Una descripción técnica de los requisitos de imágenes y los desafíos ópticos en entornos submarinos

Los robots de limpieza de piscinas se basan en una combinación de movilidad, detección y percepción visual para navegar y realizar tareas de limpieza. Si bien muchas personas asocian estos robots con cepillos, motores y sistemas de filtración, lente de la cámara Es uno de los componentes más importantes que permiten un seguimiento submarino preciso y la toma de decisiones.

1. ¿Por qué los robots de piscina necesitan un sistema de visión subacuática?

Los robots de limpieza de piscinas modernos suelen incluir al menos un módulo de cámara.

La cámara cumple varias funciones:

• Observación de las paredes de la piscina, las esquinas y la superficie del fondo.
• Asistencia en la navegación y planificación de rutas.
• Detección de residuos, manchas o áreas que requieren limpieza repetida
• Evitar obstáculos como escalones, desagües o accesorios de la piscina.
• Admite retroalimentación en tiempo real o monitoreo remoto

Un diseño bien diseñado lente subacuática garantiza que el robot recopile información de imagen confiable incluso en entornos con reflejos, turbidez o iluminación inconsistente.

2. Desafíos ópticos exclusivos de la obtención de imágenes subacuáticas

A diferencia del aire, el agua modifica significativamente el comportamiento de la luz:

Refracción y pérdida del campo de visión

El agua tiene un índice de refracción más alto, lo que reduce el campo de visión efectivo (FOV).

Para compensar esto, las lentes subacuáticas a menudo requieren ángulos de visión extremadamente amplios.

Absorción y dispersión de la luz

El agua absorbe la luz más rápidamente y las partículas suspendidas la dispersan.

Esto afecta la claridad, el contraste y la precisión del color.

Reflexión de las superficies

Las paredes y la superficie del agua pueden crear fuertes reflejos o puntos deslumbrantes.

Presión y exposición

Los componentes deben soportar la inmersión a largo plazo, la presión del agua y la exposición a productos químicos (cloro, agua salada, agentes de limpieza).

Estas condiciones hacen que el diseño óptico submarino sea fundamentalmente diferente al de las cámaras de vigilancia o de consumo normales.

3. Parámetros clave en el diseño de lentes subacuáticas

(1) Longitud focal (EFL)

Una distancia focal más corta proporciona un campo de visión más amplio.

Las aplicaciones subacuáticas a menudo requieren distancias focales ultracortas (por ejemplo, 0,98 mm a 2 mm) para contrarrestar el estrechamiento refractivo.

(2) Apertura (número F)

Un número F más bajo (como F1.6–F2.0) ayuda a aumentar el brillo en condiciones de poca luz, especialmente en el fondo de la piscina o en áreas sombreadas.

(3) Campo de visión (FOV)

La obtención de imágenes de gran angular es esencial.

Las lentes subacuáticas típicas para robots de piscina pueden alcanzar:

• Horizontal: 150°–180°
• Vertical: 150°–180°
• Diagonal: hasta 200°

Este campo de visión panorámico permite al robot comprender su entorno con puntos ciegos mínimos.

(4) Estructura óptica (por ejemplo, 2G3P)

Las estructuras de lentes híbridas combinan elementos de vidrio y plástico para equilibrar:

• Corrección de distorsión
• Peso
• Estabilidad térmica
• Rentabilidad

Los elementos de vidrio mejoran la durabilidad y reducen la deformación óptica bajo el agua.

(5) Recubrimiento y transmitancia

Una alta transmitancia (por ejemplo, Tavg ≥ 90 %) es crucial para:

• Reducir la pérdida de luz
• Mejorar la visibilidad en aguas turbias
• Mantener la fidelidad del color

Los recubrimientos también ayudan a resistir rayones y exposición a químicos.

(6) Compatibilidad del sensor

Las lentes subacuáticas generalmente se combinan con sensores como el Sony IMX390, que ofrecen:

• Alto rango dinámico
• Buena reproducción del color
• Sensibilidad a la poca luz
• Estabilidad para funcionamiento continuo

(7) Protección impermeable y ambiental

Los niveles de protección como IP67 o IP68 son esenciales para:

• Prevenir la entrada de agua
• Evite el empañamiento
• Mantener la claridad durante la inmersión a largo plazo

Los rangos de temperatura de funcionamiento como -20 °C a +70 °C garantizan el rendimiento ante los cambios estacionales.

4. Escenarios de aplicación en robots de limpieza de piscinas

Una lente submarina contribuye a múltiples funciones robóticas:

• Mapeo de la geometría de la piscina para la navegación
• Detección de partículas finas o manchas de suciedad
• Monitoreo del posicionamiento del robot con respecto a paredes o pendientes
• Apoyando algoritmos de IA que clasifican escombros o condiciones de la superficie
• Mejorar la seguridad y reducir los riesgos de colisión

Con un amplio campo de visión e imágenes submarinas estables, el robot puede operar de manera más eficiente y autónoma.

5. Tendencias futuras en el diseño óptico subacuático

A medida que los robots de limpieza de piscinas se vuelven más avanzados, las lentes subacuáticas seguirán evolucionando en la dirección de:

• Mayor resolución para una mejor detección de objetos
• Imágenes mejoradas con poca luz
• Materiales más duraderos para resistencia química.
• Recubrimientos antivaho y antirreflejos mejorados
• Integración con sistemas de visión basados ​​en IA

Estas mejoras ayudan a los robots a adaptarse a entornos de piscinas tanto residenciales como comerciales.