Modelos, Control y Sistema de Visión

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Relación de píxeles entre un sensor CCD y el monitor
 
Existen diversos parámetros que caracterizan a un monitor y a un sensor CCD, que son definidos por los fabricantes (ver Sony, Kodak). En esta sección se analizarán las especificaciones necesarias para que el número de píxeles de una panta pueda representar los píxeles de un sensor CCD sin necesidad de interpolar.

Tamaño de la pantalla (d): Es la distancia, en pulgadas, de la diagonal de la pantalla.

Razón de proporcionalidad: Es la proporción entre la anchura y la altura de la pantalla. Los valores más comunes son 4:3 (1.33:1, 33% más ancho) ó 16:9 (1.78:1, 78% más ancho).
 
     
 
Resolución de la pantalla: Determina la cantidad de líneas horizontales y verticales de la pantalla (HxV). Su producto representa el número de píxeles. Algunas resoluciones típicas se muestran en la siguiente tabla.

 Denominación

Resolución

VGA

 640x480

SVGA

 800x600

XGA

 1024x768

SXGA

1280x1024 

UXGA

 1600x1200

WUXGA

 1920x1080

 
Distancias óptimas a una pantalla: Se considera que debe ser de 3-6 veces el tamaño de una pantalla, algunas medidas se muestran en la siguiente tabla
 

Tamaño de la
pantalla (4:3)

Mínima distancia (m)

Máxima distancia (m)

13

 0.8

 1.58

19

 1.16

 2.32

20

 1.22

 2.44

24

 1.46

 2.93

27

 1.65

 3.3

32

 1.95

 3.9

36

 2.19

 4.5

 
Tipos de barrido: Es la forma en la que se presenta la información de las líneas horizontales en la pantalla. Existen dos tipos fundamentales:
  • Barrido entrelazado: La información de las líneas impares (campo impar) se proyecta en pantalla, posteriormente se proyectan las líneas pares (campo par), como muestra la siguiente figura

 

 

  • Barrido progresivo: Las líneas se proyectan en pantalla de forma consecutiva, sin distinguir las líneas impares y pares. Es tipo de barrido es útil en aplicaciones de alta velocidad, pues el tiempo que se demora en proyectar la información de una imagen en pantalla es menor.

 

Sistemas de codificación: Sistema empleado para transmitir las señales de televisión analógica, existen dos sistemas fundamentales, algunas de sus características más importantes se muestran a continuación.

 

 Sistema

Número de líneas

Líneas visibles

Campos/seg

Primer barrido

PAL

 625

 576

 50

 Campo impar

NTSC

 525

 484

 59.94

 Campo par

 

A pesar de la enorme popularidad de los monitores digitales, no se debe subestimar los monitores tradicionales de tubos de rayos catódicos (CRT). Algunas de sus ventajas con respecto a los monitores digitales son: mayor ángulo de visión, admiten una mayor tasa de transferencia de imágenes (menor tiempo de demora en representar una imagen) y mantienen mayor nitidez al representar imágenes interpoladas. Debe considerarse que este el tipo de monitor se recomienda a los diseñadores gráficos (sobre todo para el tratamiento de vídeo), que exigen altas prestaciones a los monitores.

Tamaño del sensor: Tamaño del área activa del sensor CCD que tiene incorporada la cámara (en pulgadas). Los tamaños estándar de los sensores (para una razón de proporcionalidad 4:3) son: 1/4, 1/3, 1/2, 2/3 y 1 pulgadas. Debe tenerse en consideración que esta nomenclatura se hereda de la televisión y no refleja el tamaño real del sensor. Por ejemplo, un sensor de 1 pulgada (25.4mm) tiene un tamaño real en la diagonal de 16 mm. A continuación se muestra el tamaño real (en milímetros) de algunos sensores estándar.

 

 

Número total de píxeles: Es el número de píxeles que posee el sensor (HxV). Esta magnitud difiere del número de píxeles efectivos, que será inferior. Debe considerarse que en el proceso productivo se pierden algunos píxeles, por lo que el número de píxeles efectivos es la información de mayor importancia.

 

Tamaño de un píxel: Si el fabricante no brinda esta información, puede calcularse utilizando la siguiente ecuación:

Tp(mm) = Ld(mm)/sqrt(H2+V2)                                                        (1)

 

donde Tp representa el tamaño del píxel, Ld la longitud de la diagonal y H, V representan el número total de píxeles horizontales y verticales respectivamente.

 

Imágenes por segundo o tasa de transferencia: Es la cantidad de imágenes (frames, en inglés) por segundo que es capaz de captar el sensor CCD. El sensor CCD está formado por un grupo de celdas fotoeléctricas que captan la luz reflejada por los objetos. La información que ellos almacenan tarda un tiempo en leerse, tal y como se muestra a continuación

    

 

Por ejemplo, el sensor KAC-01301 permite leer 16 imágenes por segundo con una resolución SXGA. Ello no es útil para reproducir vídeo (como se conoce, el mínimo permisible es 24 imágenes por segundo), pero puede serlo para el diseño de un sistema de visión.

Amplificación secundaria (AS): Es el factor de amplificación que se aplica entre el sensor CCD y el monitor, responde a:

 

AS = Tp/Ts = dx25.4/Ts(mm)                                                         (2)

 

donde Ts representa el tamaño del sensor.


Supóngase que se ha seleccionado una cámara que posee el sensor KAC-01301 con 1284 (H) x 1028 (V) píxeles activos y realiza la lectura de las celdas por barrido progresivo. Sus dimensiones (en mm) se muestran a continuación

Para observar todos los píxeles en pantalla sin aplicar interpolación deberá seleccionarse un monitor con resolución SXGA (1280x1024, no se reproducirán 8 píxeles). La amplificación secundaria dependerá del tamaño de la pantalla que se haya seleccionado, por ejemplo si el monitor es de 19 pulgadas, aplicando (2) resulta:

 

AS = 19x25.4/4.44 = 108.69

 

Referencia:

 

EdmundOptics