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Consejos útiles sobre sistemas de Visión Artificial. Volumen 1. Lentes y objetivos
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PROCESAMIENTO DE IMÁGENES: CONSEJOS ÚTILES
Vol. 1 Lentes #1
AMIENTO GEOS ÚTILES
MEN
ÚTILESS
2
CONSEJOS ÚTILES PARA EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES
El procesamiento de imágenes es una tecnología esencial, que aumenta la precisión y la efi ciencia
en la inspección de defectos. Recientemente, la tecnología en este ámbito ha experimentado
importantes avances, produciendo resultados signifi cativos en plantas de fabricación. A fi n de
realizar correctamente el procesamiento de imágenes en el sitio de producción, es fundamental
adquirir conocimientos básicos sobre el tema.
Por lo tanto, en este documento explicaremos nociones fundamentales en materia de tratamiento
de imágenes.
01 El papel del lenteEn el procesamiento de imágenes, la luz que entra en el elemento receptor de la imagen (CCD) se convierte
en señales electrónicas, que se utilizan como datos. Para este proceso, es importante contar con un lente que
reúna la luz dirigiéndola hacia el elemento receptor. En base al principio de la refracción, el lente concentra
la luz del objeto en un solo punto, formando una imagen. En este proceso, el punto único sobre el que la luz
se ha enfocado se denomina punto focal, y a la distancia desde el centro del lente hasta el punto focal se le
llama longitud focal. Cuando se utiliza un lente convexo, la longitud focal variará en función del grado de grosor
(abultamiento) del lente. Cuanto mayor sea el grado de abultamiento, más corta será la longitud focal.
[ ¿Cómo avanza la luz que atraviesa un lente convexo? ]
A. La luz que incide en el eje de manera paralela, tras ser refractada, avanza y atraviesa el punto focal.
B. La luz que incide en el centro prosigue un trayecto recto, sin cambios.
C. La luz que atraviesa e incide desde un punto focal, avanza, tras ser refractada pasando el eje, en forma
paralela.
Vista a través del mecanismo de una cámara, la luz emitida desde un objeto situado más allá del punto focal de
un lente convexo, se refracta en éste último y se proyecta como una imagen cuyo plano vertical y horizontal se
han invertido. A esta imagen se le denomina imagen real, y si se coloca un elemento receptor de imagen aquí,
se captará la proyección de dicha imagen real.
A
B
C
Vol. 1 Lentes #1
Centro del lente convexo
Eje del lente convexoPunto focal
Punto focal
Imagen real
Objeto
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CONSEJOS ÚTILES PARA EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES
02 Tipo de lentes empleados en el procesamiento de imágenesLentes CCTV Estos lentes son para circuitos cerrados de televisión, y se emplean principalmente para aplicaciones de
inspección en el ámbito de la automatización industrial, así como para aplicaciones de vigilancia en las áreas
contra la delincuencia y prevención de incendios. Debido al limitado número de elementos del lente y su relativa
sencillez, estos lentes son compactos y de bajo costo. En general, estos lentes pueden llevar a cabo una
corrección de la aberración uniforme, independientemente de la distancia hacia el objeto.
Lente CCTV de uso general Serie CV-L Lente de baja distorsión Serie CA-LHR
¿Qué nos hace diferentes?Los lentes KEYENCE de
procesamiento de imágenes
utilizan internamente ocho capas
de cristal de baja dispersión y,
en comparación con los lentes
normales de CCTV, aprovechan
un diseño óptico que limita la
distorsión y la aberración cromática
al mínimo.
Lentes telecéntricos Estos son lentes organizados para conducir la luz principal a través del punto focal en un ángulo de 0° de visión.
En otras palabras, estos lentes se han diseñado para hacer que la luz principal avance paralelamente al eje
óptico del lente. Gracias a que el eje óptico es paralelo, es más difícil que se genere una distorsión y se hace
posible obtener con gran precisión el tamaño y la posición del objeto. Los lentes telecéntricos demuestran su
verdadero valor cuando se requiere un gran aumento, baja distorsión y mayor profundidad de campo para el
procesamiento de imágenes.
La efi cacia de los lentes telecéntricos
Vol. 1 Lentes #1
Lado del CCDLado del CCD
Lado del objeto Lado del objeto
Lentes telecéntricosLa imagen está enfocada, dejando el
tamaño del objeto sin cambios.
Lentes CCTV normalesLa imagen es borrosa y el tamaño del
objeto cambia.
Apertura
Margen de error
Lente normal Lente telecéntrico del lado del objeto
Cuando la distancia entre la cámara y el objeto se ha movido 3 mm 0.12"
Imagen original
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CONSEJOS ÚTILES PARA EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES
03 Estructura de un lente CCTV (Serie CA-LH/LHR)Estructura fl otante La estructura fl otante es una función que mueve por separado los grupos delantero y posterior de un conjunto
de lentes múltiples. Gracias a esto, se logran obtener alta resolución y excelente contraste, desde distancias
cortas hasta el infi nito.
[ Diseño óptico optimizado mediante lentes múltiples y estructura fl otante ]Con el fi n de obtener el mejor rendimiento de múltiples lentes, se emplea una estructura fl otante que mueve
de forma independiente cada grupo de lentes internos (delantero y posterior). Cuando el grupo delantero del
conjunto de lentes se mueve durante el ajuste de enfoque, la estructura sitúa el grupo posterior en la mejor
posición, para optimizar la corrección de la distorsión. Se alcanza un alto rendimiento si se mantiene constante
la relación de posición de los grupos de lentes, en condiciones óptimas entre rangos de gran proximidad hasta
el infi nito.
[ Ilustración de la estructura del lente ]
Adopción de lentes asféricos A través de la adopción de lentes
asféricos, que exhiben una forma no
esférica, es posible limitar las aberraciones
ópticas y obtener imágenes más nítidas.
[ Lentes esféricos y lentes asféricos]
Montaje del lente El montaje de los lentes, que sirve de empalme entre la cámara CCD y el lente, viene en una variedad de tipos,
y si los requisitos preexistentes a cada lado de la montura del lente no se cumplen completamente, no se podrá
mantener la compatibilidad entre la cámara CCD y el lente. Debido a que ocurrirían problemas mecánicos que
conciernen la estructura y dimensión de los acoples, y problemas ópticos relacionados con la distancia focal del
lado del CCD, es necesario confi rmar la montura de la cámara CCD que se utilizará a la hora de seleccionar los
lentes. Un montaje para cámara CCD que se utiliza a menudo en la industria de la automatización industrial es
el montaje C. Este tipo de montura tiene un diámetro interior de 25.4 mm 1.00" (1 pulgada) y una separación de
0.794 mm 0.03" (32 TPI).
Vol. 1 Lentes #1
Grupo delantero Grupo delanteroGrupo posterior Grupo posterior
Eje óptico Eje óptico
Aberración esférica
El grupo posterior se mueve durante el enfoque, corrigiendo la distorsión.
Punto focal de los rayos de luz que pasan a través de los extremos del lente
Punto focal de los rayos de luz que pasan cerca del centro del lente
Eje óptico
Corrección para el grupo posterior(fl otante)
Corrección para el grupo posterior(fl otante)
Infi nito
Lentes esféricos Lentes asféricos
Gran proximidad
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CONSEJOS ÚTILES PARA EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES
04 Características del lenteEn la industria de la automatización fabril, a la distancia entre el objeto a inspeccionar y el lente del
procesamiento de imágenes se le llama generalmente distancia de trabajo (WD), y el área de la imagen
se refi ere como campo de visión. El campo de visión está determinado por el tipo de lente y el tamaño en
pulgadas, de la distancia de trabajo y el CCD.
Distancia de trabajo (WD) Esto es la distancia desde el extremo del lente hasta el objeto, cuando el punto focal está alineado con el
objeto. Se le conoce también como distancia de funcionamiento. Con el CCD, forma una expresión proporcional
que dice Distancia de trabajo es a Campo de visión como Longitud focal a Tamaño del CCD (Distancia de
trabajo : Campo de visión = Longitud focal : Tamaño de CCD).
Longitud focal La "longitud focal" es una de las especifi caciones del lente. Como modelos representativos, los lentes utilizados
para la automatización industrial vienen en especifi caciones de 8 mm 0.32", 16 mm 0.63", 25 mm 0.98" y
50 mm 1.97". La distancia de trabajo (WD) puede equipararse a la posición que se alinea con el punto focal del
campo de visión y la longitud focal necesaria para el objeto que se desea capturar.
El tamaño de la distancia de trabajo y del campo de visión están determinados por la longitud focal del lente
junto con el tamaño del CCD y, para rangos que están entre la menor distancia posible, en la que no es
necesario un anillo de aproximación, o a una distancias mayor a ésta, la relación se puede representar con la
siguiente expresión proporcional.
WD : Campo de visión = Longitud focal : Tamaño de CCD
Ejemplo: Utilizando un lente con una distancia focal de
16 mm 0.63" y un CCD con un tamaño de 3.6 mm 0.14", al
seleccionar un campo de visión de 45 mm 1.77", se obtiene una
distancia de trabajo (WD) de 200 mm 7.84".
Campo de visiónÉsta es el área de imagen dentro del intervalo de la distancia de trabajo. En general, cuanto mayor sea la
distancia de trabajo entre el objeto y el lente, más amplio será el campo de visión (ángulo de visión). Asimismo,
el ancho del campo de visión se determina de acuerdo a la distancia focal del lente. El ángulo del intervalo en
el cual se puede utilizar el lente para capturar imágenes, en lo que respecta al campo de visión, se denomina
como ángulo de visión o ángulo visual. Dado que el ángulo de visión aumenta, conforma la longitud focal del
lente se acorta, el campo de visión se ensanchará. De modo opuesto, se pueden ampliar los objetos distantes
si la longitud focal se alarga.
Ejemplo
Vol. 1 Lentes #1
Campo de visión
Ángulo de visión Ángulo de visión
Tamaño de CCD
45 mm1.77"
3.6 mm0.14"
16 mm0.63"
WD=200 mm7.84"
Distancia de trabajo (WD) Longitud focal
Longitud focal
Elemento receptor de imagen (CCD)
Elemento receptor de imagen
Longitud focal
Lente
KMX1-1080
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(81) 8220-7900KEYENCE MÉXICO S.A. DE C.V.CorporativoLázaro Cárdenas PTE. 1007-301, Fracc. Santa Bárbara C.P. 66266San Pedro Garza García, Nuevo León, MéxicoTeléfono (81)8220-7900 Fax (81)8220-9097
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