Imagen Fundamentos I

Algunas consideraciones en la selección de los componentes de un Sistema de Visión

Algunas aplicaciones de imagen Ensamblaje de hilo dental Movilidad reducida Farmacia: Definir rango de difusión de spray nasal Pulido fibra óptica Defectos piezas de madera Detectar bolas de estaño

Algunas aplicaciones de imagen (II) Productos alimenticios (Código y fecha) Nivel y tapa Verificar moldes Robótica móvil Vista trasera Lectura de códigos

Algunas aplicaciones de imagen (III) Calidad de paneles solares Reconocimiento e inspección Llenado de materiales peligrosos Inspección intestinal Quemaduras

Algunas aplicaciones de imagen (IV) Reconocimiento de escritura Búsqueda de coincidencias (matching) Seguridad vial

Componentes de un sistema de visión 1.- Cámara y óptica 2.- Iluminación 3.- Sensor de posicionamiento 4.- Tarjeta capturadora de vídeo 5.- Ordenador 6.- Software de visión 7.- E/S y configuración de red

Adquisición de sistema de visión Se debe considerar: ,[object Object]

Sistema integrado a la red (FTP, etc.)

Muestra inmediata del objeto de la visión

Herramientas de procesamiento de imagen (software)

Selección de monitores compatibles con sensores,[object Object]

Cámaras inteligentes ,[object Object]

Conectividad EthernetSony: 3.800 Euros PPT: 6.187 Euros

Parámetros fundamentales de un sistema de visión ,[object Object]

Tamaño del sensor1”(pulgada)=25,4mm

Parámetros fundamentales de un sistema de visión (II) Campo de visión: Área del objeto que se captará por el sensor H V Distancia de trabajo: Distancia medida desde el lente de la cámara hasta el objeto

Parámetros fundamentales de un sistema de visión (III) Profundidad de campo: Es el área al frente y detrás del objeto bajo estudio que permanece enfocado por la lente. También se le denomina tolerancia del enfoque Objeto bajo estudio Lente Sensor CCD Profundidad de campo

Parámetros fundamentales de un sistema de visión (IV) Longitud focal Ángulo de visión Longitud focal: Distancia entre el sensor y la lente Ángulo de visión: Es un indicador del área del campo de visión que puede captarse

Parámetros fundamentales de un sistema de visión (V) f16 f2 f#: Es un número que describe la relación entre la longitud focal y la apertura de la lente Distorsión: Cambio indeseado en la forma de un objeto presente en el campo de visión

Amplificación primariaPrimary magnification (PMAG) 3 4 Amplificación primaria: Es la amplificación que realiza la lente de la cámara. Se define por la relación entre el tamaño del sensor y el campo de visión. Tamaño del sensor Relación 4:3 (mm) Tamaño del sensor(mm) PMAG = --------------------------------- Campo de visión(mm)

Monitores de ordenador Según la norma ISO 9241/3

Relación 4:3 en monitores(Aspect ratio) Aspect ratio: Relación anchura/altura Relación horizontal/vertical : 4:3 La relación horizontal/vertical en monitores influye en la visión de la imagen capturada por el sensor de imagen (4:3)

Amplificación secundaria(Secondary magnification) Amplificación secundaria (SMAG): Es la amplificación realizada entre el sensor de imagen y el monitor del sistema de imagen. Tamaño del monitor (mm) SMAG = ------------------------------------- Tamaño del sensor (mm)

Amplificación del sistema(System magnification) Amplificación del sistema (SysMAG): Es la amplificación total realizada entre el campo de visión y el monitor del sistema de visión. Lo anterior incluye la amplificación primaria y la amplificación secundaria SysMAG = PMAG*SMAG Lo que es equivalente a: Tamaño del monitor (mm) SysMAG = ------------------------------------- Campo de visión (mm)

Tasa de transferencia del sistema(System throughput) Número de pixels Tasa de transferencia= --------------------------- Tiempo (seg) Transferencia de la carga y digitalización Transferencia a la memoria Visualización Exposición Transferencia de cargas Nodo de salida Amplificación y digitalización Registro horizontal

Resolución(resolution) Onda cuadrada Resolución: Es una medida de la capacidad del sistema de visión de reproducir los detalles de un objeto. No existe “espacio en blanco” entre los píxeles a resolver Secuencia cuadrado-”espacio en blanco” suficiente 1 Resolución (lp/mm) = --------------------- Espacio (mm) Espacio (mm)

Resolución (II) Onda cuadrada lp= 2 pixels RC (m) =2 x Tamaño del pixel (m) Resolución de la Cámara (RC) Relaciones entre resolución cámara-objeto RO (lp/mm) =PMAG x RC (lp/mm) PMAG RC (m) RO (m) =--------------------- PMAG Resolución del Objeto (RO)

Resolución en TV Campo impar Campo par Barrido entrelazado Barrido progresivo: Barrido de líneas es secuencial, 1,2,3…6 (aplicaciones alta velocidad) Más información= http://www.videointerchange.com/pal_secam_conversions.htm

Resolución basada en líneas de TV(TV line resolution) Líneas de TV: Es una unidad de medida estándar que se utiliza en la industria para comparar cámaras analógicas, se obtiene de aplicación de patrón de pruebas Ecuaciones para obtener la frecuencia (lp/mm) Líneas de TV [V] x 1.333 Resolución horizontal (lp/mm)= ---------------------------------------------------------- 2 x Longitud horizontal del sensor (mm) Líneas de TV [V] Resolución vertical (lp/mm)= ---------------------------------------------------------- 2 x Longitud vertical del sensor (mm)

Contraste(contrast) Contraste: Diferencia entre los tonos claros y oscuros de un objeto Imax - Imin Contraste (%) = ------------------- x 100 Imax + Imin Blanco Onda cuadrada Contraste Negro Relación señal-ruído (SNR, signal-to-noise ratio): Parámetro dinámico de las cámaras relacionados con el contraste 1 bit es equivalente a 6db: SNR = X bits = 6X db= 2x Escala de grises

Contraste/Resolución Contraste: Tan importante como la resolución ,[object Object]

Separación permisible a los puntos

Habilidad para detectar el contraste,[object Object]

Máxima profundidad de campo para una lente Límite Difracción Límite Aberración Res. Deseada Máxima profundidad de campo Máxima resolución

Pasos para la configuración de un sistema de visión Definir parámetros del sistema: Campo de visión, distancia de trabajo, resolución, contraste…. Estudiar la integración de componentes: Ver el sistema como un todo, no se deben unir elementos de alta con baja calidad (lente, cámara, tarjeta y monitor). Iluminación: Posible integración de filtros, polarizadores.. Consideraciones futuras: Posibles variaciones futuras de estructuras modulares.

Ejemplo 1 Diámetro nominal Imagen ampliada del orificio a inspeccionar Tolerancia permitida Se desea medir el diámetro del círculo ( 3 mm) con una precisión de 25m Inspección de píldoras

Ejemplo 1(II) 1) Campo de visión (FOV): Se analiza sensor CCD y monitor Monitor CRT Monitor LCD

Se analizan las ecuaciones referidas a la amplificación total del sistema Ejemplo 1(III) Se supone que el sensor será de ½” Tamaño del sensor(mm) 4.8mm PMAG = --------------------------------- = ------------ = 1.37X Campo de visión(mm) 3.5mm Tamaño del monitor (mm) 19”x25.4 SMAG = ------------------------------------- = -------------- = 60.325X Tamaño del sensor (mm) 8mm SysMAG = PMAG*SMAG = 1.37x 60.325 = 82,65X

Ejemplo 1(IV) 25m 3.5mm x 4/3=4.66mm Onda cuadrada 3.5mm Anteriormente se ha definido: 2) Tamaño del sensor CCD: ½” 3) Amplificación primaria, secundaria y del sistema: PMAG, SMAG y SysMAG 3) Resolución: 3.1.- Resolución del objeto RO (m)= 2 x TP = 25m Tamaño pixel = 12.5 m Espacio (mm)=0.025mm Campo de visión RO (lp/mm)= 1/0.025mm = 40 lp/mm

Ejemplo 1(V) 6.4mm 4.8mm 3.2.- Resolución de la cámara Tamaño del píxel de cámara (TPC, m) = PMAG x Tamaño píxel objeto (m) TPC = 1.37 x 12.5 m = 17.125 m Número de píxeles verticales > 4.8mm / 0.017125 mm = 281 Resolución de cámara (m) = PMAG x RO (m) RC (m)= 1.37 x 25 m = 34.25 m RC (lp/mm)= RO (lp/mm) / PMAG = 40lp/mm / 1.37 = 29.2 lp/mm

Ejemplo 1(VI) Resolución Vertical NTSC: 525 PAL: 625 Resolución horizontal 3.2.- Resolución de la cámara Número de líneas de televisión horizontales, cumple: Líneas de TV [V] x 1.333 Resolución horizontal (lp/mm)= ---------------------------------------------------------- 2 x Distancia horizontal del sensor (mm) De lo que resulta: Líneas de TV [V]= RC (lp/mm) x 2 x DHS (mm) / 1.333 = 29.2 lp/mm x 2 x 6.4 mm / 1.333 = 281 líneas mínimas

Ejemplo 1(X) C-lens VZM™ 300 (EdmundOptics) • 4:1 Zoom Ratio• Parfocal Zoom: 0.75X - 3X• 60mm Working Distance• 2-8mm FOV on 1/2" CCD• Rugged Mechanical Design• Max. CCD Size: 2/3" Format

Ejemplo 2 (I) Se desea un campo de visión de 10mm, con una resolución de 140 m Par de líneas = 2 x 70 m = 140 m 1 línea = 3 píxeles (Pérdida de dos píxeles en el sensor) Número de píxeles de par de líneas = 3 x 2= 6 píxeles Tp = R / 2*Npal= 140 m / 2x3 = 23,3m donde: Tp: Tamaño del píxel R: Resolución Npal: Número de píxeles que representa el ancho de línea Par de líneas Ancho de línea

Ejemplo 2 (II) Primera aproximación del número de píxeles Npvs = Cv / Tp = 10 mm / .0233 mm = 430 píxeles donde: Npvs: Número de píxeles de la vertical del sensor Cv: Campo de visión Tp: Tamaño del píxel Consideración de la pantalla Npvp= Npvs*Npal = 430x 3= 1290 donde: Npvp: Número de píxeles de la vertical de la pantalla ,[object Object]

Sensor real > 430píxeles en la vertical

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