Tecnología de visión 2D y 3D aplicada a la Inspección

Transcripción

1 IV JORNADA SOBRE TECNOLOGÍAS GRÁFICAS Y VISIÓN POR COMPUTADOR Tecnología de visión 2D y 3D aplicada a la Inspección José M Valiente González Grupo de Visión por Computador Instituto Ai2

2 Visión por computador Disciplina científica Teorías y métodos para construir sistemas artificiales que obtienen información de las imágenes. Disciplina tecnológica Aplicación de las teorías y modelos a la construcción de sistemas de visión por computador para: Control de procesos (robots, vehículos autónomos) Detección de eventos (vigilancia inteligente) Organización de información (BD imágenes, vídeo) Modelado de objetos y entornos (inspección) Interacción (realidad aumentada..) Etc.. 2

3 Visión por computador Materia multidisciplinar Interpretación de imágenes Visión 2D Visión 3D Aplicación de la VxC a la automatización industrial Proceso y análisis de imágenes 3

4 Sistema de visión Computer Vision System Machine Vision System Elementos del sistema: Iluminación Adquisición (sensores + ópticas) Digitalización Procesamiento (computador + software) Actuación

5 Aplicaciones de la visión por computador Document analysis & OCR Medical Imaging Image Restoration Scene Reconstruction Motion Estimation & Tracking Content-based Image Retrieval Military Applications Robot Vision Autonomous Vehicles Visual Effects Creation Automated Visual Inspection Smart Surveillance Etc.. 5

6 Inspección Visual Automática Automated Visual Inspection (AVI) Es un proceso de control de calidad que, mediante técnicas y métodos de visión por computador, determina automáticamente si un producto se ajusta a las especificaciones de fabricación. Requiere: Sistema de visión por computador (MVS) Sensores y actuadores electromecánicos Se distingue de: Identificación de partes u objetos (ensamblaje) Localización de objetos (control de robots) Generación de mapas (guiado de vehículos) 6

7 Dónde se aplica? Materias Materias IM IP IProd IM montaje fabricación IP montaje montaje Producto final Aceptar Rechazar Inspección de materias (input inspection) Inspección de procesos (process inspection) Inspección de productos (product inspection) Hoy en día: Test de materiales Muestreo estadístico Operadores humanos 7

8 Ventajas Tangibles: Inspección sin contacto Inspección del 100% Uniformidad de los criterios de inspección Permite el ajuste de los parámetros de calidad Permite inspección de proceso Permite inspección de procesos de alta velocidad Reducción de costes (materias - tiempo, personal energía) Aportan información continua sobre la producción Intangibles: Aumento de calidad global de la producción Mejora la imagen de marca (reputación) Mejora de criterios medioambientales 8

9 Requerimientos Eficiencia Capacidad de detección de defectos Tasa de aciertos -> OK Tasa de falsos positivos -> Riesgo del productor Tasa de falsos negativos -> Riesgo del cliente Rapidez Velocidad de inspección acorde con los ritmos de producción. Sistemas de tiempo real Manejabilidad Capacidad de ajuste de los parámetros de inspección Facilidad de uso y programación 9

10 Tipos de inspección Inspección 2D AOI (Automated Optical Inspection) Espectro visible infrarrojo ultravioleta AXI (Automated X-ray Inspection) AMI (Automated Multispectral Insp.) Inspección 3D Range Images Stereo (biocular, triocular,..) Shape-from Techniques CAD-based 10

11 Inspección 2D Cuando el objeto, parte, superficie o propiedad a analizar se puede obtener de una imagen plana (2D) del mismo. Aplicaciones: Presencia/ausencia de una característica. Medición dimensional (Gauge). Acabado de superficies y detección de imperfecciones. Medición de color / tono. Detección de roturas y abolladuras. Clasificación de piezas. Lectura de etiquetas y códigos. Detección de impurezas. Inspección de soldaduras. Análisis de texturas. Análisis de reflectividad/transmisividad. Granulometría 11

12 Técnicas 2D Esquemas generales: MODEL-BASED Definición de un modelo (punto-a-punto) del objeto ideal Definición de una regla de comparación (pattern matching) Problema de la normalización de la imagen Aprendizaje del modelo Alta potencia de proceso y memoria FEATURE-BASED Definición de un conjunto de características Técnicas de reconocimiento de formas Menor potencia de proceso y memoria Métodos híbridos La solución adoptada depende siempre del problema planteado 12

13 Técnicas 2D Aplicación Cuero Alimentos Textiles Vidrio Tubos Cerámica Madera y corcho Soldadura Circuitos impresos Aluminio Técnica Filtros morfológicos Filtros de Gabor y métodos umbral adaptativo Polinomios de Zernique Clasificación geométrica Texturas, PCA, rayos-x Clasificación de texturas, Transformación KL. Pattern matching Diferencia de polarización de fase Filtros morfológicos Fotoluminiscencia Ultrasonidos Sistema experto Filtros de Gabor y métodos de umbral adaptativo Clasificación de tonos y texturas Clasificación robusta de color/textura Análisis multivariante Laminografía Tomografía computerizada. Ultrasonidos. Redes neuronales Lógica difusa y redes neuronales Diferencia de polarización de fase Filtros morfológicos, rayos-x Análisis multi-imagen. Tomografía computerizada 13

14 Mercado actual en inspección 2D Planteamientos: Sistemas dedicados Sistemas abiertos I+D+i 14

15 Tendencias en inspección 2D Técnicas de color Técnicas multi-espectrales Técnicas multi-imagen Técnicas de inspección implícita Sistemas: Multi-cámara IEEE 1394 y GigE Cámaras alta velocidad Mas capacidad de proceso 28

16 Inspección 3D Cuando el objeto, parte, superficie o propiedad a analizar requiere un descripción de la estructura tridimensional (3D) del mismo. Información 3D: Posición de los objetos: Absoluta respecto a un sistema de referencia Relativa respecto a la cámara. Orientación (absoluta o relativa) de superficies. Mapas de rango (range images depth maps). Sensores: Cámaras (1, 2, 3 o más) Láser (proyectores, medidores de distancias: Laser range finders, sistemas de barrido laser...) 29

17 Aplicaciones industriales Inspección visual automática Detección de integridad Medicion tridimensional Detección de defectos superficiales Sistemas visión 3D Planificación de trayectorias Robótica Part Picking and Placing Ensamblado automático Fabricación adaptativa Sistemas CAD 30

18 Técnicas 3D TÉCNICAS DIRECTAS (data from images or sensors) PASIVAS (Estéreo) Binoculares Trioculares Multioculares Estáticas (Stereovision) Movimiento TRIANGULACIÓN VISIÓN 3D ACTIVAS (Luz estructurada) Serie (barrído) Paralelo (Patrón de luz) Haz Plano TIEMPO DE VUELO ULTRASONIDOS Grid Patrón TÉCNICAS INDIRECTAS (monocular images + Context information) LÁSER Pulse time delay Amplitude Modulated Phase Shift Frecuency Modulated Beat 31

19 Técnicas 3D TÉCNICAS DIRECTAS (data from images or sensors) LUZ AMBIENTE RANGO Enfoque (Shape from focus Geometría conocida VISIÓN 3D ORIENTACIÓN SUPERFICIES Perpesctive clues Texturas Shape from texture) FUENTES DE LUZ RANGO Shape from shadows Franjas de Moiré TÉCNICAS INDIRECTAS (monocular images + Context information) CARACTERÍSTRICAS SUPERFICIES Shape from shading Sup. especulares 32

20 Técnicas 3D pasivas Estereovisión Xi izquierda Zi Zd Xd derecha P(x,y,z) Yi Xi Zi Xd Zd Izquierda Derecha Yd Oi Yi Izquierda Od Yd Derecha Bordes Contornos Áreas 33

21 Técnicas 3D pasivas Estereovisión Medición dimensional 3D Posicionamiento 3D 34

22 Técnicas activas Luz estructurada 35

23 Técnicas activas Luz estructurada Medición dimensional Acabado superficial 3D profiler Etc.. 36

24 Mercado actual inspección 3D Laser Scanners (LMI) Carreteras Madera Vidrio Neumáticos 37

25 Mercado actual inspección 3D Scanners 3D de entorno Photon Laser Scanner (Faro) 38

26 Mercado actual inspección 3D Scanners 3D de objetos MVT CLS Konica Minolta VI-9i - 3D Laser Scanner SIDIO Nud3D 39

27 Mercado actual inspección 3D Scanners 3D de mano Fast Scan Cobra MVT CLS 40

28 Mercado actual inspección 3D Coordinate Measuring Machines 3D Laser Scanner (Scantech) OptiScan (DataPixel) ScanArm (Faro) 41

29 Tendencias en inspección 3D Empleo de sistemas pasivos Cámaras estéreo Inspección de partes tridimensionales Sistema 3D para posicionar y modelar Shape from shading, Shape from motion, Sistema 2D para inspeccionar 42

30 Un apunte final Sistemas de Inspección Visual Automática Sistemas de Supervisión o Vigilancia Automática 43

31 Sistemas de Supervisión o Vigilancia Automática Monitorización de actividades mediante cámaras y sensores en un escenario concreto Supervisar actividades (contabilizar, identificar, etc.) Reconocer secuencias de eventos Detectar actividades sospechosas Dirigir la atención de operadores a posibles problemas. Visión por computador responsable de: Detección de movimiento inusual Seguimiento de objetivos Etiquetado de partes del cuerpo Comprensión de interacciones entre objetos o personas Ejemplo

32 Gracias