Imagen Fundamentos I
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Este documento presenta un resumen de los componentes y parámetros fundamentales de un sistema de visión, así como ejemplos de aplicaciones. En el primer ejemplo, se propone medir el diámetro de una píldora con una precisión de 25 micras. Se calcula que se requiere una cámara con una resolución mínima de 29.2 líneas por milímetro y 281 píxeles verticales.
![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)](https://image.slidesharecdn.com/imagen-fundamentos-i-1206534958411775-4/85/Imagen-Fundamentos-I-37-320.jpg)
![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](https://image.slidesharecdn.com/imagen-fundamentos-i-1206534958411775-4/85/Imagen-Fundamentos-I-43-320.jpg)
![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](https://image.slidesharecdn.com/imagen-fundamentos-i-1206534958411775-4/85/Imagen-Fundamentos-I-51-320.jpg)
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Imagen Fundamentos I
- 1. Algunas consideraciones en la selección de los componentes de un Sistema de Visión
- 2. Algunas aplicaciones de imagenEnsamblaje de hilo dentalMovilidad reducidaFarmacia: Definir rango de difusión de spray nasalPulido fibra ópticaDefectos piezas de maderaDetectar bolas de estaño
- 3. Algunas aplicaciones de imagen (II)Productos alimenticios(Código y fecha)Nivel y tapa Verificar moldesRobótica móvilVista traseraLectura de códigos
- 4. Algunas aplicaciones de imagen (III)Calidad de paneles solaresReconocimiento e inspecciónLlenado de materiales peligrososInspección intestinalQuemaduras
- 5. Algunas aplicaciones de imagen (IV)Reconocimiento de escrituraBúsqueda de coincidencias (matching)Seguridad vial
- 6. 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
- 7. Adquisición de sistema de visiónSe debe considerar:Accesorios de iluminación
- 8. Sistema integrado a la red (FTP, etc.)
- 9. Muestra inmediata del objeto de la visión
- 10. Herramientas de procesamiento de imagen (software)
- 11. Selección de monitores compatibles con sensoresEjemplos de sistemasSolución integrada (no PC)OMRONMATROX-Genesis-Hitachi
- 13. Memoria
- 16. Conectividad EthernetSony: 3.800 EurosPPT: 6.187 Euros
- 17. Parámetros fundamentales de un sistema de visiónhttp://www.edmundoptics.com/
- 18. Campo de visión
- 19. Resolución
- 20. Distancia de trabajo
- 21. Profundidad de campo
- 23. 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
- 24. 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
- 25. 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
- 26. 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
- 27. 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)
- 28. Monitores de ordenadorSegún la norma ISO 9241/3
- 29. 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)
- 30. 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)
- 31. 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)
- 32. 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
- 33. Sensor CMOS
- 34. 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)
- 35. 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)
- 36. 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
- 37. 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)
- 38. 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
- 39. Contraste/ResoluciónContraste: Tan importante como la resoluciónIluminación
- 40. Lente
- 41. 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
- 42. Separación permisible a los puntos
- 43. 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
- 44. Máxima profundidad de campo para una lenteLímite DifracciónLímite AberraciónRes. DeseadaMáxima profundidad de campoMáxima resolución
- 45. 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.
- 46. Ejemplo 1Diámetro nominalImagen ampliadadel orificio a inspeccionarToleranciapermitidaSe desea medir el diámetro del círculo ( 3 mm) con una precisión de 25m Inspección de píldoras
- 47. Ejemplo 1(II)1) Campo de visión (FOV): Se analiza sensor CCD y monitor Monitor CRTMonitor LCD
- 48. 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
- 49. Ejemplo 1(IV)25m3.5mm 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 = 25mTamaño pixel = 12.5 mEspacio (mm)=0.025mmCampo de visiónRO (lp/mm)= 1/0.025mm = 40 lp/mm
- 50. 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
- 51. 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
- 55. 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
- 56. 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 = 23,3mdonde:Tp: Tamaño del píxelR: ResoluciónNpal: Número de píxeles que representa el ancho de línea Par de líneasAncho de línea
- 57. 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)?
- 58. Sensor real > 430píxeles en la vertical
- 59. Suposición de 2 píxeles perdidos en el sensorEjemplo 2 (III)Se supone que el sensor será de 1” (640x480)12.8AP = Ts / Cv = 9.6 mm/10 mm = 0.96XRc = V(mm) / Npvs = 9.6 mm/480 = 20mdonde:Rc: Resolución de la cámaraNpvs: Número de píxeles vertical sensor16.09.61 pulgadaSensor real > 430píxeles en la vertical
- 60. Tamaño del píxel < 23,3 mEjemplo 2 (IV)Se selecciona un monitor de 19’ (1200 en vertical)Los parámetros del sistema en su conjunto serían (1 pulgada):Amplificación primaria (AP) = 0.96XLa amplificación secundaria (AS), para un monitor de 19 pulgadas : AS = 19x25.4 / 16 mm = 30,1625X La amplificación total del sistema (ATS): ATS = AP * AS = 0.96X * 30,1625X = 28.956X Resolución del sistema (Rs):Rs = Rc (m) / AP = 20 m / 0.96 = 20.83 m
- 61. Función de transferencia modulada Modulation Transfer Function (MTF)2-200 lp/mmImagen originalImagen original al pasar por una lenteImagen original (lente+escáner)MTF: Capacidad del sistema de visión de transferir contraste, a una determinada resolución (lp/mm), del objeto a la imagen.Incorpora contraste y resolución en una única especificaciónImax - IminContraste (%) = ------------------- x 100 Imax + Imin 2 lp/mm: Reducción al 90% (límite de difracción)100 lp/mm: Reducción al 20%El contraste se reduce cuando aumenta la frecuenciaInterpretación de la MTF
- 62. Ejemplo de curva MTF% ContrasteResolución de la imagen (lp/mm)
- 63. Comparación entre el lente tradicional y el doble Gauss
- 64. Software para selección de ópticaSelector de óptica
- 65. Software para selección de óptica (II)Selector de óptica
- 67. Método de Koren(http://www.normankoren.com/Tutorials/MTF5.html /)Definir patrón de pruebasCapturar imagen con sistema de visiónCon programa ImageJ obtener respuesta de escala de grisesCalibrando el sistema de visión
- 68. Método de KorenAplicar programa Matlab para determinar el MTFCalibrando el sistema de visión (II)Datos importados de ImageJMTF
- 69. Calibrando el sistema de visión (III)CognexCamera CalibrationToolbox
- 71. Ajuste de parámetros (II)
- 72. Empresas que venden hardware para imagenAlgunas empresas que producen hardware para imagenhttp://www.coreco.com/http://www.datatranslation.com/http://www.hamamatsu.com/http://www.matrox.com/http://www.qimaging.com/http://www.cognex.com/http://www.baneng.com/http://www.omron.com/http://www.pulnix.com/http://www.pptvision.com/http://www.toshiba-teli.co.jp/english/index.htmhttp://www.fairchildimaging.com/http://www.ptgrey.com/http://bssc.sel.sony.com/BroadcastandBusiness/markets/10005/market_10005.shtmlBuscador de otros fabricantes:http://www.controleng.com/buyersguidehttp://www.machinevisiononline.org/buyers_guide/Palabras clave: Machine vision, vision system, image processing, image acquisition, frame grabbers, image analysis, industrial imaging platform, vision processor, c-lens