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Introducción a la Visión Artificial
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Introducción a la Visión Artificial
� Aristóteles:’Visión es saber que hay y donde mediante la vista’
� Los humanos prefieren el procesamiento de imágenes
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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”
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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)
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� Teoría de la dualidad:
Newton � La luz como corpúsculo.
Maxell � La luz como onda (c = 3x108 m/s)Radiación electromagnética vectoriales acopladas y perpendiculares:
Espectro visible:
λ= 380 nm - 780 nm,
f=c/λ (frecuencia de la onda)
f= 3.2x1014 Hz y los 7.7x1014 Hz
La naturaleza de la luz
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� 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
La naturaleza de la luz
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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:
h: es la constante de Planck (6.63x10-34J.seg)
f: frecuencia de la onda
c: velocidad de la luz (c = 3x108 m/s)
λ = longitud de onda
λch
fhQ⋅
=⋅=
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Ejemplo 1.1
¿Cuál es el flujo de fotones por segundo, Π (P/Q), de unlaser de DVD con una potencia de 5µW emitiendo con unalongitud de onda de 650 nm?
Jch
Q 19
9
834
10310650
1031063.6 −−
−
⋅=⋅
⋅⋅⋅=
⋅=
λ
fotones/s1067.1103
105 13
19
6
⋅=⋅
⋅==Π
−
−
Q
P
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� 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 KSB=5.7x10-8 W/m2K4
Fuentes de luz
4TKE SB=
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Ejemplo 1.2
La iluminación medida por un pirómetro óptico en unpequeño agujero de un horno es de 22.8 W/cm2. ¿Cuál es latemperatura interna del horno?
KKmW
mWTTKE SB 1414
/107.5
/108.22 4
1
428
24
4 =
⋅
⋅=→=
−
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Interacción con la materia (1/2)
� Flujo luminoso [W]
� Intensidad luminosa [W/sr]
� Interacción con la materia
� Iluminación incidente
( )∫∞
=Φ0
λλ df
Id
d=
Φω
REFLEJADAABSORBIDAATRANSMITIDINCIDENTE Φ+Φ+Φ=Φ
Ed
dAi
i=Φ
2r
I
dA
dI
dA
dE r ≅
⋅==
ωφ
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Ejemplos de luminarias
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Interacción con la materia (2/2)
� Radiación radiada
� Distribución reflejada
( ) ( ) aparenterr S
I
vndA
dI
ddA
dL ≈
•=
Φ= rr
ωθcos
2
( ) ( )( )F
L
Er i r r
r i r r
i i
θ θ φθ θ φ
θ, ,
, ,=
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/m2)
Radiación o luminancia L W m-2 sr-1 Cd/m2
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Ejemplo 1.3
Un relé es controlado por una célula fotoeléctrica. Éstatiene una abertura de 15 mm x 40 mm y requiere al menosun flujo mínimo de 0.3 mW. ¿A que distancia máxima sepondrá un emisor puntual que tiene como intensidad 1W/sr?
mE
Id
mWE
41.1
/5.010401015
103.0
max
2
33
3
==
=⋅⋅⋅
⋅≥
−−
−
Magnitud física
Símbol
o
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/m2)
Radiación o
luminancia
L W m-2 sr-1 Cd/m2
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Ejemplo 1.4
¿Cuál es la potencia del Sol, si se sabe que la luz tarda 8minutos en llegar a la Tierra y la radiación incidente en laTierra es de 1kW/m2?.¿Y la temperatura del Sol, si el radio es de 6.96⋅108 m?
( )WI
srWdEI
26
1252832
106.24
1007.210360810
⋅==Φ
⋅⋅=⋅⋅⋅⋅=⋅= −
π
KKmW
mWTTKEmW
RE SB 5232
/107.5
/1027.4/1027.4
4
4
1
428
27
427
2=
⋅
⋅=→=→⋅=
Φ=
−π
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Visión humana versus artificial(1/3)
� Oído (3·104), vista (2·106) número de terminacionesnerviosas
� Ojo (sensor), cerebro(procesador)
� Ojo-óptica: córnea, iris-pupila, cristalino
� Ojo-sensor: retina (fóvea y mácula)
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Visión humana versus artificial(2/3)
� Células: Conos y bastones
� Color (conos) : sensibilidad a las longitudes de onda (S,M,L)
� Respuesta espectral (bastones)
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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.
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Escena estructurada o no estructurada
� Oclusiones
� Sombras
� Objetos no previstos
� Iluminación constante
� Similar escena
� Todos los objetos son previsibles
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Configuración básica de un sistema de Visión
Artificial
� Iluminación
� Captación
� Adquisición
� Procesamiento
� Periféricos
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Etapas básicasCatenaria Detector de Canny
theta (grados)
rho (
pix
ele
s d
esde e
l centr
o) Espacio de líneas
0 50 100 150
-100
0
10050
100
150
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Aplicaciones Visión Artificial
Control de
calidad
Inspección de productos
(papel, aluminio,
acero,...)
AstronomíaExploración del
Espacio
Identificación de piezasReconocimiento de
caracteres
Control de cheques,
inspección de
textos, ...
Etiquetados (fechas de
caducidad,...)Control de tráfico
Matrículas de coches
Inspección de circuitos
impresosTráfico viario
Control de calidad de los
alimentos
(naranjas,...)
Meteorología Predicción del tiempo
Robótica
Control de soldaduras
Agricultura
Interpretación de
fotografías
aéreas
Guiado de robots
(vehículos no
tripulador)
Control de
plantaciones
Biomédicas
Análisis de imágenes de
microscopía ( virus,
células, proteinas )Militares
Seguimiento de
objetivos
Resonancias magnéticas,
tomografías, genoma
humano
Vigilancia por
satélites
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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.