Introducción a la Visión Artificial

Transcripción

1 Introducción a la Visión Artificial

2 Introducción a la Visión Artificial Aristóteles: Visión es saber que hay y donde mediante la vista Los humanos prefieren el procesamiento de imágenes

3 Introducción a la Visión Artificial Extracción de características de las imágenes Marr: Visión es un proceso que produce a partir de imágenes del mundo exterior una descripción útil para el observador y no tiene información irrelevante

4 La naturaleza de la luz Dualidad de teoría: corpuscular-onda. Propagación onda Interacción con la materia corpuscular La luz no requiere un medio conductor Dos ondas vectoriales (campo eléctrico y magnético)

5 La naturaleza de la luz Teoría de la dualidad: Newton La luz como corpúsculo. Maxell La luz como onda (c 3x10 8 m/s) Radiación electromagnética vectoriales acopladas y perpendiculares: Espectro visible: λ 380 nm nm, fc/λ (frecuencia de la onda) f 3.2x10 14 Hz y los 7.7x10 14 Hz

6 La naturaleza de la luz Newton observa que la luz se descompone al atravesar un prisma y cada color tiene una longitud de onda específica: Por la teoría ondulatoria se sabe que cada color es una onda electromagnética con una frecuencia determinada. Índice de refracción varía con la frecuencia de la onda penetrante

7 Fuentes de luz Distribución espectral de la energía radiada, f(λ) es una función que representa la cantidad de potencia asociada a cada longitud de onda. La energía se calcula como: Q h f h c λ h: es la constante de Planck (6.63x10-34 J.seg) f: frecuencia de la onda c: velocidad de la luz (c 3x10 8 m/s) λ longitud de onda

8 Ejemplo 1.1 Cuál es el flujo de fotones por segundo, Π (P/Q), de un laser de DVD con una potencia de 5µW emitiendo con una longitud de onda de 650 nm? Q h c λ J Π P Q fotones/s

9 Fuentes de luz La energía emitida por una fuente luminosa por unidad de tiempo y área depende de la superficie y de su temperatura: A temperaturas bajas un material radia energía a longitudes de onda largas (anaranjados) y a temperaturas altas radia a longitudes de onda corta (azules): A 3000ºK, tenemos la luz blanca (400 nm 700nm) y coincide con la temperatura a la que se calienta el filamento de la lámpara incandescente. Potencia radiada por metro cuadrado E: Relación entre radiación y temperatura donde K SB 5.7x10-8 W/m 2 K 4 E K SB T 4

10 Ejemplo 1.2 La iluminación medida por un pirómetro óptico en un pequeño agujero de un horno es de 22.8 W/cm 2. Cuál es la temperatura interna del horno? W/ m 4 4 E KSBT T 1414K W/ m K 1

11 Interacción con la materia (1/2) Flujo luminoso [W] Φ 0 Intensidad luminosa [W/sr] d I Φ dω Interacción con la materia f ( ) λ dλ Φ INCIDENTE Φ TRANSMITIDA +Φ ABSORBIDA + Φ REFLEJADA Iluminación incidente dφ E da I dω da r r I 2 E i d Φ i da

12 Ejemplos de luminarias

13 Interacción con la materia (2/2) Radiación radiada 2 d Φ di L r r dacos ( θr) dωr da( n v) Saparente Distribución reflejada F I ( θ, θ, φ ) r i r r L ( θ, θ, φ ) E( θ) r i r r i i Magnitud física Símbolo Unidad en S.I. Unidades derivadas del S.I. Flujo luminoso Φ W Lumen(Cd sr) Intensidad luminosa I W sr -1 Candela (Cd) Iluminación E W m -2 Lux(Lumen/m 2 ) Radiación o luminancia L W m -2 sr -1 Cd/m 2

14 Ejemplo 1.3 Un relé es controlado por una célula fotoeléctrica. Ésta tiene una abertura de 15 mm x 40 mm y requiere al menos un flujo mínimo de 0.3 mw. A que distancia máxima se pondrá un emisor puntual que tiene como intensidad 1 W/sr? E 0.5W/ m d max I E 1.41m Magnitud física Símbol o Unidad S.I. en Unidades derivadas del S.I. Flujo luminoso Φ W Lumen(Cd sr) Intensidad luminosa I W sr -1 Candela (Cd) Iluminación E W m -2 Lux(Lumen/m 2 ) Radiación luminancia o L W m -2 sr -1 Cd/m 2

15 Ejemplo 1.4 Cuál es la potencia del Sol, si se sabe que la luz tarda 8 minutos en llegar a la Tierra y la radiación incidente en la Tierra es de 1kW/m 2?. Y la temperatura del Sol,si el radio es de m? I E d ( ) W sr 1 Φ 4πI W 7 2 Φ W/ m E W/ m E KSBT T 5232K R W/ m K π 1

16 Visión humana versus artificial(1/3) Oído ( ), vista ( ) número de terminaciones nerviosas Ojo (sensor), cerebro (procesador) Ojo-óptica: córnea, irispupila, cristalino Ojo-sensor: retina (fóvea y mácula)

17 Visión humana versus artificial(2/3) Células: Conos y bastones Color (conos) : sensibilidad a las longitudes de onda (S,M,L) Respuesta espectral (bastones)

18 Visión humana versus artificial(3/3) Sistema humano: Mejor reconocimiento de objetos. Mejor adaptación a situaciones imprevistas. Utilización de conocimiento previo. Mejor en tareas de alto nivel de proceso. Sistema artificial: Mejor midiendo magnitudes físicas. Mejor para la realización de tareas rutinarias. Mejor en tareas de bajo nivel de proceso.

19 Escena estructurada o no estructurada Oclusiones Sombras Objetos no previstos Iluminación constante Similar escena Todos los objetos son previsibles

20 Configuración básica de un sistema de Visión Artificial Iluminación Captación Adquisición Procesamiento Periféricos

21 Etapas básicas Catenaria Detector de Canny rho (pixeles desde el centro) Espacio de líneas theta (grados)

22 Aplicaciones Visión Artificial Control de calidad Robótica Biomédicas Inspección de productos (papel, aluminio, acero,...) Identificación de piezas Etiquetados (fechas de caducidad,...) Inspección de circuitos impresos Control de calidad de los alimentos (naranjas,...) Control de soldaduras Guiado de robots (vehículos no tripulador) Análisis de imágenes de microscopía ( virus, células, proteinas ) Resonancias magnéticas, tomografías, genoma humano Astronomía Reconocimiento de caracteres Control de tráfico Meteorología Agricultura Militares Exploración del Espacio Control de cheques, inspección de textos,... Matrículas de coches Tráfico viario Predicción del tiempo Interpretación de fotografías aéreas Control de plantaciones Seguimiento de objetivos Vigilancia por satélites

23 Cuestiones teóricas 1. Teoría dual de la luz. 2. Flujo luminoso, intensidad lumínica, iluminación y radiación. 3. Temperatura de color. 4. Visión fóvea y visión periférica. 5. Comparación entre la visión humana y la artificial. 6. Arquitectura física de un sistema de Visión Artificial. 7. Etapas que se aplican en un proyecto de Visión Artificial. 8. Disciplinas relacionadas con la Visión Artificial. 9. Aplicaciones y áreas en las que trabaja la Visión Artificial.