfectamente integrado de herramientas y modelos de software, API y otros recursos de formación y desarrollo de Prophesee para un análisis, una visualización y una personalización eficientes.
Basándose en esto, el visor EBIV de iLA_5150/PIVTec está especialmente diseñado para aplicaciones de visualización de flujo.Perspectiva
La optimización de sistemas y procesos fluídicos requiere un conocimiento detallado de las condiciones del flujo. Una visualización de flujo cualitativa suele ser suficiente para comprender los efectos y desarrollar mecanismos de control adecuados. Hasta ahora, sin embargo, la captura de imágenes de flujos rápidos con alta resolución temporal solía ser posible únicamente con costosas cámaras de alta velocidad. La tecnología de cámaras basadas en eventos ofrece una alternativa rentable que requiere un esfuerzo técnico significativamente menor. Estos métodos «simples» han sido escasos, especialmente en la docencia y la investigación. Gracias a la extrema reducción de datos, esta tecnología también permite el uso de varias cámaras o grandes conjuntos de cámaras sin que la periferia se convierta en una limitación para la transferencia de datos. El diseño compacto de los modelos uEye EVS también los hace ideales para aplicaciones móviles. Esto significa que, por primera vez, se pueden analizar directamente entornos de aplicación reales, sin tener que depender de modelos o canales de flujo artificiales.
En resumen: las cámaras basadas en eventos permiten una visualización y cuantificación de flujos eficiente, rentable y de alta resolución. Gracias a la pequeña cantidad de datos generados, muchos procesos pueden analizarse prácticamente en tiempo real, lo que también las hace interesantes para su uso en sistemas totalmente automatizados. Los métodos de medición de flujo consolidados, como la velocimetría por imágenes de partículas (PIV), pueden integrarse y ampliarse sin problemas. Esta tecnología se puede utilizar dondequiera que se capture información de flujo mediante cambios en la intensidad de la luz dispersa, ya sea de partículas en movimiento o superficies vibrantes.
