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Formación de las imágenes

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mailto:[email protected]

Sistema de

iluminación

Batería de cámaras

Movimientos de la banda

Línea de inspección

Óptica

Escena

Formación de Imágenes

De continua a discreta

Proceso:

Iluminación

Óptica

Sensores

Cámara

Digitalizadora ?

Fuentes de degradación

¿Calidad de una imagen?

Lente Filtro IR Difusor Sensor

Cristal protector

Caracterización de las imágenes

10log [ ]señal

ruido

PSNR dB

P

Medidas de calidad Calidad de la ópticas (PSF)

SNR (tecnología cámaras)

Resolución

Factores Iluminación

Superficies

Ópticas

Cámaras

Digitalizadoras

Entorno

Ejemplo

Iluminación

Estructurada & no estructurada

Computación Gráfica

Realismo ->interacción entre la luz y la materia

Ray Tracing

Ejemplo

Halo difusoHalo especular

Pico especular

Luz incidente

Manantial

n

Sensor

r

i i

n

Microsuperficies

planas

Iluminación


Realismo ->interacción entre la luz y la materia

Visión Artificial

Ubicar de forma óptima:

Fuentes

Objetos

Cámaras

Modelos de superficies

Textura

Superficies lisas y rugosas

Modelado

Perfiles

Aleatorios, N( , )

<< (lisas), >> (rugosas)

Cálculo de la iluminación y la luminancia

Paraxial

No paraxial

2r

I

dA

dI

dA

dE r

tgEd

IE

d

IE

HV

H

2

2

cos

cos

Ejemplo 2.2

Una superficie circular de 3 m de radio está iluminada por

una bombilla de 50 cd de intensidad constante en todas

direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la

plataforma. Calcular la iluminación máxima y mínima sobre

la superficie.

lxh

IE 5.12

2max

lx

h

IE 13.2

cos/

cos2min

Ejercicio 2

Una luminaria se sitúa en el centro de un escenario de 5m

x 2m y a una altura de 3m. La intensidad luminosa es

entregada por el fabricante según el diagrama polar

adjuntado. Calcular la iluminación en los puntos a), b) y c).

Ejercicio 2

En el punto A, la intensidad es de 150 mW/sr y el ángulo

entre la normal de la superficie y el foco es nula:

2

2

2

2

3

/6.16

/0

/6.16cos

mmWE

mmWtgEE

mmWh

IE

a

HVa

Ha

Ejercicio 2

En el punto B, la intensidad es de 130 mW/sr y el ángulo

entre la normal de la superficie y el foco es de 26.57º:

2

2

2

2

3

/5.11

/2.5

/3.10cos

mmWE

mmWtgEE

mmWh

IE

b

HVb

Hb

Ejercicio 2

En el punto C, la intensidad es de 140 mW/sr y el ángulo

entre la normal de la superficie y el foco es de 18.43º:

32

2

2

2

cos13.3 /

4.4 /

14 /

Hc

Vc H

c

IE mW m

h

E E tg mW m

E mW m


Pico especular

Luz incidente

Manantial

n

Sensor

r

i i

Radiación

Superficies:

Lambertianas (rugosas)

Especulares (lisas)

2

cos cosr r r aparente

d dI dI IL

dA d dA dA n v S

lnII in

ddd

kin

s s sI I r v


Pico especular

Luz incidente

Manantial

n

Sensor

r

i i

Modelo de Phong de Reflexión de la luz


RGB

Sin interacción

kin in in

a d s e a a d d s s eI I I I I I I n l I r v I


Pico especular

Luz incidente

Manantial

n

Sensor

r

i i

Ejemplo 2.4

Una fuente luminosa de 0.1 W/sr ilumina a una superficie. Los factores de reflexión difusa y especular sobre esta superficie son:

Los ángulos de incidencia y de colocación de la cámara son:

respecto a la normal de la superficie. Determinar la intensidad recibida Considérese que no hay interferencias de otras superficies y su emisión es nula. Utilizar el modelo de Pong. Dato: k=100.

6,

4

ri

5.0,3

1

2

1100cos 40.82

43

1100cos 1.56

2 4 6

in

d d d

kkin

s s s

mWI I n l

sr

mWI I r v

m

Técnicas de Iluminación (1/6)

Tipos básicos de iluminación Direccional, Difusa, a contraluz, estructurada

Tipos de haces luminosos por su geometría Puntual, línea, plano, corona


Direccional Inspección de piezas

iluminación uniforme,

fácil de implementar

Brillos

Colimada

Rayos paralelos


Difusión

Eliminación de contrastes en el objeto y de sombras

Difusores blancos

Inspección de piezas metálicas

Difícil de implementar

Problemas bordes

Superficies suaves


A contraluz

Opacos: formas

Extracción de siluetas

Translucidos:

Propiedades de la materia


A contraluz

Imágenes médicas

Tomografía axial computarizada

No necesariamente en el espectro visible

http://www.rtve.es/television/20110117/tecnicas-imagen-tres14/395603.shtml







Estructurada

Deformación de la luz

Peligros al usuario

Polarizadores

Especular: acromática y polarizada.

Saturación y cromaticidad

Eliminación de brillos

Luces estroboscópicas

Fuentes de iluminación

Incandescentes Bajo costo, diversas formas

Halógenas Continua & alterna

350ºC

Fluorescentes Difusa, reactancias de alta frecuencia

Láser

Led

Fibra óptica Endoscopia

http://www.youtube.com/watch?v=DanJzUi47zM

http://www.youtube.com/watch?v=DanJzUi47zM

Óptica

Concentrar los rayos sobre el

elemento sensor.

Calidad y tamaño de los objetos.

Cámara oscura (Cardan 1550)

Modelos Pin-hole

Lente delgada

Lentes

Requiere más energía

convergentes o divergentes

Parámetros de la óptica

Distancia focal, f

Distancia entre la lente y el elemento

sensor enfocando a infinito.

Ángulo visual,

A mayor f menor ángulo visual.

Diafragma, F

Potencia luminosa que le llega al

sensor.

Profundidad de campo

Volumen que es proyectado de forma

nítida.

Modelo pin-hole

Sin enfoque

Teorema de Tales

Magnificación

YZ

fyX

Z

fx

Z

f

Y

y

X

xM

Ejemplo 2.5

Para la práctica de calibración de las cámaras se ha empleado una cuadrícula tipo de ajedrez. Los lados son de 27 mm y se ha puesto la rejilla a 1 metro de distancia respecto a la cámara. Se ha empleado una cámara de píxel cuadrado de 5.6m. Las aristas de las caras se ven en 15 píxeles. ¿Cuál debe ser la distancia focal de la óptica?. ¿Qué área se visualiza, si la cámara está constituida por 357x293 píxeles?. Utilícese el modelo pin-hole.

2

23

66

2

3

6

341.0101.3

106.5293106.5357

1.311027

106.515

mx

M

yxYXS

mmf

Ejercicio 3

Se tiene una cámara de vídeo a calibrar. La óptica tiene una distancia focal de 3mm y el tamaño del píxel es de 5.6 m x 5.6 m. El número efectivo de píxeles son 357(H) x 293(V). ¿Cual es la distancia mínima que podrá ponerse una rejilla de calibración respecto de la cámara, si ésta se constituye por cuadros blancos y negros de 27mm de lado y según se observa en la figura, hay 7x9 cuadrados?.

Ejercicio 3

En la mínima distancia deberá de entrar la rejilla completa. Se parte de la hipótesis que los nueve cuadros deben de entrar en las 357 columnas, por tanto:

Habrá que observar que en las filas entrar los siete cuadrados:

Por tanto, se verifica que cuando la distancia es de 0.364 m entra por completo la rejilla.

33

6

9 27 103 10 0.364

357 5.6 10

YZ f m

y

33

6

7 27 103 10 0.345

293 5.6 10

XZ f m

x

Aberraciones(1/2)

Imperfecciones introducidas por la óptica Espectro frecuencial (Cromáticas)

Alejamiento del eje axial (geométricas)

Cromáticas (refracción)

Geométricas o Seidel Esféricas (distancia del eje axial)

Coma (rayos no paraxiales)

Astigmatismo (desenfoque en el mismo plano)

Aberraciones(2/2)

Modelos

El efecto del diafragma

F-> menores aberraciones

F-> Más iluminación

Geométricas o Seidel

Curvatura del campo (efecto del

ángulo sólido)

Distorsión (diferencia entre la

proyección ideal y la real)

dd

ud

udyxr

yrkrky

xrkrkx222

4

2

2

1

4

2

2

1

1

1

Sensores de vídeo

Cámara oscura, tubo de vacío(1923), estado sólido(1970).

Tecnologías: CCD, CID, TDI, CMOS

Efecto fotoeléctrico

Modelo radiométrico

Cuantificación y transmisión

IOA

pixelr

pixel tMF

ALn

22 14

Pixel Pixel

T1

T2

T3

T4

Puerta V1V2

Carga

Modelo radiométrico

0

2

1

r aparente r

lente r S A I

d L S d

An L A t

R

sor

pixel

sorpixelA

Ann

sen

sen

0

2

1

sensor r S A O I

An L A t

R

0

22 1

pixel

pixel r A O I

A An L t

f M

224 1

r pixel

pixel A O I

L An t

F M

2

1

2

1224 1

pe r pixel

r pixel

pe r A O I

n R n d

L An R t d

F M

Cámaras matriciales

CCD & CMOS

CCD mayor calidad

CMOS bajo costo

Color

1CCD-Bayer

3CCD-Prisma Requiere más luz

Aberraciones cromáticas

Elección de la cámara

Formato de vídeo

Resolución

Tipo de rosca

Señales adicionales Sincronismo

Autoiris

Tiempo de integración

Tecnologías de vídeo

Material de Visión Artificial: http://www.infaimon.com

Iluminación, tiempo de integración y resolución

http://www.infaimon.com/


Tipos de cámaras

Lineales

TDI

Matriciales

Entrelazadas

Progresivas

Cámara TDI

Movimientos de la banda

Líneas de inspección

Elementos TDI


Resolución & tI & Iluminación

Modelo geométrico

Pin-hole

Conversión de mm a píxeles

Aplicaciones: medición y

navegación

Parámetros

Intrínsecos: f, C y modelo lentes

Extrinsecos: T, R

i xi x x

i yi y y

x p c d

y p c d

'sy

y y

py x

nd d

n k

wi

wi

i

i

wi

wi

i

i

z

y

f

y

z

x

f

x

0

0

110 0 1

wix

wixxi

wiyi y

y wi

xfc

zdp

yfp c

d z

Calibración y formatos de ficheros

Procedimiento

Determinar con precisión un conjunto de puntos 3D del mundo exterior.

Fijar sus correspondencias con las proyecciones de estos puntos 3D sobre la imagen proyectada 2D.

Obtener mediante técnicas de optimización la mejor solución de la determinación de los parámetros intrínsecos y extrínsecos.

Coplanares o no

Ejercicio 4

Se emplea una cámara con una lente de 3mm y un sensor CMOS que tiene un pixel cuadrado de 5.6m x 5.6m. El número efectivo de píxeles es 357 (H) x 293 (V). Se ha colocado una plantilla de calibración a 500 mm respecto al eje de referencia en la cámara. Sabiendo que los lados del cuadrado son de 27mm y que las coordenadas XYZ del punto indicado en la rejilla son (50,50,500). Determinar en qué píxeles de la cámara se proyectan las cuatro esquinas del cuadrado seleccionado. Considérese que no hay distorsión en la lente, el eje axial de la lente pasa por el centro del elemento sensor y que los ejes de proyección son ortonormales.

Ejercicio 4

El modelo pin-hole de la cámara quedará definido por:

El primer punto quedará proyectado en el píxel (200,232)

y los otros tres en (229,232),(200,261) y (229,261).

0535.71 0 146.5

0 0 535.71 178.5

1 0 0 11 10 0 1

i wi wixi

x wi wixi

i wi wiyi yi

y wi wi

f x xc

d z zp

f y yp c

d z z

Formatos de ficheros

Formatos gráficos

Vectoriales

Mapas de bits

raw

Con o sin pérdida de información

Compresión

Codificación, redundancia visual

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