Introducción a la Visión por Computador
Introducción a la Visión por Computador
Universidad de Oviedo
1
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
2
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
3
¿Qué es la VC?
Conjunto de técnicas para obtener información útil de una o varias
imágenes por medio de un dispositivo electrónico programable
4
Disciplinas afines
 PROCESAMIENTO DE IMAGEN
Transformación de una imagen en otra
Objetivo: Calidad de la imagen
 VISION POR COMPUTADOR
Extracción de características de una imagen
Objetivo: Información contenida en la imagen
 VISION ARTIFICIAL
Aplicación de la VC a la industria
Objetivo: Control de un sistema automático usando información visual
5
Tecnología Multidisciplinar
Optica
Mecánica
Procesamiento de señal
Luminotécnica
Ingeniería de Software
Ingeniería Industrial
6
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
 Relaciones entre pixels
 Ejemplos
 Dominios de tratamiento de la imagen.
 Concepto de imagen
 Preprocesamiento
 Transformada de brillo
 Suavizamiento
 Detectores de contorno
 Equipamiento para VC
 Iluminación
 Opticas
 Cámaras
 Procesadores
 Software
 Sistemas Integrados
 Modelo de la cámara
 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
 Incipiente
 Cara
 Respuesta lenta
 Solo escenas simples
 Entornos restringidos
 Iluminación crítica
 Seguridad
 Inspección uniforme
 Inpección completa
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Aplicaciones
 Control de calidad
 Industria
 Clasificación
 Medicina
 Medición
 Cine y televisión
 Guiado de móviles
 Seguridad
 Control remoto
 Aplicaciones militares
 Diagnosis
 Cartografía
 OCR
 Astronomía
 Reconocimiento
 Meteorología
10
Mercado de la visión industrial
Mercado de visión industrial en Europa
945,3
Cuotas por tipo de aplicación
1000
900
789,9
664,1
700
562
600
478,8
500
411,2
400
356,6
300
Millones de dólares
800
Metrología
3D
18,1%
Metrología
1D y 2D
37,4%
200
100
0
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
Inpección
20,6%
Guiado
23,8%
Fuente: Frost & Sullivan
11
La luz
 R. electromagnética
 Reflexión
 Longitud de onda
 Refracción
 Propagación rectilínea
 Interferencia
12
La luz y el color








Color
Rojo
Naranja
Amarillo
Verde
Azul
Indigo
Violet
Longitud de onda (nm)
760-630
630-590
590-560
560-490
490-440
440-420
420-380
13
La luz dentro del espectro electromagnético
14
Los vecinos de la luz visible
15
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)
16
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
17
Comportamiento luz: reflexión.
Reflexión:El ángulo entre el rayo
incidente y la normal es igual al que
forman el rayo reflejado y la normal.
18
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: log10(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
19
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(’)
20
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.
21
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
22
Manipulación de la luz
 Difusión
 Colimación
23
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.
24
Manipulación de la luz: espejos
25
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
26
Ley del coseno de Lambert
 La irradiancia o iluminancia que cae en una superficie varía con el coseno
del ángulo incidente.
27
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
28
Otras representaciones
29
Iluminación
 Imprescindible para la correcta toma de imágenes
FUENTE
VENTAJAS
INCOVENIENTES
Incandescencia
Económica
Baja duración
Alta potencia
Calor
Económica
Frecuencia de red
Duración
Baja potencia
Coherente
Cara
Alta potencia
Seguridad
Flexible
Baja potencia
Fluorescente
Láser
LED
Instantaneidad
30
Métodos de iluminación
Otros métodos:
Difusa
Posterior
• Polarizada
• Estroboscópica
• En anillo
Estructurada
Direccional
31
Formación de la imagen
Luz incidente
.
A
Luz reflejada
.
B
Objeto
(3-D)
Detector
(2-D)
32
Formación de la imagen
.
A
Luz reflejada
.
pinhole
Luz incidente
..
B’
A’
B
Objeto
(3-D)
Detector
(2-D)
33
Formación de la imagen
pinhole
 Modelo pinhole
A
B
B’
A’
df
Detector
Objeto
lente(s)
 Uso de lentes
A
B’
A’
B
Centro óptico
34
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).
G E

 Con esta práctica se mejora el contraste de las imágenes para ser
observadas por personas.
36
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