Tecnología de un escáner 3D con visión artificial

Visión artificial — Por Mercè Bruned el 18 Noviembre 2009 a las 9:24 am

escaner 3D vision artificial medicion

Los escáneres 3D utilizan diferentes tecnologías capaces de proporcionar las coordenadas (x,y,z) de los puntos en la superficie de un objeto. Los sistemas de visión artificial más modernos incorporan, como método de digitalización 3D, algoritmos de triangulación entre cámara y láser y destacan por su coste asequible y su elevada resolución.

El método que utilizan consiste en la interpretación de la imagen generada por una línea láser reflejada en la superficie que se desea analizar, basada en los principios teóricos del comportamiento de la deformación perspectiva que se produce debido al ángulo de incidencia del láser respecto al sensor.

La imagen muestra una configuración típica cámara-láser para digitalizar en 3D los objetos que se desplazan sobre una cinta transportadora.

1: Adquisición de la imagen generada por la línea láser.

escaner 3D vision artificial medicion

La cámara adquiere la imagen del perfil del láser reflejado sobre el objeto, dicho perfil constituye elemento básico utilizado para la digitalización. La forma de la línea varía en función de la altura del objeto.

Si comparamos el perfil láser con una sección real de la pieza, observamos la deformación perspectiva que la imagen del perfil ha sufrido debido al ángulo de visión de la cámara y la oclusión de las paredes verticales del objeto.

2: Acumulación de perfiles al mover la pieza.

escaner 3D vision artificial medicion

El funcionamiento básico del sistema de escaneado consiste en repetir la adquisición de la imagen explicada en el punto anterior, a medida que la pieza se desplaza bajo el láser (o de forma equivalente, la pieza puede permanecer estática, mientras que el cabezal formado por la cámara y el láser se desplaza).

La imagen muestra una acumulación de perfiles consecutivos adquiridos a intervalos constantes durante el movimiento de la pieza.

3: Reconstrucción tridimensional y calibración.

Los pasos anteriores describen sólo la base de la tecnología del escáner que nos ha permitido obtener una reconstrucción de la pieza que, no debemos olvidar, ha sufrido una importante deformación perspectiva, además de la aberración óptica provocada por la lente.

La mayor parte de las aplicaciones, demandan un modelo 3d corregido, sobre el que poder efectuar medidas en el sistema métrico y, para ello, los fabricantes incorporan en sus escáneres, sistemas de calibración capaces de obtener los parámetros necesarios para transformar el conjunto de perfiles en una representación tridimensional en coordenadas métricas y sin distorsión.

El procedimiento de calibración debe aplicarse cada vez que cualquiera de los elementos implicados en el proceso (cámara, láser o cinta) se mueva y consiste habitualmente en escanear una pieza cuyas dimensiones son conocidas (o pieza patrón) proporcionada por el fabricante del escáner

Este artículo pretende sólo acercar a los lectores al principio tecnológico que este tipo de escáneres utiliza, por lo que se ha simplificado cada uno de los pasos explicados, sin entrar en los detalles de implementación que se derivan de la discretización de los perfiles (el sensor los convierte en un conjunto discreto de puntos) ni en las transformaciones no lineales necesarias para resolver las distorsiones que la cámara provoca. Estos son aspectos, que se solucionan mediante algoritmos informáticos que se pueden implementar en el propio hardware de la cámara o en un ordenador que reciba las imágenes).

Tags: , , , , , , , , , ,

Compartir:

    16 Comentarios

  • Pablo dice:

    Primero felicidades por el blog. Estoy subscrito mediante rss.
    Supongo que dependerá (como todo) del dinero que inviertas pero ¿podría llegar a medir precisiones de micras?
    Mi intuición me dice que debe ser un raya laser fina y una resolución de cámara mayor de lo normal.

    Muy ilustrativa la imagen1.

    Gracias.

  • Para consegur precisiones de micras necesitas estar por debajo de la decima de micra (10% del valor), creo que con la tecnologia actual es dificil, lo mejor usando triliteracion (utilizar los datos desde diferentes posiciones del dispositivo) se podria consegir algo.
    Existen camaras que se montan sobre CMMs y sobre brazos de medicion, pero todo dependera de las tolerancias que tengas.

  • Mercè Bruned dice:

    Hola Pablo,

    Es cierto que la resolución de la cámara será un factor decisivo para saber la resolución en X y en Y del escáner. Para conocer la resolución en Z, hay que tener en cuenta también el ángulo entre cámara y láser (cuanto mayor pueda ser, mayor resolución) y el método que se utiliza para detectar la línea láser.
    Nosotros utilizamos algoritmos especiales para detectar el láser, que optimizan la resolución en Z respecto a los métodos tradicionales (búsqueda del centro de gravedad). Con ello hemos llegado a medir en laboratorio, diferencias de alturas de 5 micras. El ruido o “speckle” del láser y del propio sensor, nos han impedido medir con precisiones mayores.
    Estoy de acuerdo con J.L. Cantalejo, en que llegar a medir con precisión de una micra, es muy difícil. Para poder indicarte la precisión que podrías obtener, necesitaría conocer el tamaño de la pieza que quieres medir y también sus características (color, material,…). Si crees que el sistema puede ser interesante para alguna de tus piezas, puedes mandarnos una imagen y podremos darte una orientación.

  • Luis Jorges dice:

    Estimado Mercè Bruned

    Hoy me acabo de enterar de esta tecnología. Gracias a tu blog. Tengo una idea de proyecto. Se trata de cuantificar en forma continua volumen de sólidos no uniforme que pasa por un canal de 1 mt de ancho por 50cm de alto. No requiere elevada precisión. El canal está casi libre de agua y los sólidos se desplazan a relativa velocidad (30cm cada 10seg)gracias a una vibración del canal. Desde ya gracias por tus comentarios.

  • Apreciado Luis,

    La tecnología de escaneado 3D que describo en el artículo podría ser una solución a tu proyecto, aunque debes contemplar también la tecnología TOF (mira este otro articulo que publiqué “http://www.measurecontrol.com/tiempo-de-vuelo-nuevas-oportunidades-en-3d/)”.

    Para poder escanear un objeto en 3D con precisión, la velocidad del objeto debe ser constante o bien debemos conocer las variaciones de velocidad (normalmente utilizamos un encoder). Tal como presentas tu proyecto, no creo que la velocidad sea constante ni que se pueda codificar, así que es importante estudiar a priori el error que generará asumir que la velocidad es constante y el error que generarán las vibraciones del canal. Dices que no se requiere elevada precisión, podrías decir qué precisión sería suficiente?

    Para poder estudiar estos errores es necesario ver el esquema de una sección del canal (para ver la forma aprox de los sólidos y si sobra sitio en el canal)y conocer el volumen teórico aproximado. Si necesitas ayuda con ello, mándame la información y te ayudo.
    Para ver un sistema de medición de volumen que está funcionando en la industria te dejo el siguiente link “http://www.baixcatvision.com/soluciones/inside-calculo-de-volumenes/”

  • Hector Duarte dice:

    Hola, necesito comprar un equipo Scanner 3D, para usarlo en monitoriar cintas transportadoras de cables de acero, agradeceria su ayuda.

    Muchas Gracias

    Hector Duarte
    hduarte51@gmail.com

  • Hola Héctor, por tu comentario supongo que necesitas ayuda en la elección o tal vez saber si existe algún sistema que se adapte a tu proyecto o bien hay que construirlo…
    En fin, si quieres pasarme los datos te ayudaré en lo que pueda. Puedes comentar tu aplicación aquí mismo en el blog o si necesitas pasarme datos técnicos o imágenes puedes utilizar el servicio FirstSight (http://www.baixcatvision.com/servicios/evaluacion-firstsight/) y te enviaré mi opinión sobre el tema.

  • alguie dice:

    no me dice que son los escneres 3d
    grcias¡¡¡¡¡¡

  • Un escáner 3D es un dispositivo capaz de generar un mapa tridimensional de la superficie de un objeto.

    La información que el dispositivo genera (podemos llamarla mapa tridimensional, mapa de profundidades o imagen 3D), consiste en un conjunto de coordenadas (x,y,z) que describen la forma superficial del objeto.

    Así pues, respecto a las imágenes tradicionales (2D), las imágenes 3D generadas por el escáner añaden la ventaja de contemplar también la profundidad de los objetos. Se utilizan simplemente para reproducir y/o guardar la forma de los obetos (por ejemplo esculturas u obras de arte) y también, a nivel industrial o en laboratorio para efectuar mediciones o buscar defectos en piezas.

  • Kira dice:

    Hola revisaba tu blog y me tope con este tema, me parece muy interesante y tambien queria pedirte un consejo, yo quiero hacer una medicion del volumen, igual con la reconstruccion 3d pero a partir de imagenes, crees q seria tan efectivo como el de laser?, espero tu respuesta y ojala pueda contactarte para platicarte mas de esto.
    Un saludo y gracias.

  • Hola Kira,

    El método de reconstrucción 3D que he presentado también se basa en imágenes. Utilizamos el láser sólo para iluminar el perfil de la pieza, pero luego hacemos la “foto” de todos los perfiles. Estas fotos o imágenes son las que utilizamos para la reconstrucción. Te serviría este sistema?

    Una sola imagen de una pieza, proporciona sólo información 2D. Puedes utilizar una cámara y un láser que resalte el perfil de la pieza para obtener información 3D (sistema de triangulación láser) o bien utilizar dos cámaras y comparar las imágenes proporcionadas por cada una de ellas (sistema estereoscópico).

    Creo que el mejor sistema para calcular el volumen con precisión sería la combinación de láser y cámara.

    Espero que sigas comentándome qué sistema crees que es más conveniente para tu problema y qué método tienes pensado para la reconstrucción 3D a partir de imágenes, te ayudaré en lo que pueda.

  • Carlos dice:

    Estimado Mercè Bruned

    existe esta tecnología de 3D aplicada al mecanizado de piezas?. Concretamente al control de operaciones en engranajes(defectos, falta de operación, etc) y si existe, posees algún ejemplo que se pueda consultar?. Gracias

  • Hola Carlos,

    Es muy probable que se pueda aplicar. Podrías explicarme con más detalle el funcionamiento de las piezas que desearías verificar y los defectos?

  • Carlos, también sería muy útil si tienes también alguna imagen. Puedes subirla en el sitio (http://www.baixcatvision.com/servicios/evaluacion-firstsight/).

  • Hola Marce
    soy Ingeniero de Manufactura en el area de prensas,y una de las tareas que me quita tiempo en el proceso son las hojas de inspeccion de piezas las cuales se verifican las dimenciones de estas. Me gustaria saber si este equipo es capas de procesar todo essa informacion tomando encuenta que muchas de las piezas fabricadas estan llenas de perforaciones,extruido etc,etc.?

    Gracias

  • Andres Mejias dice:

    ESTE escaner 3d podria tomar desiciones? ejemplo: que escanee una botella y un celular y de esta misma manera enviar la botella a un lugar y el celular a otra?

Introduzca una Respuesta

RSS para comentarios de este artículo.

Trackbacks

Deje un Trackback