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Introducción a la Visión por ComputadorIntroducción a la Visión por Computador

Universidad de Oviedo

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Fuentes

En la elaboración de estas transparencias se han empleado principalmente los siguientes libros:

Visión por Computador: Javier González Jiménez , Ed Paraninfo Visión por Computador. Fundamentos y Métodos: Arturo de la Escalera, Ed

Prentice Hall Industrial Image Processing. Visualk Quality Control in Manufacturing. C.

Demant, Streicher-Abel, Waszkewitz Ed Springer Digital Image Processing. Concepts Algorithms and Scientific Applications

(4ª edición). Bernd Jähne. Ed Springer Han colaborado en la elaboración de estos textos con sus apuntes y

resultados: José Antonio Cancelas Caso Ignacio Álvarez García Rafael Corsino González de Los Reyes Alfonso Fernández de Lera

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Información en internet

En la siguiente página se encuentra un macro-curso, a veces con temas repetidos, aún incompleto pero muy amplio y variado. De sus enlaces se han extraído muchas figuras.

CVonline: The Evolving, Distributed, Non-Proprietary, On-Line Compendium of Computer Vision http://www.dai.ed.ac.uk/CVonline/Contiene enlaces a muchos otros cursos que pueden aparecer repetidos en diversos temas.

• Light Measurement handbook http://www.intl-light.com/handbook/ch01.html

• The Imaging Source: http://www.theimagingsource.com/

• Geometric Framework for Vision I: http://www.dai.ed.ac.uk/CVonline/LOCAL_COPIES/EPSRC_SSAZ/epsrc_ssaz.html

Matlab (6.1) , en su toolbox de Image Processing además de ofrecer ayuda acerca de las funciones que contiene explica conceptos de procesamiento de imágenes

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¿Qué es la VC?

Conjunto de técnicas para obtener información útil de una o varias imágenes por medio de un dispositivo electrónico programable

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Disciplinas afines

PROCESAMIENTO DE IMAGENTransformación de una imagen en otraObjetivo: Calidad de la imagen

VISION POR COMPUTADORExtracción de características de una imagenObjetivo: Información contenida en la imagen

VISION ARTIFICIALAplicación de la VC a la industriaObjetivo: Control de un sistema automático usando información visual

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Tecnología Multidisciplinar

Mecánica Luminotécnica Ingeniería Industrial

Optica Procesamiento de señal Ingeniería de Software

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Pasos en un proyecto de VC

Adquisición de imagen Preprocesamiento Detección de contornos Segmentación Extracción de características Reconocimiento y localización de objetos Interpretación de la escena Actuación en función de la interpretación

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Indice General

Introducción Ejemplos Concepto de imagen Equipamiento para VC

Iluminación Opticas Cámaras Procesadores Software Sistemas Integrados

Modelo de la cámara

Relaciones entre pixels Dominios de tratamiento de la imagen. Preprocesamiento

Transformada de brillo Suavizamiento Detectores de contorno

Segmentación dirigida a los contornos Segmentación dirigida a las regiones Extracción de descriptores Ejemplo de aplicación Visión 3D

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Ventajas e inconvenientes

Versátil Barata Información múltiple Sin contacto Unica alternativa Similar humano

Seguridad Inspección uniforme Inpección completa

Incipiente Cara Respuesta lenta Solo escenas simples Entornos restringidos Iluminación crítica

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Aplicaciones

Control de calidad Clasificación Medición Guiado de móviles Control remoto Diagnosis OCR Reconocimiento

Industria Medicina Cine y televisión Seguridad Aplicaciones militares Cartografía Astronomía Meteorología

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Mercado de la visión industrial

Cuotas por tipo de aplicación

Metrología 3D

18,1%

Metrología 1D y 2D37,4%

Guiado23,8%Inpección

20,6%

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

945,3

789,9

664,1

562

478,8411,2

356,6

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Mill

ones

de

dóla

res

Mercado de visión industrial en Europa

Fuente: Frost & Sullivan

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La luz

R. electromagnética Longitud de onda Propagación rectilínea

Reflexión Refracción Interferencia

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La luz y el color

Color Longitud de onda (nm) Rojo 760-630 Naranja 630-590 Amarillo 590-560 Verde 560-490 Azul 490-440 Indigo 440-420 Violet 420-380

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La luz dentro del espectro electromagnético

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Los vecinos de la luz visible

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La energía de la luz

E=h*c/ o equivalentemente E=h* Siendo h la cte. de Planck h=6.523*10-34 Js Siendo c la velocidad de la luz c=(2.998 x 108 m s- 1)

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La luz visible

El lumen (lm) es el equivalente fotométrico al vatio, ponderado para corresponder con la respuesta del ojo de un “observador standard”.  1 watt at 555 nm = 683.0 lumens

El ojo humano es capaz de detectar un flujo de aprox.10 fotones a una = 555 nm; esto se corresponde con una fuente radiante de 3.58 x 10-18 W (or J s-1).  Analogamente puede detectar un flujo mínimo de 214 fotones/s a 450

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Comportamiento luz: reflexión.

Reflexión:El ángulo entre el rayoincidente y la normal es igual al queforman el rayo reflejado y la normal.

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Comportamiento de la luz: transmisión.

La absorción de la luz por un filtro de cristal depende de su longitud de onda y del espesor del filtro. La ley de Lambert-Beer (o de Bouger) establece: log 10(1) / d1 = log10(2) / d2

Donde i es la transmitancia interna y da idea de la fracción de luz incidente que es transmitida al exterior: i =T / Pd

T: Transmisión externa Pd Factor de reflexión

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Comportamiento de la luz: refracción

Es la distorsión que sufre la luz cuando atraviesa dos medios de distintos materiales. Sufre un cambio en velocidad y en dirección (este último más apreciable).

Sigue la ley de Snell y depende de dos factores, el ángulo de incidencia del rayo y el índice de refracción del material.

n sin()= n’sin(’)

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Comportamiento de la luz: difracción

Es un fenómeno que también depende de la longitud de onda y se caracteriza por una desviación cuando la luz pasa junto al borde de una apertura estrecha. =/D

Este efecto es despreciable en la mayor parte de sistemas ópticos. Es un efecto que puede usarse para dividir un rayo compuesto en sus longitudes de onda.

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Comportamiento de la luz: interferencia

Cuando dos ondas de luz se sobreponen en fase sus efectos se suman, cuando lo hacen en contrafase se contraponen.

Los filtros de interferencias usan este efecto para filtrar selectivamente ondas por su longitud

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Manipulación de la luz

Difusión

Colimación

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Perdidas por reflexión (ley de Fresnel)

Cuando la luz incide perpendicularmente sobre una superficie que separa dos medios distintos se produce una perdida por reflexión.

2 Filtros separados por aire transmiten un 8% menos que si estuvieran unidos por “cemento óptico” o incluso agua.

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Manipulación de la luz: espejos

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La ley de la inversa del cuadrado

Define la relación entre la irradiancia desde una fuente de luz y la distancia a esa fuente. Establece que la intensidad por unidad de área es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia :

E = I / d2 o también E1 d12 = E2 d22

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Ley del coseno de Lambert

La irradiancia o iluminancia que cae en una superficie varía con el coseno del ángulo incidente.

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Formas de representación

Las coordenadas polares son la mejor manera de representar la respuesta de un detector respecto al ángulo de la luz incidente Aquí se muestran 3 curvas

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Otras representaciones

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Iluminación

Imprescindible para la correcta toma de imágenes

FUENTE

Incandescencia

Fluorescente

Láser

LED

VENTAJAS

Económica

Alta potencia

Económica

Duración

Coherente

Alta potencia

Flexible

Instantaneidad

INCOVENIENTES

Baja duración

Calor

Frecuencia de red

Baja potencia

Cara

Seguridad

Baja potencia

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Métodos de iluminación

Difusa

Estructurada

Posterior

Direccional

Otros métodos:

• Polarizada

• Estroboscópica

• En anillo

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Formación de la imagen

Objeto(3-D) Detector

(2-D)

A

B

..

Luz incidente

Luz reflejada

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Formación de la imagen

Objeto(3-D) Detector

(2-D)

A

A’

B

B’pinh

ole

. .. .

Luz incidente

Luz reflejada

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Formación de la imagen

Modelo pinhole

Uso de lentes

Objeto Detector

A

A’B

B’pinh

ole

A

A’B

B’le

nte(

s)

Centro óptico

df

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Formación de la imagen

Focal Velocidad Resolución Respuesta

Ojo 17 mm 15 fps 337.000 350-780 nm

Cámara 16 mm 25/30 fps 420.000 350-1100 nm

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Percepción de la luminancia por el ojo.

El ojo humano no responde uniformemente a todas las longitudes de onda (color).

La respuesta del ojo es más bien logarítmica antes que lineal. Percibe las diferencias relativas de luminancia igualmente bien. Puede resolver diferencias relativas del 2% (depende de ciertos

factores). Las cámaras CCD tienen un comportamiento lineal, que se puede

modificar con una ley exponencial (corrección , típicamente 0.4).

Con esta práctica se mejora el contraste de las imágenes para ser observadas por personas.

EG