Una panoramica tecnica dei requisiti di imaging e delle sfide ottiche negli ambienti sottomarini

I robot per la pulizia delle piscine si basano su una combinazione di mobilità, sensori e percezione visiva per navigare ed eseguire le attività di pulizia. Mentre molte persone associano questi robot a spazzole, motori e sistemi di filtrazione, obiettivo della fotocamera è uno dei componenti più importanti che consentono un monitoraggio subacqueo accurato e un processo decisionale efficace.

1. Perché i robot da piscina hanno bisogno di un sistema di visione subacquea

I moderni robot per la pulizia delle piscine solitamente includono almeno un modulo telecamera.

La fotocamera svolge diverse funzioni:

• Osservazione delle pareti della piscina, degli angoli e della superficie del fondo
• Assistenza nella navigazione e nella pianificazione del percorso
• Rilevamento di detriti, macchie o aree che richiedono una pulizia ripetuta
• Evitare ostacoli come gradini, scarichi o accessori per piscine
• Supporto al feedback in tempo reale o al monitoraggio remoto

Un ben progettato lente subacquea garantisce che il robot raccolga informazioni affidabili sulle immagini anche in ambienti con riflessi, torbidità o illuminazione non uniforme.

2. Sfide ottiche uniche dell'imaging subacqueo

A differenza dell'aria, l'acqua modifica significativamente il comportamento della luce:

Rifrazione e perdita del campo visivo

L'acqua ha un indice di rifrazione più elevato, che riduce il campo visivo effettivo (FOV).

Per compensare questo inconveniente, gli obiettivi subacquei spesso richiedono angoli di visione estremamente ampi.

Assorbimento e diffusione della luce

L'acqua assorbe la luce più rapidamente e le particelle sospese la disperdono.

Ciò influisce sulla chiarezza, sul contrasto e sulla precisione del colore.

Riflessione dalle superfici

Le pareti e la superficie dell'acqua possono creare forti riflessi o punti di abbagliamento.

Pressione ed esposizione

I componenti devono resistere all'immersione prolungata, alla pressione dell'acqua e all'esposizione chimica (cloro, acqua salata, detergenti).

Queste condizioni rendono la progettazione ottica subacquea fondamentalmente diversa da quella delle normali telecamere di sorveglianza o di consumo.

3. Parametri chiave nella progettazione delle lenti subacquee

(1) Lunghezza focale (EFL)

Una lunghezza focale più corta fornisce un campo visivo più ampio.

Le applicazioni subacquee spesso richiedono lunghezze focali ultra-corte (ad esempio, 0,98 mm–2 mm) per contrastare il restringimento refrattivo.

(2) Apertura (numero F)

Un numero F più basso (ad esempio F1.6–F2.0) aiuta ad aumentare la luminosità in condizioni di scarsa illuminazione, soprattutto sul fondo della piscina o in zone d'ombra.

(3) Campo visivo (FOV)

Le riprese grandangolari sono essenziali.

Le lenti subacquee tipiche dei robot da piscina potrebbero raggiungere:

• Orizzontale: 150°–180°
• Verticale: 150°–180°
• Diagonale: fino a 200°

Questo campo visivo panoramico consente al robot di comprendere l'ambiente circostante riducendo al minimo i punti ciechi.

(4) Struttura ottica (ad esempio, 2G3P)

Le strutture delle lenti ibride combinano elementi in vetro e plastica per bilanciare:

• Correzione della distorsione
• Peso
• Stabilità termica
• Efficienza dei costi

Gli elementi in vetro migliorano la durata e riducono la deformazione ottica sott'acqua.

(5) Rivestimento e trasmittanza

Un'elevata trasmittanza (ad esempio, Tavg ≥ 90%) è fondamentale per:

• Riduzione della perdita di luce
• Migliorare la visibilità in acque torbide
• Mantenere la fedeltà del colore

I rivestimenti aiutano anche a resistere ai graffi e all'esposizione agli agenti chimici.

(6) Compatibilità del sensore

Gli obiettivi subacquei sono solitamente abbinati a sensori come Sony IMX390, che offrono:

• Alta gamma dinamica
• Buona riproduzione dei colori
• Sensibilità alla scarsa illuminazione
• Stabilità per il funzionamento continuo

(7) Protezione impermeabile e ambientale

Livelli di protezione come IP67 o IP68 sono essenziali per:

• Prevenire l'ingresso di acqua
• Evitare l'appannamento
• Mantenere la chiarezza durante l'immersione a lungo termine

Gli intervalli di temperatura di esercizio, da -20°C a +70°C, garantiscono prestazioni ottimali anche in caso di variazioni stagionali.

4. Scenari applicativi nei robot per la pulizia delle piscine

Una lente subacquea contribuisce a molteplici funzioni robotiche:

• Mappatura della geometria del pool per la navigazione
• Rilevamento di particelle fini o macchie di sporco
• Monitoraggio del posizionamento del robot rispetto a pareti o pendii
• Supporto di algoritmi di intelligenza artificiale che classificano i detriti o le condizioni della superficie
• Migliorare la sicurezza, ridurre i rischi di collisione

Grazie all'ampio campo visivo e alla stabilità delle immagini subacquee, il robot può operare in modo più efficiente e autonomo.

5. Tendenze future nella progettazione ottica subacquea

Man mano che i robot per la pulizia delle piscine diventano più avanzati, le lenti subacquee continueranno a evolversi nella direzione di:

• Risoluzione più elevata per un migliore rilevamento degli oggetti
• Immagini migliorate in condizioni di scarsa illuminazione
• Materiali più durevoli per la resistenza chimica
• Rivestimenti antiappannamento e antiriflesso migliorati
• Integrazione con sistemi di visione basati sull'intelligenza artificiale

Questi miglioramenti aiutano i robot ad adattarsi sia agli ambienti residenziali che a quelli commerciali.