TecnologÃa 2D y 3D aplicada a la Inspección
TecnologÃa 2D y 3D aplicada a la Inspección
TecnologÃa 2D y 3D aplicada a la Inspección
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IV JORNADA SOBRE TECNOLOGÍAS GRÁFICAS Y VISIÓN POR<br />
COMPUTADOR<br />
Tecnología de visión <strong>2D</strong><br />
y <strong>3D</strong> <strong>aplicada</strong> a <strong>la</strong><br />
Inspección<br />
José M Valiente González<br />
Grupo de Visión por Computador<br />
Instituto Ai2
Visión por computador<br />
• Disciplina científica<br />
– Teorías y métodos para construir sistemas<br />
artificiales que obtienen información de <strong>la</strong>s<br />
imágenes.<br />
• Disciplina tecnológica<br />
– Aplicación de <strong>la</strong>s teorías y modelos a <strong>la</strong><br />
construcción de sistemas de visión por<br />
computador para:<br />
• Control de procesos (robots, vehículos autónomos)<br />
• Detección de eventos (vigi<strong>la</strong>ncia inteligente)<br />
• Organización de información (BD imágenes, vídeo)<br />
• Mode<strong>la</strong>do de objetos y entornos (inspección)<br />
• Interacción (realidad aumentada..)<br />
• Etc..<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Visión por computador<br />
• Materia multidisciplinar<br />
Interpretación<br />
de imágenes<br />
• Visión <strong>2D</strong><br />
• Visión <strong>3D</strong><br />
Aplicación de <strong>la</strong><br />
VxC a <strong>la</strong><br />
automatización<br />
industrial<br />
Proceso y análisis de imágenes<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Sistema de visión<br />
Computer Vision System<br />
Machine Vision System<br />
Elementos del sistema:<br />
Iluminación<br />
Adquisición (sensores + ópticas)<br />
Digitalización<br />
Procesamiento (computador + software)<br />
Actuación
Aplicaciones de <strong>la</strong> visión por<br />
computador<br />
• Document analysis & OCR<br />
• Medical Imaging<br />
• Image Restoration<br />
• Scene Reconstruction<br />
• Motion Estimation & Tracking<br />
• Content-based Image Retrieval<br />
• Military Applications<br />
• Robot Vision<br />
• Autonomous Vehicles<br />
• Visual Effects Creation<br />
• Automated Visual Inspection<br />
• Smart Surveil<strong>la</strong>nce<br />
• Etc..<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Inspección Visual<br />
Automática<br />
• Automated Visual Inspection (AVI)<br />
– Es un proceso de control de calidad que,<br />
mediante técnicas y métodos de visión por<br />
computador, determina automáticamente si<br />
un producto se ajusta a <strong>la</strong>s<br />
especificaciones de fabricación.<br />
– Requiere:<br />
• Sistema de visión por computador (MVS)<br />
• Sensores y actuadores electromecánicos<br />
– Se distingue de:<br />
• Identificación de partes u objetos (ensamb<strong>la</strong>je)<br />
• Localización de objetos (control de robots)<br />
• Generación de mapas (guiado de vehículos)<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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¿Dónde se aplica?<br />
Materias<br />
Materias<br />
IM IP IProd<br />
IM<br />
montaje<br />
fabricación<br />
IP<br />
montaje<br />
montaje<br />
Producto<br />
final<br />
Aceptar<br />
Rechazar<br />
• Inspección de materias (input inspection)<br />
• Inspección de procesos (process inspection)<br />
• Inspección de productos (product inspection)<br />
Hoy en día:<br />
• Test de materiales<br />
• Muestreo estadístico<br />
• Operadores humanos<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Ventajas<br />
• Tangibles:<br />
– Inspección sin contacto<br />
– Inspección del 100%<br />
– Uniformidad de los criterios de inspección<br />
– Permite el ajuste de los parámetros de calidad<br />
– Permite inspección de proceso<br />
– Permite inspección de procesos de alta velocidad<br />
– Reducción de costes (materias - tiempo, personal –<br />
energía)<br />
– Aportan información continua sobre <strong>la</strong> producción<br />
• Intangibles:<br />
– Aumento de calidad global de <strong>la</strong> producción<br />
– Mejora <strong>la</strong> imagen de marca (reputación)<br />
– Mejora de criterios medioambientales<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Requerimientos<br />
• Eficiencia<br />
– Capacidad de detección de defectos<br />
• Tasa de aciertos -> OK<br />
• Tasa de falsos positivos -> Riesgo del productor<br />
• Tasa de falsos negativos -> Riesgo del cliente<br />
• Rapidez<br />
– Velocidad de inspección acorde con los<br />
ritmos de producción.<br />
• Sistemas de tiempo real<br />
• Manejabilidad<br />
– Capacidad de ajuste de los parámetros de<br />
inspección<br />
– Facilidad de uso y programación<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Tipos de inspección<br />
• Inspección <strong>2D</strong><br />
– AOI (Automated Optical Inspection)<br />
• Espectro visible – infrarrojo – ultravioleta<br />
– AXI (Automated X-ray Inspection)<br />
– AMI (Automated Multispectral Insp.)<br />
• Inspección <strong>3D</strong><br />
– Range Images<br />
– Stereo (biocu<strong>la</strong>r, triocu<strong>la</strong>r,..)<br />
– Shape-from Techniques<br />
– CAD-based<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Inspección <strong>2D</strong><br />
• Cuando el objeto, parte, superficie o propiedad a<br />
analizar se puede obtener de una imagen p<strong>la</strong>na (<strong>2D</strong>)<br />
del mismo.<br />
• Aplicaciones:<br />
– Presencia/ausencia de una característica.<br />
– Medición dimensional (Gauge).<br />
– Acabado de superficies y detección de imperfecciones.<br />
– Medición de color / tono.<br />
– Detección de roturas y abol<strong>la</strong>duras.<br />
– C<strong>la</strong>sificación de piezas.<br />
– Lectura de etiquetas y códigos.<br />
– Detección de impurezas.<br />
– Inspección de soldaduras.<br />
– Análisis de texturas.<br />
– Análisis de reflectividad/transmisividad.<br />
– Granulometría<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Técnicas <strong>2D</strong><br />
• Esquemas generales:<br />
– MODEL-BASED<br />
• Definición de un modelo (punto-a-punto) del objeto ideal<br />
• Definición de una reg<strong>la</strong> de comparación (pattern matching)<br />
• Problema de <strong>la</strong> normalización de <strong>la</strong> imagen<br />
• Aprendizaje del modelo<br />
• Alta potencia de proceso y memoria<br />
– FEATURE-BASED<br />
• Definición de un conjunto de características<br />
• Técnicas de reconocimiento de formas<br />
• Menor potencia de proceso y memoria<br />
– Métodos híbridos<br />
• La solución adoptada depende siempre del problema<br />
p<strong>la</strong>nteado<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Técnicas <strong>2D</strong><br />
Aplicación<br />
Cuero<br />
Alimentos<br />
Textiles<br />
Vidrio<br />
Tubos<br />
Cerámica<br />
Madera y corcho<br />
Soldadura<br />
Circuitos impresos<br />
Aluminio<br />
Técnica<br />
Filtros morfológicos<br />
Filtros de Gabor y métodos umbral adaptativo<br />
Polinomios de Zernique<br />
C<strong>la</strong>sificación geométrica<br />
Texturas, PCA, rayos-X<br />
C<strong>la</strong>sificación de texturas, Transformación KL.<br />
Pattern matching<br />
Diferencia de po<strong>la</strong>rización de fase<br />
Filtros morfológicos<br />
Fotoluminiscencia<br />
Ultrasonidos<br />
Sistema experto<br />
Filtros de Gabor y métodos de umbral adaptativo<br />
C<strong>la</strong>sificación de tonos y texturas<br />
C<strong>la</strong>sificación robusta de color/textura<br />
Análisis multivariante<br />
Laminografía<br />
Tomografía computerizada. Ultrasonidos. Redes neuronales<br />
Lógica difusa y redes neuronales<br />
Diferencia de po<strong>la</strong>rización de fase<br />
Filtros morfológicos, rayos-X<br />
Análisis multi-imagen. Tomografía computerizada<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Mercado actual en<br />
inspección <strong>2D</strong><br />
• P<strong>la</strong>nteamientos:<br />
– Sistemas dedicados<br />
– Sistemas abiertos<br />
– I+D+i<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Tendencias en inspección<br />
<strong>2D</strong><br />
• Técnicas de color<br />
• Técnicas multi-espectrales<br />
• Técnicas multi-imagen<br />
• Técnicas de inspección implícita<br />
• Sistemas:<br />
– Multi-cámara IEEE 1394 y GigE<br />
– Cámaras alta velocidad<br />
– Mas capacidad de proceso<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Inspección <strong>3D</strong><br />
• Cuando el objeto, parte, superficie o propiedad a<br />
analizar requiere un descripción de <strong>la</strong> estructura<br />
tridimensional (<strong>3D</strong>) del mismo.<br />
• Información <strong>3D</strong>:<br />
– Posición de los objetos:<br />
• Absoluta respecto a un sistema de referencia<br />
• Re<strong>la</strong>tiva respecto a <strong>la</strong> cámara.<br />
– Orientación (absoluta o re<strong>la</strong>tiva) de superficies.<br />
– Mapas de rango (range images – depth maps).<br />
• Sensores:<br />
– Cámaras (1, 2, 3 o más)<br />
– Láser (proyectores, medidores de distancias: Laser<br />
range finders, sistemas de barrido <strong>la</strong>ser ...)<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Aplicaciones industriales<br />
Inspección visual<br />
automática<br />
Detección de<br />
integridad<br />
Medicion<br />
tridimensional<br />
Detección de<br />
defectos<br />
superficiales<br />
Sistemas<br />
visión <strong>3D</strong><br />
P<strong>la</strong>nificación de<br />
trayectorias<br />
Robótica<br />
Part Picking and<br />
P<strong>la</strong>cing<br />
Ensamb<strong>la</strong>do<br />
automático<br />
Fabricación<br />
adaptativa<br />
Sistemas CAD<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Técnicas <strong>3D</strong><br />
TÉCNICAS DIRECTAS<br />
(data from images<br />
or sensors)<br />
PASIVAS<br />
(Estéreo)<br />
• Binocu<strong>la</strong>res<br />
• Triocu<strong>la</strong>res<br />
• Multiocu<strong>la</strong>res<br />
Estáticas<br />
(Stereovision)<br />
Movimiento<br />
TRIANGULACIÓN<br />
VISIÓN <strong>3D</strong><br />
ACTIVAS<br />
(Luz estructurada)<br />
• Serie (barrído)<br />
• Paralelo (Patrón de luz)<br />
• Haz<br />
• P<strong>la</strong>no<br />
TIEMPO DE VUELO<br />
ULTRASONIDOS<br />
• Grid<br />
• Patrón<br />
TÉCNICAS INDIRECTAS<br />
(monocu<strong>la</strong>r images +<br />
Context information)<br />
LÁSER<br />
• Pulse time de<strong>la</strong>y<br />
• Amplitude Modu<strong>la</strong>ted Phase Shift<br />
• Frecuency Modu<strong>la</strong>ted Beat<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Técnicas <strong>3D</strong><br />
TÉCNICAS DIRECTAS<br />
(data from images<br />
or sensors)<br />
LUZ AMBIENTE<br />
RANGO<br />
Enfoque<br />
(Shape from focus<br />
Geometría conocida<br />
VISIÓN <strong>3D</strong><br />
ORIENTACIÓN<br />
SUPERFICIES<br />
• Perpesctive clues<br />
•Texturas<br />
Shape from texture)<br />
FUENTES DE LUZ<br />
RANGO<br />
• Shape from shadows<br />
• Franjas de Moiré<br />
TÉCNICAS INDIRECTAS<br />
(monocu<strong>la</strong>r images +<br />
Context information)<br />
CARACTERÍSTRICAS<br />
SUPERFICIES<br />
• Shape from shading<br />
• Sup. especu<strong>la</strong>res<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Técnicas <strong>3D</strong> pasivas<br />
• Estereovisión<br />
Xi<br />
izquierda<br />
Zi<br />
Zd<br />
Xd<br />
derecha<br />
P(x,y,z)<br />
Yi<br />
Xi<br />
Zi<br />
Xd<br />
Zd<br />
Izquierda<br />
Derecha<br />
Yd<br />
Oi<br />
Yi<br />
Izquierda<br />
Od<br />
Yd<br />
Derecha<br />
Bordes Contornos Áreas<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Técnicas <strong>3D</strong> pasivas<br />
• Estereovisión<br />
Medición dimensional <strong>3D</strong><br />
Posicionamiento <strong>3D</strong><br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Técnicas activas<br />
• Luz estructurada<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Técnicas activas<br />
• Luz estructurada<br />
Medición dimensional<br />
Acabado superficial<br />
<strong>3D</strong> profiler<br />
Etc..<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Mercado actual inspección<br />
<strong>3D</strong><br />
• Laser Scanners (LMI)<br />
Carreteras<br />
Madera<br />
Vidrio<br />
Neumáticos<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Mercado actual inspección<br />
<strong>3D</strong><br />
• Scanners <strong>3D</strong> de entorno<br />
Photon Laser<br />
Scanner (Faro)<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Mercado actual inspección<br />
<strong>3D</strong><br />
• Scanners <strong>3D</strong> de objetos<br />
MVT CLS<br />
Konica Minolta VI-9i - <strong>3D</strong> Laser Scanner<br />
SIDIO Nud<strong>3D</strong><br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Mercado actual inspección<br />
<strong>3D</strong><br />
• Scanners <strong>3D</strong> de mano<br />
Fast Scan Cobra<br />
MVT CLS<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Mercado actual inspección<br />
<strong>3D</strong><br />
• Coordinate Measuring Machines<br />
<strong>3D</strong> Laser Scanner (Scantech)<br />
OptiScan (DataPixel)<br />
ScanArm (Faro)<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Tendencias en inspección<br />
<strong>3D</strong><br />
• Empleo de sistemas pasivos<br />
– Cámaras estéreo<br />
• Inspección de partes tridimensionales<br />
– Sistema <strong>3D</strong> para posicionar y mode<strong>la</strong>r<br />
• Shape from shading, Shape from motion,…<br />
– Sistema <strong>2D</strong> para inspeccionar<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Un apunte final<br />
Sistemas de Inspección Visual<br />
Automática<br />
Sistemas de Supervisión o Vigi<strong>la</strong>ncia<br />
Automática<br />
IV Jornada sobre tecnologías gráficas y visión por computador<br />
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Sistemas de Supervisión o<br />
Vigi<strong>la</strong>ncia Automática<br />
• Monitorización de actividades mediante cámaras y<br />
sensores en un escenario concreto<br />
– Supervisar actividades (contabilizar, identificar , etc.)<br />
– Reconocer secuencias de eventos<br />
– Detectar actividades sospechosas<br />
– Dirigir <strong>la</strong> atención de operadores a posibles problemas.<br />
• Visión por computador responsable de:<br />
– Detección de movimiento inusual<br />
– Seguimiento de objetivos<br />
– Etiquetado de partes del cuerpo<br />
– Comprensión de interacciones entre objetos o personas<br />
Ejemplo
Gracias
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