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+ + Estudio Técnico Comparativo +
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Comparación de resolución visual humana y sistemas de cámaras

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+ Evaluación cuantitativa entre la agudeza visual humana de referencia y la capacidad de resolución espacial de cámaras industriales MeltTools PIXI y Basler ace 2 R para inspección de defectos. +

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Referencia Ojo Humano (40a)
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≈ 58 µm
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A 20 cm de distancia de enfoque (1 arcmin)
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Basler ace 2 R (5 px)
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56,3 µm
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WD 300 mm, HFOV 60 mm (11,26 µm/px)
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MeltTools PIXI (5 px)
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182 µm
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WD 200 mm, HFOV 70 mm (36,5 µm/px)
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Sensor Basler 25 MP
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5328×4608
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Píxel físico de 2,71 µm
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1. Resolución del ojo humano

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Límites fisiológicos y dependencia de la distancia y edad

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+ Para establecer una referencia objetiva, se considera una persona con agudeza visual normal (20/20). Como aproximación, el ojo humano puede resolver detalles separados angularmente aproximadamente 1 minuto de arco (1 arcmin = 1/60°). +

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+ La resolución expresada en micrones no es un valor fijo, ya que depende directamente de la distancia de observación. A menor distancia, el ojo puede distinguir detalles físicamente más pequeños sobre la superficie. +

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+ Relación matemática de resolución angular + Tamaño mínimo resoluble ≈ Distancia × tan(1 arcmin) +
+ +

+ Distancia mínima de enfoque según la edad +

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+ La capacidad de enfocar objetos cercanos disminuye progresivamente con la edad debido a la pérdida de acomodación del cristalino (presbicia). Valores aproximados de referencia: +

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EdadDistancia mínima de enfoque aprox.Detalle resoluble a esa distancia
20 años10 cm29 µm
30 años14 cm41 µm
40 años (Referencia)20 cm58 µm
50 años50 cm145 µm
60 años100 cm291 µm
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+ +

+ Los valores corresponden al límite de resolución angular de aproximadamente 1 arcmin. No significan necesariamente que un defecto de ese tamaño vaya a ser detectado en una inspección real, ya que también influyen el contraste, la iluminación, la forma del defecto y la agudeza visual individual. +

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+ + Referencia Práctica Adoptada +
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+ Persona de aproximadamente 40 años → distancia mínima de enfoque ≈ 20 cm → resolución ≈ 58 µm. +

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2. Resolución de una cámara digital

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Muestreo espacial y criterios de detección de defectos

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+ En una cámara digital, primero se determina la resolución espacial proyectada sobre el objeto: +

+ +
+ Resolución espacial en el plano del objeto + Resolución [µm/píxel] = HFOV [µm] / Cantidad de píxeles horizontales +
+ +

+ Luego puede determinarse cuántos píxeles ocupa un determinado defecto. Para evaluar la representación de un defecto se consideran tres criterios estándar en visión artificial: +

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+ 2 Píxeles / Defecto +

Límite de muestreo

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Criterio teórico de Nyquist. Permite detección básica de presencia de señal, pero no forma ni bordes.

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+ 5 Píxeles / Defecto +

Inspección práctica

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Criterio industrial estándar para una representación geométrica adecuada del defecto y mediciones reproducibles.

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+ 8 Píxeles / Defecto +

Inspección exigente

+

Criterio conservador que garantiza excelente caracterización de forma, bordes y clasificación avanzada.

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+ + Advertencia de Muestreo Teórico +
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+ El criterio de 2 píxeles representa un límite matemático de muestreo y no debe interpretarse como una recomendación de calidad de imagen para inspección fiable de calidad. +

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3. Cámara Full HD MeltTools PIXI

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Sensor 1920 × 1080 px con lente óptica de 12 mm

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+ Como cámara Full HD de referencia se considera la MeltTools MeltView PIXI, que proporciona una imagen de 1920 × 1080 píxeles con salida HD-SDI. MeltTools ofrece variantes de la PIXI con óptica de 12 mm, entre otras configuraciones. +

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+

3.1. WD = 200 mm

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Campo horizontal HFOV = 70 mm

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+ 70.000 µm / 1920 = 36,5 µm/píxel +
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CriterioPíxelesDefecto
Límite de muestreo2 px73 µm
Inspección práctica5 px182 µm
Inspección exigente8 px292 µm
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3.2. WD = 300 mm

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Campo horizontal HFOV = 100 mm

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+ 100.000 µm / 1920 = 52,1 µm/píxel +
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CriterioPíxelesDefecto
Límite de muestreo2 px104 µm
Inspección práctica5 px260 µm
Inspección exigente8 px417 µm
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4. Cámara Basler ace 2 R a2A5328-4gcPRO

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Sensor de ultra alta resolución 24,5 MP (5328 × 4608 px)

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+ Se evalúa la cámara industrial Basler ace 2 R a2A5328-4gcPRO con sensor de 5328 × 4608 píxeles. La configuración bajo análisis considera: +

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+ Distancia de trabajo (WD): 300 mm + Campo horizontal (HFOV): 60 mm + Resolución espacial: 11,26 µm/píxel +
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+ Cálculo de resolución sobre el objeto + 60.000 µm / 5328 px = 11,26 µm/píxel +
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CriterioPíxeles por defectoTamaño del defectoEvaluación respecto al Ojo Humano (58 µm)
Límite de muestreo2 px22,5 µmSub-resolución del ojo (supera ampliamente el umbral visual)
Inspección práctica5 px56,3 µmEquivalente al ojo humano (58 µm)
Inspección exigente8 px90,1 µmExcelente definición morfológica y segmentación de bordes
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+ Especificaciones Ópticas: Lente Basler C12-5024-25M +

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+ Esta configuración utiliza la lente Basler C12-5024-25M, una óptica C-mount de 50 mm, F2.4–F16, diseñada específicamente para sensores de hasta 25 MP. +

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    +
  • Círculo de imagen: 19,3 mm (formato 1,2").
    • +
  • Resolución óptica de diseño: 184 LP/mm para tamaño de píxel de 2,71 µm.
    • +
  • Rango de enfoque: Desde 200 mm hasta infinito.
    • +
  • Curvas de MTF (F2.4 @ WD 450 mm): +
      +
    • Centro del campo: MTF ≈ 0,53 a 140 LP/mm y 0,38 a 200 LP/mm.
      • +
    • Zona periférica (80% del campo): MTF ≈ 0,51 a 140 LP/mm y 0,36 a 200 LP/mm.
      • +
    +
    • +
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5. Comparación con la capacidad visual humana

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Confrontación directa de umbrales resolutivos

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+ Tomando como referencia a una persona de 40 años enfocando a 20 cm (resolución angular de 1 arcmin ≈ 58 µm), la comparativa global queda estructurada de la siguiente manera: +

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Comparativa de tamaño mínimo de defecto detectable (µm)

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+ Ref. Ojo 58 µm + Basler ace 2 R + MeltTools PIXI +
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+ Ojo humano (20 cm, 20/20) [Límite angular de referencia] + 58 µm +
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+ Basler ace 2 R — WD 300 mm, HFOV 60 mm (2 px - Teórico) + 22,5 µm +
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+ Basler ace 2 R — WD 300 mm, HFOV 60 mm (5 px - Inspección Práctica) + 56,3 µm (Equivalente al ojo) +
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+ Basler ace 2 R — WD 300 mm, HFOV 60 mm (8 px - Exigente) + 90,1 µm +
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+ MeltTools PIXI — WD 200 mm, HFOV 70 mm (2 px) + 73 µm +
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+ MeltTools PIXI — WD 200 mm, HFOV 70 mm (5 px - Práctico) + 182 µm +
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+ MeltTools PIXI — WD 300 mm, HFOV 100 mm (5 px - Práctico) + 260 µm +
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+ * Barras menores indican mayor capacidad de detectar detalles más finos. +
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SistemaCondiciónResolución / DefectoRendimiento Relativo
Ojo humano20 cm, 20/20≈ 58 µmLínea Base
MeltTools PIXI200 mm WD, 70 mm HFOV73 µm (2 px)Inferior al ojo humano
MeltTools PIXI200 mm WD, 70 mm HFOV182 µm (5 px)3,1× peor que el ojo humano
MeltTools PIXI300 mm WD, 100 mm HFOV104 µm (2 px)1,8× peor que el ojo humano
MeltTools PIXI300 mm WD, 100 mm HFOV260 µm (5 px)4,5× peor que el ojo humano
Basler ace 2 R300 mm WD, 60 mm HFOV22,5 µm (2 px)2,5× más fino que el ojo (teórico)
Basler ace 2 R300 mm WD, 60 mm HFOV56,3 µm (5 px)Equivalencia Práctica Directa (≈ 58 µm)
Basler ace 2 R300 mm WD, 60 mm HFOV90,1 µm (8 px)Inspección de alta confiabilidad
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6. Comparación de las lentes

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Distancia focal vs. Calidad óptica y función de transferencia de modulación

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+ La cámara MeltTools PIXI considerada utiliza una óptica de 12 mm, mientras que la configuración Basler utiliza la Basler C12-5024-25M de 50 mm. MeltTools confirma la disponibilidad de la variante PIXI de 12 mm, mientras que Basler especifica para la C12-5024-25M una distancia focal de 50 mm y una resolución óptica de diseño de 184 LP/mm. +

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+ + Error Conceptual Habitual +
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+ No es correcto concluir que la lente Basler es mejor simplemente porque tiene 50 mm frente a 12 mm. La distancia focal determina principalmente el campo de visión (HFOV) junto con el tamaño del sensor y la distancia de trabajo. La capacidad real de resolver detalles depende además de la calidad óptica intrínseca, curvas de MTF, apertura, aberraciones, enfoque, sensor y condiciones de iluminación. +

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+ En particular, para la lente Basler C12-5024-25M se dispone de información óptica cuantitativa oficial provista por el fabricante, incluyendo MTF, distorsión y resolución de diseño. Para la óptica de 12 mm de la PIXI no se dispone, en la documentación pública consultada, de información equivalente de MTF que permita realizar una comparación cuantitativa directa entre ambas lentes. +

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+ Por este motivo, los cálculos de µm/píxel realizados anteriormente deben considerarse resolución geométrica de muestreo, y no una garantía de que la óptica sea capaz de reproducir físicamente ese detalle en su totalidad. +

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7. Influencia de las aberraciones ópticas y otros factores

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Factores que degradan la resolución teórica en entornos reales

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+ La resolución calculada a partir de HFOV y cantidad de píxeles supone implícitamente que cada píxel representa correctamente la información óptica correspondiente. En un sistema real esto no ocurre de manera ideal. +

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Las aberraciones de la lente reducen la capacidad real de resolución de detalle fino:

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  • + + Aberración esférica: Pérdida de nitidez puntual en el plano focal +
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  • + + Coma y Astigmatismo: Deformación de puntos luminosos fuera del eje +
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  • + + Curvatura de campo: El plano focal adquiere forma curva no plana +
    • +
  • + + Aberración cromática: Dispersión de longitudes de onda de la luz +
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  • + + Distorsión geométrica: Deformación en barril o cojín +
    • +
  • + + Caída en bordes: Pérdida progresiva de MTF hacia los extremos +
    • +
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+ Además, la resolución real del sistema depende de la MTF de la lente, el sensor (diafonía entre píxeles, ruido térmico y de disparo), el enfoque exacto, la apertura utilizada (límite por difracción a números f altos), la iluminación estroboscópica o continua, el contraste del defecto frente al fondo y eventualmente el movimiento relativo de la pieza. +

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« µm/píxel no es equivalente a µm de resolución óptica real. »
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+ La cifra de µm/píxel indica cuánto mide un píxel proyectado sobre el objeto. Determinar si realmente se resuelve el defecto requiere considerar la óptica y la MTF conjunta cámara + lente. +

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8. Configuración seleccionada para el proyecto

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Parámetros finales adoptados para la celda de inspección

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+ Con el criterio de 5 píxeles por defecto, la configuración de la Basler permite representar un defecto de aproximadamente 56 µm, valor que empata de manera casi exacta los 58 µm correspondientes al límite angular de resolución tomado como referencia para el ojo humano a 20 cm. +

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+ + Nota de Validación Experimental +
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+ Esta equivalencia de 56 µm frente a 58 µm es una comparación de muestreo espacial geométrico, no una demostración estricta de que la cámara tenga la misma sensibilidad que la fóvea humana en cualquier espectro o contraste. Para validar definitivamente el sistema se recomienda verificar el desempeño real in-situ mediante una prueba con un patrón de calibración o diana óptica de resolución (e.g., target USAF 1951 / micro-regla certificada) de tamaño conocido. +

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Simulador Interactivo de Resolución y Defectos

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+ Modificá los parámetros ópticos en tiempo real para calcular al instante la resolución espacial proyectada y los umbrales de detección. +

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Resolución Espacial
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11,26 µm/px
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Criterio 2 px (Nyquist)
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22,5 µm
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Criterio 5 px (Práctico)
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56,3 µm
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Criterio 8 px (Exigente)
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90,1 µm
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Ojo Humano (Dist. Ingresada)
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58,2 µm
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