Imagen Fundamentos I

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

Algunas aplicaciones de imagenEnsamblaje de hilo dentalMovilidad reducidaFarmacia: Definir rango de difusión de spray nasalPulido fibra ópticaDefectos piezas de maderaDetectar bolas de estaño

Algunas aplicaciones de imagen (II)Productos alimenticios(Código y fecha)Nivel y tapa Verificar moldesRobótica móvilVista traseraLectura de códigos

Algunas aplicaciones de imagen (III)Calidad de paneles solaresReconocimiento e inspecciónLlenado de materiales peligrososInspección intestinalQuemaduras

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

Componentes de un sistema de visión1.- Cámara y óptica2.- Iluminación3.- Sensor de posicionamiento4.- Tarjeta capturadora de vídeo5.- Ordenador6.- Software de visión7.- E/S y configuración de red

Adquisición de sistema de visiónSe debe considerar:Accesorios de iluminación

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 sensoresEjemplos de sistemasSolución integrada (no PC)OMRONMATROX-Genesis-Hitachi

Cámaras inteligentesProcesador integrado

Conectividad EthernetSony: 3.800 EurosPPT: 6.187 Euros

Parámetros fundamentales de un sistema de visiónhttp://www.edmundoptics.com/

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 sensorHVDistancia 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 enfoqueObjeto bajo estudioLenteSensor CCDProfundidad de campo

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

Parámetros fundamentales de un sistema de visión (V)f16f2f#: Es un número que describe la relación entre la longitud focal y la apertura de la lenteDistorsión: Cambio indeseado en la forma de un objeto presente en el campo de visión

Amplificación primariaPrimary magnification (PMAG)34Amplificación 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 sensorRelación 4:3 (mm)Tamaño del sensor(mm)PMAG = --------------------------------- Campo de visión(mm)

Monitores de ordenadorSegún la norma ISO 9241/3

Relación 4:3 en monitores(Aspect ratio)Aspect ratio: Relación anchura/altura Relación horizontal/vertical : 4:3La 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 secundariaSysMAG = PMAG*SMAGLo que es equivalente a:Tamaño del monitor (mm)SysMAG = ------------------------------------- Campo de visión (mm)

Tasa de transferencia del sistema(System throughput)Número de pixelsTasa de transferencia= --------------------------- Tiempo (seg)Transferencia de la carga y digitalizaciónTransferencia a la memoria VisualizaciónExposiciónTransferenciade cargasNodo de salidaAmplificacióny digitalizaciónRegistro horizontal

Resolución(resolution)Onda cuadradaResolución: Es una medida de la capacidad del sistema de visión de reproducir los detalles de un objeto.No existe “espacio enblanco” entre los píxeles a resolverSecuencia cuadrado-”espacio en blanco” suficiente1Resolución (lp/mm) = --------------------- Espacio (mm)Espacio (mm)

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

Resolución en TVCampo imparCampo parBarrido entrelazadoBarrido progresivo:Barrido de líneas essecuencial, 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 pruebasEcuaciones para obtener la frecuencia (lp/mm)Líneas de TV [V] x 1.333Resolución 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 objetoImax - IminContraste (%) = ------------------- x 100 Imax + Imin BlancoOndacuadradaContrasteNegroRelación señal-ruído (SNR, signal-to-noise ratio): Parámetro dinámico de las cámaras relacionados con el contraste1 bit es equivalente a 6db:SNR = X bits = 6X db= 2x Escala de grises

Contraste/ResoluciónContraste: Tan importante como la resoluciónIluminación

ContrasteContraste/ResoluciónResolución del sistema: Capacidad delSistema de Visión para discernir dos puntosque forman parte del objetoResolución depende del contraste: Se analizael contraste para detectar el espacio que separalos dos puntosElementos de los que depende la resolución de un sistema:Límite de difracción y errores ópticos de la lente

Separación permisible a los puntos

Habilidad para detectar el contrasteBajo f/# (Gran apertura)Alto f/# (Poca apertura)Foco óptimoProfundidad de campo(Depth of Field)Profundidad de campo: Capacidad demantener nitidez de imagen cuando elobjeto está fuera del foco óptimoProfundidad de campoCalidad aceptable [1,2]mf/# (11)35mm

Máxima profundidad de campo para una lenteLímite DifracciónLímite AberraciónRes. DeseadaMáxima profundidad de campoMáxima resolución

Pasos para la configuración de un sistema de visiónDefinir 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 1Diámetro nominalImagen ampliadadel orificio a inspeccionarToleranciapermitidaSe 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 CRTMonitor LCD

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

Ejemplo 1(IV)25m3.5mm x 4/3=4.66mm Onda cuadrada3.5mmAnteriormente se ha definido:2) Tamaño del sensor CCD: ½”3) Amplificación primaria, secundaria y del sistema: PMAG, SMAG y SysMAG3) Resolución:3.1.- Resolución del objetoRO (m)= 2 x TP = 25mTamaño pixel = 12.5 mEspacio (mm)=0.025mmCampo de visiónRO (lp/mm)= 1/0.025mm = 40 lp/mm

Ejemplo 1(V)6.4mm 4.8mm3.2.- Resolución de la cámaraTamaño del píxel de cámara (TPC, m) = PMAG x Tamaño píxel objeto (m)TPC = 1.37 x 12.5 m = 17.125 mNúmero 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 mRC (lp/mm)= RO (lp/mm) / PMAG = 40lp/mm / 1.37 = 29.2 lp/mm

Ejemplo 1(VI)ResoluciónVerticalNTSC: 525PAL: 625Resoluciónhorizontal3.2.- Resolución de la cámaraNúmero de líneas de televisión horizontales, cumple:Líneas de TV [V] x 1.333Resolución 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-lensVZM™ 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 mPar de líneas = 2 x 70 m = 140 m1 línea = 3 píxeles (Pérdida de dos píxeles en el sensor)Número de píxeles de par de líneas = 3 x 2= 6 píxelesTp = R / 2*Npal= 140 m / 2x3 = 23,3mdonde:Tp: Tamaño del píxelR: ResoluciónNpal: Número de píxeles que representa el ancho de línea Par de líneasAncho de línea

Ejemplo 2 (II)Primera aproximación del número de píxelesNpvs = Cv / Tp = 10 mm / .0233 mm = 430 píxelesdonde:Npvs: Número de píxeles de la vertical del sensorCv: Campo de visión Tp: Tamaño del píxelConsideración de la pantallaNpvp= Npvs*Npal = 430x 3= 1290donde:Npvp: Número de píxeles de la vertical de la pantallaPantalla UXGA (ancho 1200)?

Sensor real > 430píxeles en la vertical

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