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Visión por computadora
Unidad 1
Introducción
Contenido
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Generalidades
Dispositivos de captura
Representación y resolución
Definiciones de visión computacional
Ejemplos del campo de aplicación
Generalidades
• La visión humana es una tarea de
procesamiento de información, es el
proceso de describir con las imágenes lo
que esta presente en el mundo real y
dónde se encuentra (David Courtnay Marr 1945-1980).
Generalidades … (2)
• ¿Para qué estudiar visión por
computadora?
– El objetivo de la visión por computadora es
tomar decisiones útiles acerca de los objetos
físicos reales del mundo en base a imágenes
adquiridas digitalmente.
Generalidades … (3)
• En el mundo ¿Qué compone una escena?
– Objetos
– Formas de superficies
– Colores
– Movimientos
– Iluminación
– Reflejos
– Texturas
Generalidades … (4)
• ¿Qué es una imagen?
– Una imagen es un registro de valores
organizados en forma bidimensional,
generalmente representando intensidad de
radiación electromagnética.
Generalidades … (5)
• Ejemplos de imágenes
Generalidades … (6)
• Ejemplos de imágenes …
Generalidades … (7)
• Ejemplos de imágenes …
Generalidades … (8)
• Ejemplos de imágenes ….
Generalidades … (9)
• Ejemplos de imágenes …
Generalidades … (10)
• Ejemplos de imágenes …
Generalidades … (11)
• Visión Humana
– Conocimiento previo
– Mejor capacidad de
reconocimiento
– Mejor adaptación
• Visión computacional
– Mejor evaluación de
magnitudes físicas
– Mejor desarrollo de
tareas rutinarias
Generalidades … (12)
• Las imágenes digitales son el principal
ingrediente de lo que se conoce como
visión por computador.
• Con frecuencia se usan dos tipos:
– Imágenes de intensidad
– Imágenes de alcance
Generalidades … (13)
Dispositivos de captura
• La adquisición de imágenes digitales
requiere de dos elementos básicos:
– Dispositivo físico sensible a una determinada
banda del espectro de energía
electromagnético que genera una señal
eléctrica.
– Digitalizador. Dispositivo para convertir la
señal eléctrica continua en un conjunto
discreto de localizaciones en el plano de la
imagen
Dispositivos de captura … (2)
Dispositivos de captura … (3)
• Digitalización de una señal analógica
Voltaje
Una línea de información
Tiempo
Una línea
Un píxel
Dispositivos de captura … (4)
• Las imágenes digitales son arreglos bidimensionales de
valores de intensidad formados por proyecciones de
objetos 3D.
Dispositivos de captura … (5)
• Modelo de imagen “pinhole”
– La proyección de perspectiva crea imágenes
invertidas, algunas veces conviene considerar en su
lugar a la imagen virtual asociada al plano que está
enfrente del “pinhole” a la misma distancia que el
plano de la imagen.
Dispositivos de captura … (6)
• Efectos de perspectiva
– Los objetos distantes parecen más pequeños
Dispositivos de captura … (7)
• Efectos de perspectiva …
– Líneas paralelas se encuentran en un punto
que se desvanece
Dispositivos de captura … (8)
• Formación de imágenes digitales
Dispositivos de captura … (9)
• Formación de la imágenes digitales …
Dispositivos de captura … (10)
• Lentes
– Permiten reunir o juntar los rayos de luz
– Mantienen la imagen en foco
– Problemas:
• Aberraciones
– Geométricas
– Cromáticas
Dispositivos de captura … (11)
• Principalmente 2 tipos:
– CCD
• La tecnología CCD (Charge Coupling Device) es la que proporciona
una mejor imagen, sobre todo en el caso de las cámaras
profesionales en las que se emplea un sensor para cada color,
mientras que en las de consumo se emplea un único sensor, de
modo que este está constituido como un mosaico de detectores de
colores y por tanto captura una menor densidad de puntos. Cuando
el sensor ha capturado la imagen envía la información completa
serializada fila a fila
– CMOS
• La tecnología CMOS es la más económica, y ofrece un menor
tamaño, gracias a su grado de integración electrónica. Además,
puede capturar partes de la imagen, no teniendo que transmitirla
completamente. Al contrario que en los sensores de tecnología
CCD, las celdas de la matriz CMOS son totalmente independientes
de sus vecinas. La principal diferencia radica en que en estos
sensores la digitalización se realiza píxel a píxel dentro del mismo
sensor, por lo que la circuitería del sensor es mucho más sencilla
Dispositivos de captura … (12)
• CCD
Dispositivos de captura … (13)
• Estructura típica de un sistema de visión
artificial
Dispositivos de captura … (14)
• Componentes de un sistema de visión
artificial
– Sistema de iluminación
– Lente de la cámara
– Una o más cámaras para adquirir la imagen
– Tarjeta de captura / driver
– Algoritmos de análisis de la imagen
Dispositivos de captura … (15)
• Las propiedades de los objetos
interactúan con la fuente de iluminación,
así la luz puede:
– Reflejarse
– Absorberse
– Transmitirse
Dispositivos de captura … (16)
• Propiedades de los objetos
– Reflexivas
• Materiales difusos, especulares, reflectores, …
– Absorbentes
• Materiales selectivos al espectro
• Materiales no selectivos al espectro
– Transmisivas
• Materiales transparentes
• Materiales traslucidos
• Materiales selectivos al espectro
Dispositivos de captura … (17)
Dispositivos de captura … (18)
Dispositivos de captura … (19)
Dispositivos de captura … (20)
• Ejemplos de tipos de iluminación
Dispositivos de captura … (21)
• Esquemas de iluminación
Iluminación
posterior difusa
Iluminación difusa
direccional
Iluminación omnidireccional difusa
Iluminación direccional
lateral
Representación y resolución
• Independientemente del tipo de sensor
utilizado la imagen digital a utilizar será
representada por una matriz de MxN
elementos.
– Cada elemento
• Tendrá un valor asignado
• Comúnmente entre el rango de 0 a 255 por píxel
en el caso de escala de grises,
• En el caso de imagen a color el valor asignado se
compondrá de tres datos (RGB) <tres bandas
espectrales>.
Representación y resolución … (2)
• Escala de grises
Representación y resolución … (3)
• Color
Representación y resolución … (4)
Diversos muestreos espaciales
• Dependiendo del número de píxeles que tenga el dispositivo o en el
caso de imágenes analógicas del número de muestras tomadas, se
tendrá más o menos resolución espacial.
Representación y resolución … (5)
• Variación en el número de niveles de gris
Representación y resolución … (6)
• Imágenes binarias (B/N)
Representación y resolución … (7)
Definiciones de visión
computacional
• “Visión es un proceso que produce, a
partir de imágenes (información) del
mundo externo (escena), una descripción
que es útil para el observador y que está
libre de información irrelevante” (Marr, 1976).
Definiciones de visión
computacional … (2)
• “Ciencia que desarrolla las bases teóricas
y algorítmicas para obtener información
sobre el mundo real a partir de una o
varias imágenes” (Haralick, 1992).
Definiciones de visión
computacional … (3)
• “Disciplina que desarrolla sistemas
capaces de interpretar el contenido de
escenas naturales” (Castleman, 1996).
Definiciones de visión
computacional … (4)
• “La visión por computador, que ha
emergido como una disciplina propia
basada principalmente en las matemáticas
y ciencias de la computación, consisten en
hacer que un computador vea. Esto sin
embargo, es todavía un problema no
resuelto” (Faugeras, 2001).
Definiciones de visión
computacional … (5)
• Desde una perspectiva general:
“La visión artificial por computador es la
capacidad de la máquina para ver el
mundo que le rodea, más precisamente
para deducir la estructura y propiedades
del mundo tridimensional a partir de una o
más imágenes bidimensionales” (Pajares, 2012).
Definiciones de visión
computacional … (6)
• La mayoría de las definiciones anteriores
son muy amplias y abarcan muchos
temas.
• En los últimos años se ha dejado de lado
el término visión artificial y ha tomado
fuerza el término visión por computador.
Definiciones de visión por
computador … (7)
• Visión por computador ≠ Procesamiento
digital de imágenes
– Procesamiento digital de imágenes:
• Proceso mediante el cual se toma una imagen y
se produce una versión modificada de esta
imagen.
Ejemplos del campo de aplicación
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Navegación robótica
Biología, Geología y Meteorología
Medicina
Identificación de construcciones, infraestructuras
y objetos de escenas del exterior
Reconocimiento y clasificación
Inspección y control de calidad
Cartografía
Fotointerpretación