Ejemplo de selección de una lente y una cámara Los pasos fundamentales para seleccionar un sistema de visión son: [1] Familiarizarse con las especificaciones de los fabricantes: Existen diferentes empresas que fabrican o asesoran la instalación de sistemas de visión y tienen recursos Web educativos, algunos ejemplo son: EdmundOptics, Infaimon, Cognex, Banner, etc. Debe considerarse que estas empresas a menudo orientan la selección basándose en parámetros claramente definidos para sus productos. El objetivo de este paso es obtener la información necesaria para lograr una mejor relación coste-implementación basado en las exigencias del sistema. Para el ejemplo que se describirá posteriormente, se debe revisar: componentes del sistema, parámetros fundamentales y relación CCD/Monitor. [2] Definir el campo de visión: Mientras mayor sea el área, menor será la resolución para determinado sensor CCD. Debe considerarse que, en caso de utilizar un monitor (es un elemento opcional de un sistema de visión), debe aprovecharse su área. Para ello pueden ser útiles las siguientes expresiones que permiten calcular las dimensiones del monitor (ver CCD/Monitor):
(d*25.4)2 = H2 + V2 (1)
Al aplicar el teorema de Pitágoras basado en las dimensiones de una pantalla con relación 4:3, se cumple:
(d*25.4)2 = (3a)2 +(4a)2 ; la longitud vertical será 3*a (2)
Desarrollando a partir de las anteriores expresiones, resulta:
V(mm) = 3 * sqrt((25.4 x d)2/25) (3)
H(mm) = 4 * sqrt((25.4 x d)2/25) (4)
Nótese que la dimensión vertical es menor, por lo que es la magnitud más crítica.
[3] Definir la resolución que se desea en el campo de visión: La relación entre el campo de visión y la resolución determinará el número de píxeles del sensor CCD, incidiendo de forma directa en la tasa de transferencia y la velocidad de procesamiento del sistema en su conjunto.
A pesar de que se ha mencionado el sensor CCD en la descripción del sistema de visión por ser la tecnología que ha dominado en los sensores de visión digitales de alta resolución, recientes desarrollos han reducido la diferencia con respecto a la otra tecnología de fabricación: CMOS.
[4] Definir la distancia de trabajo: La cámara deberá estar estar colocada lo más cerca posible, analizando los obstáculos y las exigencias del área de trabajo, del campo de visión. La ventaja de ello radica en: Reduce la influencia de las fluctuaciones de luz del entorno, con un sistema de iluminación apropiado. Disminuye las exigencias a la distancia focal, abaratando el coste de la lente. Reduce la relación entre el campo de visión y la resolución, por lo que se necesitará menor número de píxeles en el sensor CCD lo que reduce el coste y aumenta la tasa de transferencia del sistema. Permite reducir la apertura de la lente, lográndose una mayor profundidad de campo.
[5] Crear condiciones de iluminación apropiadas: Su objetivo fundamental es crear contraste entre las regiones de interés del objeto y su entorno. Los algoritmos de procesamiento que tomarán las decisiones se basan en las variaciones de nivel de la intensidad, o lo que es lo mismo, en el contraste presente en la imagen. [6] Seleccionar los componentes del sistema de visión.
Ejemplo:
Se desea inspeccionar un campo de visión de aproximadamente 10mm, con una resolución de 140  m. Determinar el campo de visión y el tamaño de un píxel Si el fabricante no define el parámetro de número de píxeles efectivos, debe considerarse que se perderá la información de determinado número de píxeles del sensor. Se asume aquí que se perderán 2 píxeles, lo cual significa que el ancho de una línea la representarán 3 píxeles (garantiza al menos 1 pixel activo).
Como la resolución es de 140 m, un par de líneas será 2 x 70 m = 140 m. Como un par de líneas será representada por 2 x 3= 6 píxeles, entonces se cumple:
Tp x Npal = R (5)
donde Npal representa el número de píxeles del ancho de línea, R la resolución y Tp el tamaño de un píxel. De aplicar la anterior expresión al ejemplo que nos ocupa, resulta que la dimesión de un píxel será la siguiente: Tp = 70m / 3 = 23.3 m.
Puede calcularse la mínima cantidad, como una primera aproximación, de píxeles en la vertical del sensor utilizando la siguiente expresión:
Npvs = Cv / Tp = 10 mm / 23.3m = 429.1 píxeles (6)
donde Cv representa el campo de visión y Npvs el número de píxeles de la vertical del sensor.
Para seleccionar el campo de visión se analizará las dimensiones de la pantalla. Para llenar la vertical se recalcula el campo de visión, para lo que se considera el número de píxeles para representar una línea:
Cv = Cv * (Npvp / Npal) / Npvs (7)
donde Npvp representa al número de píxeles de la vertical de la pantalla. Para nuestro caso: 10mm x ((1200/3)/429.1) = 9.33 mm (pantalla UXGA). Nótese que el resultado es algo inferior que el campo de visión inicialmente propuesto y que la resolución del sensor será superior a los 429 píxeles en la vertical. En el segundo caso, la suposición de 3 píxeles perdidos permite un margen que compensa la diferencia en los cálculos.
El campo de visión calculado representa la magnitud más crítica (vertical), la dimensión en horizontal sería 4/3*9.33mm (los sensores cumplen la relación 4:3), de lo que resulta que el área del campo de visión es 12.44mm x 9.33 mm. Selección del sensor
Como el campo de visión es de 12.44mm x 9.33mm, se puede seleccionar un sensor de 1 pulgada (12.8mm x 9.6mm), basado en las dimensiones más comunes. La amplificación primaria necesaria sería (ver (2) en parámetros fundamentales):
AP = Ts / Cv = 12.8mm/12.44mm = 1.03X (8)
donde se han utilizado las dimensiones de la horizontal del campo de visión y del sensor. El factor de amplificación será uno de los criterios para seleccionar la lente.
Como los sensores de 1/2 pulgadas son los más comunes (6.44mm x 4.8mm), (8) podría recalcularse para este tipo de sensor:
AP = Ts / Cv = 6.44mm/12.44mm = 0.52X (9)
Con respecto al número de píxeles del sensor, si se selecciona 640 x 480 resulta que la resolución en la vertical del sensor (lo que equivale a la resolución de la cámara) sería:
Rc = V(mm) / Npvs (10)
donde Rc representa la resolución de la cámara (en nuestro caso, 4.8mm/480 = 10m).
Considerando lo anterior se debe seleccionar una lente que admita una amplificación primaria de 0.52X y una cámara con un sensor de 1/2 pulgada con una resolución de 640 x 480.
Una vez seleccionada la cámara, se recalculan todas las expresiones utilizando los parámetros que brinda el fabricante sobre el sensor CCD, para asegurar las especificaciones del diseño. Los parámetros del sistema en su conjunto serían:
Resolución del sistema (Rs) sin píxeles perdidos:
Rs = Rc (m) / AP = 10 m / 0.52 = 19. 2 m (11)
Amplificación primaria (AP) = 0.52X (de aplicar (9)) (12)
La amplificación secundaria (AS), para un monitor de 19 pulgadas y el sensor de 1/2 pulgada sería:
AS = 19x25.4 / 8 mm = 60.32X (13)
La amplificación total del sistema (ATS):
ATS = AP*AS = 0.52X * 60.32X = 31.36X (14)
Algunas empresas que ofrecen componentes de visión
http://www.coreco.com/
http://www.datatranslation.com/
http://www.hamamatsu.com/
http://www.matrox.com/
http://www.qimaging.com/
http://www.cognex.com/
http://www.baneng.com/
http://www.omron.com/
http://www.pulnix.com/
http://www.pptvision.com/
http://www.toshiba-teli.co.jp/english/index.htm
http://www.fairchildimaging.com/
http://www.ptgrey.com/
http://bssc.sel.sony.com/BroadcastandBusiness/markets/10005/market_10005.shtml
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