PROGRAMA DE INNOVACIÓN Y DESARROLLO TECNOLÓGICO PRODUCTIVO – CONVENIO : SENA-NEW STETIC Proyecto: Sistema de visión industrial para inspección y control calidad de dientes artificiales de la línea de dos capas

Módulo 3. CAPTURA Y MEJORAMIENTO DE LAS IMÁGENES UNA OPORTUNIDAD PARA EL CONTROL DE CALIDAD EN LA INDUSTRIA NACIONAL

GRUPO GIDIA UNALMED John Willian Branch Ph.D Alejandro Restrepo Martínez Ph.D Albeiro Espinosa Ph.D Juan Carlos BriñezM.Sc Camilo Vargas Ing de Sistemas David Baena Ing Mecánico Esteban Franco Ing Mecánico Jeyson Molina Ing de Sistemas John Alejandro SotoIng de Control y Automatización (c)

1. Introducción 2. Generación de las imágenes - Sistemas de iluminación - Selección de la cámara - Selección de lentes - Tarjetas digitalizadoras 3. Mejoramiento de imágenes - Ejemplos - Actividad práctica

IMPORTANCIA DE LA IMAGEN EN VISIÓN ARTIFICIAL Se puede decir que la visión artificial es un proceso computacional donde la máquina obtiene información de una imagen, para la realización de tareas específicas. Entonces, surgen preguntas como: ¿Cómo debe ser la imagen? ¿La imagen influye en los resultados del sistema? ¿Una técnica de procesamiento opera sobre cualquier imagen? ¿Un sistema de adquisición de imágenes se ajusta a cualquier proceso?

IMPORTANCIA DE LA IMAGEN EN VISIÓN ARTIFICIAL Debido a que en visión artificial se pretende simular el proceso de visión biológico hasta cierto grado, las imágenes capturadas están influenciadas por la susceptibilidad del sistema frente a las condiciones de la escena. Entonces, surgen preguntas como: ¿Las condiciones de la escena afectan el sistema? ¿Con el montaje de adquisición se puede mejorar la imagen capturada? ¿Con técnicas de procesamiento se puede mejorar la imagen capturada?

IMPORTANCIA DE LA IMAGEN EN VISIÓN ARTIFICIAL Descripción Pre procesamientoSegmentación AdquisiciónClasificación Problema específico Analizar automáticamente un objeto a partir de imágenes

Elementos de un sistema de visión artificial Cámara Iluminación Lente Procesamiento Cámaras Lentes Diafragma Sistemas de Iluminación Una configuración simplificada de la captura consiste en una cámara, un lente, el sistema de iluminación y el objeto. El objeto es iluminado y la luz reflejada es vista por la cámara, creando la imagen por la sensibilidad del sensor. Objeto

Elementos de un sistema de visión artificial Cámara En el sensor hay una matriz de píxeles sensibles a la luz Cámara Formato Sensor1/2 " Dispositivo de imagenCCD de exploración progresiva Área de detección, H x V (mm) 6,4 x 4,8 Pixels (H x V)1392 x 1040 Tamaño Píxel, H x V (m)4.65 x 4.65 Velocidad (fps)18 Salida de vídeoIEEE-1394.a / Firewire Control de la exposiciónVia 1394 bus Temperatura (° C)0 a +50 Dimensiones (mm)80,3 x 44 x 29

Elementos de un sistema de visión artificial Cámara Hay dos tecnologías que se utilizan para los sensores digitales de imagen: 1. CCD (Charge-Coupled Device) 2. CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Tipo1/8"1/6"1/4"1/3.6"1/3.2"1/3"1/2.7"1/2.5"1/2.3"1/2"1/1.8"1/1.7"1/1.6"2/3" Diagonal (mm) Ancho (mm) Alto (mm) Área (mm 2 ) Factor de recorte

Elementos de un sistema de visión artificial Lente (Óptica) El lente enfoca la luz que entra en la cámara en una manera que crea una imagen nítida. Focal Length FL (mm)75 Maximum Camera Sensor Format1.3" Aperture (f/#)F4 - F30 Field of View, 2/3" Sensor (°)6.7 Field of View, 1/2" Sensor (°)4.9 Field of Min Working Distance (mm)27.4 Working Distance (mm)250 - ∞ Distortion 400mm WD Design Wavelength DWL (nm)

Elementos de un sistema de visión artificial Lente (Óptica) El lente enfoca la luz que entra en la cámara en una manera que crea una imagen nítida. Una imagen en foco significa que los bordes de los objetos aparecerán nítidos. Si el objeto está fuera de foco, la imagen se vuelve borrosa. Las cámara fotográficas a menudo tienen el enfoque automático, mientras que las lentes de la máquina visión, o bien tienen un foco fijo o ajustable manualmente. Enfocada Desenfocada Patrón de calibración USAF

Elementos de un sistema de visión artificial Lente (Óptica) Calculando la distancia focal para la selección del lente Sensor = 1/2“, según tabla 6.4x4.8 Distancia de trabajo = 170mm FOV= 30x40mm Distancia focal= (T. Sensor x D. Trabajo)/FOV Distancia focal 1 = (6.4x170)/30 = 36.2mm Distancia focal 2 = (4.8x170)/40 = 20.4mm

Elementos de un sistema de visión artificial Lente (Óptica) Calculando la distancia focal para la selección del lente Distancia focal 1 = (6.4x170)/30 = 36.2mm Distancia focal 2 = (4.8x170)/40 = 20.4mm Focal Length FL (mm)35 Maximum Camera Sensor Format1" Field of View, 2/3" Sensor (°)14.0 Field of View, 1/2" Sensor (°)8.2 Field of Min Working Distance (mm) 40.1 Working Distance (mm)240 - ∞

Elementos de un sistema de visión artificial Lente (Óptica) Calculando la distancia focal para la selección del lente

Elementos de un sistema de visión artificial Lente (Profundidad de campo) Define el rango de la distancia entre el lente y el objeto donde se logra un enfoque apropiado. Varios elementos influyen, entre estos la apertura del diafragma

Elementos de un sistema de visión artificial Lente (Profundidad de campo y apertura del diafragma)

Elementos de un sistema de visión artificial Sistemas de iluminación El objetivo de la iluminación en la visión artificial es obtener una aplicación robusta a través de: 1. Mejora de las características para ser inspeccionados. 2. Asegurar la repetibilidad en la calidad de las imágenes. La iluminación es la forma en que un objeto se ilumina. La luz puede ser ambiental, como en interiores o la luz del sol o luz especial que se elige de acurdo a las necesidades de la aplicación particular. La mayoría de las aplicaciones de visión artificial son sensibles a las variaciones de luz.

Elementos de un sistema de visión artificial Sistemas de iluminación (Técnicas) Backlight Ilumina el objeto desde el fondo o desde atrás para analizar el contorno o silueta.

Elementos de un sistema de visión artificial Sistemas de iluminación (Técnicas) Frontal (Superior) Ilumina el objeto desde una vista superior

Elementos de un sistema de visión artificial Sistemas de iluminación (Técnicas) Domo

Elementos de un sistema de visión artificial Sistemas de iluminación (Técnicas) Dark Field

Elementos de un sistema de visión artificial Sistemas de iluminación - Actividad práctica 1. Utiliza las linternas para capturar imágenes de una moneda implementando las siguientes técnicas de iluminación, describe las diferencias entre las imágenes. -Backlight -Frontal -Darkfield 2. Utiliza un hoja de papel blanco para simular el efecto de la luz difusa. Captura las imágenes del punto anterior y describe sus diferencias.

Situaciones no deseadas: Desenfoque: Falta de definición en regiones de la imagen. -Ajustar distancia muestra – lente – sensor

Situaciones no deseadas: Ruido: -Aparición aleatoria de señales ajenas a la imagen original.

Actividad práctica Fiji: -Abrir imagen -Aplicar Gaussian blur (Process>Filters>Gaussian blur) -Aplicar Unsharp Mask (Process>Filters>Unsharp mask) -Mejorar de contraste (Process>Enhance contrast) -Otros…

Digital Image Processing USING MATLAB, Gonzalez, Woods and Eddins Second Edition - Gatesmark Publishing (c)2009 R. Gonzales, R. Woods. (2001). Digital image processing. Segunda edición, Prentice hall, pp ISBN: Cuevas E., Zaldivar D., Pérez M., (2010) Procesamiento digital de imágenes con matlab y simulink. Primera edición, Alfaomega, pp ISBN

Machine vision for industry: Webinar conference