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CONCEPTOS BÁSICOS DE SISTEMAS DE VISIÓN
MAESTRÍA EN INGENIERÍA MECATRÓNICA
ALUMNO:
JESÚS MARTÍN NIEBLAS MANRÍQUEZ
ASIGNATURA:
VISIÓN POR COMPUTADORA
UNIDAD I – INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE VISIÓN
FACILITADOR:
DR. MIGUEL ÁNGEL DE LA TORRE GÓMORA
06 DE SEPTIEMBRE DE 2015.
UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA
CENTRO UNIVERSITARIO DE LOS VALLES
1. Dibuja la manera en que los rayos luminosos de la
escena llegan al plano de la imagen en el modelo de
cámara obscura de agujero de alfiler (pinhole). (Tip.
Figura 1.2 del libro de texto 2a edición).
Debido a que se tiene una superficie curva, su modo de procesar una imagen es
parecida a la del ojo humano, en esta imagen se observa una referencia en el
centro de la esfera, la cual sirve para determinar los vectores de luz y el ángulo
que se produce entre ellos.
2. Define con tus propias palabras que es el plano de la
imagen.
El plano de la imagen, es una ilustración invertida consecuencia de la propagación
rectilínea de la luz de un objeto que se refleja en un plato translúcido de una caja
oscura.
3. Define con tus propias palabras la reflexión y la
refracción en la interface entre dos medios
homogéneos.
Refracción y reflexión.
Es cuando la luz toca una superficie de separación de dos medios que poseen
cierta velocidad de luz diferente, una parte de la energía luminosa de transmite o
refracta y otra se refleja.
Refracción
La refracción es el cambio de dirección de un rayo de luz, esto se produce si dicho
rayo choca de manera oblicua o con un ángulo no recto contra una superficie con
un índice de refracción distinto.
El índice de refracción, n, es un número a dimensional que caracteriza a un medio
transparente, y de define por:
n=c/v
Donde c es la velocidad de la luz en el vacío, y la v es la velocidad de la luz en el
medio.
La refracción se origina por el cambio de velocidad de una onda de la propagación
de una onda.
Fue descubierta por experimentalmente por Willebrod Snell en 1621, y dice que
ángulos de incidencia y de refracción vienen dados por:
n1 senθ1 = n2 senθ2
Por ejemplo:
Un rayo de luz que se propaga en el aire entra en el agua con un ángulo de
incidencia de 45º. Si el índice de refracción del agua es 1.33, ¿Cuál es el ángulo
de refracción?
Solución:
Aplicando la formula n1 senθ1 = n2 senθ2 se puede determinar el ángulo de
refracción, el índice de refracción del aire se sabe que es igual a uno, teta uno es
igual a 45 grados y n2= 1.33, despejando θ2 se obtiene lo siguiente:
𝛉𝟐 = sin−1 n1 sin θ1
n2 = 𝛉𝟐 = sin−1 1 sin 45
1.33 = 32.1º
Reflexión
La reflexión al igual que la refracción es el cambio de dirección de un rayo de luz
cuando este choca contra una superficie de separación entre dos medios, pero en
este caso el rayo de luz regresa al medio inicial.
Ángulo critico
El ángulo crítico se define como aquel ángulo de incidencia para el cual, el ángulo
de refracción es 90º.
Si hago θ2 = 90º en la ley de Snell, podemos ver que el ángulo crítico viene dado
por: n1senθc=n2sen90º=n2*1, entonces se puede desglosar la siguiente fórmula:
𝐬𝐢𝐧 𝛉𝐜 =𝐧𝟐
𝐧𝟏
Por ejemplo:
Un vidrio determinado posee un índice de refracción n=1.50. ¿Cuál es el ángulo
crítico para la reflexión total de la luz que sale de este vidrio y entra en el aire, para
el cual, n=1?
Solución:
Despejando θc de la formula se obtiene:
𝛉𝐜 = sin−1 n2
n1 = 𝛉𝐜 = sin−1 1
1.5 = 41.8º
Como una ley de la reflexión se tiene que el ángulo de incidencia es igual al
ángulo de reflexión.
4. Investiga y explica con tus palabras e imágenes, el
funcionamiento de los diferentes tipos de retinas:
película, CCD, 3CCD y CMOS.
Sensor de imagen
Un sensor de imagen es como la película que utiliza la cámara analógica. Está
compuesto por millones de semiconductores de silicio, los cuales captan
elementos que componen la luz.
Los fotones desprenden electrones dentro del sensor de imagen, los cuales se
transforman en una serie de valores (datos digitales) creando un pixel. Por lo tanto
el sensor de imagen ira creando muchos pixeles hasta formar cada punto de la
imagen.
Clases de sensores:
Película
Consta de un material fotosensible, formado por haluros de plata. Estos se
descomponen al recibir radiación electromagnética formando un germen de plata
metálico o mejor dicho la imagen en negativo.
En estas la luz entra a la cámara fotográfica, atraviesa el diafragma, el lente
enfoca la imagen hacia la película y el obturador permite la entrada de la luz.
La imagen que llega a la película queda de manera invertida y el obturador se
cierra regulando la exposición a la luz de la misma.
Sensor CCD
El CCD es un sensor de procesamiento de imágenes que se usa mucho en la
actualidad, como ejemplo de en cámaras digitales y de video que se utilizan
actualmente.
El sensor CCD que por sus siglas significa charge-coupled devices (dispositivos
de cargas interconectadas) está construido en un semiconductor de silicio que
cuando recibe un fotón de luz, este libera electrones, y el número de electrones
liberados es proporcional a la intensidad de la luz.
El CCD es un sensor con muchas ventajas, una de ellas sería su relación señal-
ruido, la cual es muy buena y permite tener imágenes muy limpias, aunque
también tiene algunas limitaciones como:
Corriente oscura: es el salto de electrones por medio del calor, estos lo hacen
por medio de un fotón pero en caso de recibir bastante calor se puede producir
también.
Ruido fotonico: producido cuando hay escasa iluminación.
Rebosamiento: cuando una parte se llena de electrones, se distribuye su
contenido hacia los pixeles más cercanos.
Sensor CMOS
Por sus siglas significa complementary metal-oxide-semiconductor, también son
basados en semiconductores de silicio pero a diferencia de los sensores CCD,
estos utilizan su propia circuitería para cada pixel, lo que quiere decir que puedes
leer y seleccionar cada uno sin necesidad de moverlos.
Tienen muchas aplicaciones hoy en día como por ejemplo: en cámaras de
seguridad, webcams, foto-finish, entre otros, y son más baratos y rápidos.
Este ejemplo captura 1,000
columnas por segundo.
Los sensores CMOS tienen sus ventajas, tienen mayor rapidez de captura, menor
consumo, economía, disminuye el rebosamiento, y requiere menos circuitería
externa.
Como desventajas poseen menos superficie de luz por pixel, tienen menos calidad
en la imagen, son sensibles las interferencias y ruidos.
5. Realiza la lectura "The human eye", y explica e
ilustra (con tus palabras e imágenes) el
funcionamiento del ojo humano.
El ojo humano consta principalmente de cinco elementos principales, los cuales
son: el iris y la pupila: los cuales se encargan de controlar la luz que llega al globo
ocular. La cornea y el cristalino: estos dos elementos se encargan de controlar la
luz recibida por el iris y la pupila refractando los rayos luminosos para enviarlos a
la retina: este último tiene la función de crear la imagen que posteriormente es
procesada por el cerebro.
Para entender mejor se dará una breve explicación de cada una de las partes del
ojo humano:
Observando la imagen se muestra que la cornea es una capa delgada y curva que
está en la parte exterior del ojo. Debido a su gran curvatura es capaz de refractar
la luz que entra al ojo.
La pupila se encuentra en medio del iris, su función consiste en cerrarse o
expandirse (dilatarse) dependiendo de la cantidad de luz que esta reciba, ejemplo,
si se entra a una habitación oscura la pupila del ojo se dilatará puesto que
intentará captar la poca luz que se encuentra en el cuarto.
El iris tiene una apertura central que comunica las partes de la pupila, y su función
principal es controlar la cantidad de luz que recibe el ojo.
El cristalino tiene la capacidad de enfocar las imágenes percibidas a diferentes
distancias, esto lo logra debido al aumento o reducción de su curvatura y espesor.
Por último, la retina, que es una capa delgada que es encuentra en una de las
partes interiores del ojo. Esta poblada por cien millones bastones y 5 millones de
conos, a estos se les conoce como fotorreceptores. Los bastones funciones
principalmente en zonas donde hay poca luminosidad debido a que ellos procesan
las colares blanco y negro, mientras que los conos funcionan donde hay más luz,
debido a que procesan los colores de la naturaleza. Una vez procesado todo, la
retina manda la imagen al nervio ocular, el cual la manda al cerebro para ser
procesada.
Referencias
Forsyth, D. and Ponce, J. “Computer Vision: a modern approach”, Ed. PEARSON,
2011 (2a. ed)
Profesores del centro de documentación, procesos y medios de comunicación.
Recuperado el 04 de septiembre de 2015, de
https://www.serina.es/empresas/cede_muestra/219/TEMA%20MUESTRA.pdf
Manuel Rivas Pérez, tecnologías para adquisición de imágenes. Recuperado el 05
de septiembre de 2015, de
http://www.atc.us.es/descargas/Tecnologias_para_la_adquision_de_imagenes_%2
8Bloque2%29.pdf
Lluis Prat Viñas, sensores de luz y de imagen. Recuperado el 04 de septiembre de
2015.