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PROCESAMIENTO DE IMÁGENES: CONSEJOS ÚTILES

Vol. 3 Captura de Imagen

AMIENTOGEOS ÚTILES

MEN

ÚTILESS

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CONSEJOS ÚTILES PARA ELPROCESAMIENTO DE IMÁGENES

01 ¿Qué es un píxel?Un píxel representa la unidad estructural más pequeña de una imagen digital. La imagen en una computadora

se representa en píxeles, una colección de puntos alineados de forma ordenada. Cada punto individual posee

información de matiz o tono de color, con la cual se puede dibujar una imagen a color.

Por ejemplo, si una pantalla LCD se

despliega con "resolución: 1280 × 1024",

esto indica que la cantidad de píxeles

alineados horizontalmente es de 1280 y

verticalmente 1024. Con esta pantalla,

la cantidad total de píxeles es de 1280 ×

1024 = 1,310,720. Las imágenes pueden

desplegar más detalles a medida que

aumenta la cantidad de píxeles, lo que

podemos expresar como una imagen con

"alta resolución".

02 Cómo trabajan los píxelesNo todos los píxeles del sensor de imagen (elemento receptor de la imagen), que está representado por

el CCD, funcionan como salida de señal de imagen. Hay un número total de píxeles, que equivale a los

píxeles de todo el sensor de imagen, adicionalmente se cuentan píxeles válidos y virtuales, en función de su

funcionamiento.

Pixeles válidos:Los píxeles del total de píxeles que manejan las señales de la imagen. Cuando se presenta el rendimiento de una cámara

digital, su desempeño está determinado por directrices que piden el uso del número de píxeles válidos.

Píxeles virtuales:Los píxeles entre los píxeles válidos que garantizan el desempeño del producto.


Área total de píxeles(Número de píxeles horizontales × verticales)

Área de píxeles válidos(Número de píxeles válidos horizontales × verticales)

Área de píxeles virtuales(Número de píxeles virtuales horizontales × verticales)

Longitud diagonal (tamaño de la imagen)

* Defi ne el tamaño de la imagen

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03 ¿Qué es el tamaño de celda individual?El tamaño de celda individual representa las dimensiones del sensor individual de imagen y se expresa normalmente en unidades de µm. Técnicamente, el tamaño incluye al elemento fotorreceptor y la ruta de transmisión de la señal (= distancia entre píxeles). En otras palabras, el tamaño de la celda individual y la distancia entre píxeles tienen el mismo valor. Un tamaño de celda individual pequeño signifi ca que la imagen se dibuja en pequeños píxeles, resultando en una imagen de alta resolución. En base al tamaño de la celda individual y el número de píxeles válidos, se puede calcular el tamaño del receptor del sensor de imagen.

[ EJEMPLO ]

Si un sensor de imagen determinado presenta las

siguientes condiciones...

- Número de píxeles válidos: 768 × 484

- Tamaño de celda individual: 8.4 µm 0.33 Mil × 9.8 µm 0.36 Mil

...entonces el tamaño del receptor es...

- Horizontal 768 × 8.4 µm 0.33 Mil = 6.4512 mm 0.25"

- Vertical 484 × 9.8 µm 0.36 Mil = 4.7432 mm 0.19"

* Distancia entre píxeles: La distancia desde el centro de un píxel hasta el centro del píxel adyacente.

04 ¿Cuál es la diferencia entre CCD y CMOS?

El CCD y el CMOS se denominan como sensores de imagen y son elementos semiconductores que convierten las imágenes ópticas en señales eléctricas. Ambos utilizan un fotodiodo para detectar la luz, pero se diferencian en la lectura de la señal y método de producción. Las diferencias relativas entre ambos se enlistan a continuación.

CCD CMOS

Técnica de fabricación Relativamente difícilRelativamente fácil

*Se puede utilizar equipo de fabricación de semiconductores de uso general, convertido para la producción.

Costo de fabricación Precio alto Precio bajo

Consumo eléctrico Alto Bajo

Ruido Relativamente bajo Relativamente alto

Sensibilidad a la luz Alta No con el mismo grado que el CCD

05 Tamaño de CCDHay dos formas en que se expresa el tamaño de un sensor de imagen CCD; en pulgadas o con normas estándares como el tamaño APS-C. Cuando se expresa en pulgadas, equivale a la longitud de la diagonal del tubo receptor de imagen, en lugar de las dimensiones reales de la imagen capturada. Por ejemplo, un CCD de 1/2 pulgada signifi ca que tiene un área de imagen, equivalente a un tubo receptor de imagen de 1/2 pulgada. Si usted se pregunta por qué es así, esto se debe a que el CCD se creó inicialmente como una alternativa para el tubo tomavistas de una cámara de televisión. En ese momento, había una gran necesidad de cambiar al uso de sistemas ópticos como los lentes, por lo que se creó este tipo de norma irregular. El tamaño estándar principal en pulgadas se muestra a la derecha.

Tamaño Longitud diagonal Área de captura de imagen

2/3 pulgada 11 mm 0.43" An 8.8 0.35" × Al 6.6 mm 0.26"1/2 pulgada 8 mm 0.32" An 6.4 0.25" × Al 4.8 mm 0.19"1/3 pulgada 6 mm 0.24" An 4.8 0.19" × Al 3.6 mm 0.14"1/4 pulgada 4.5 mm 0.18" An 3.6 0.14" × Al 2.0 mm 0.08"

Elemento receptor de imagen CCD


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06 Velocidad de obturaciónEsto representa el período de tiempo, en el cual se acumula una carga en el sensor de imagen de un CCD o

CMOS. Si la velocidad de obturación es de 1/250, entonces el período de tiempo en el que se recoge la luz

es de 1/250 segundos. Cuando la velocidad de obturación es rápida, la cantidad de luz que incide en el sensor

es pequeña. Por el contrario, cuando es lenta, la cantidad de luz que incide es grande. En otras palabras, se

puede decir que la velocidad del obturador sirve como una función que ajusta la cantidad de luz. La velocidad

de obturación y la cantidad de luz recibida (hablando con precisión, la cantidad de carga acumulada) tienen la

siguiente relación.

[EJEMPLO] Cuando una velocidad de obturación de 1/1000 seg. (1 ms) se considera estándar...

- Cuando la velocidad de obturación es de 1/500 seg. (2 ms), la cantidad de luz incidente será el doble.

- Cuando la velocidad de obturación es de 1/2000 seg. (0.5 ms), la cantidad de luz incidente será la mitad.

07 ¿Qué es la ganancia?Ganancia representa la amplifi cación eléctrica de las señales de imagen. Las cámaras CCD para el procesamiento de imágenes incorporan una función, que amplifi ca las señales de la captura realizada de zonas oscuras, haciendo que aparezcan luminosas. También tienen una función de control de ganancia, que ajusta automáticamente ésta en respuesta a la luminosidad del objeto.

El efecto del aumento de la sensibilidadUna comparación de las imágenes a una velocidad de

obturación 1/10000

* Una comparación sobre una base de igual a igual con iluminación

fl uorescente.

Qué nos hace diferentes Todas nuestras cámaras CCD para el procesamiento de imágenes utilizan circuitos desarrollados por KEYENCE.

Nuestras cámaras incorporan circuitos integrados especializados llamados ASIC (véase abajo), que hacen

posible fi jar libremente detalles como área de la imagen, área de proceso, velocidad de obturación o el sistema

de transferencia desde el lado del controlador. Estas funciones no están implementadas con control desde el

controlador, solamente con soporte del lado de la cámara. Como resultado, no se añade tiempo de procesamiento,

incluso si cambia la confi guración. Esto también es el efecto de haber incorporado el ASIC especializado.

Convencional

Sólo procesa las imágenes de la cámara

ASIC integrado

Procesa las imágenes recibidas después de indicar las imágenes optimizadas

COLUMNA ¿Qué es ASIC?

Es la abreviación de Application Specifi c Integrated Circuit (Circuito integrado

específi co para la aplicación). Se trata de una LSI (integración a gran escala)

individualizada, en un circuito integrado creado especialmente para su uso en

aplicaciones específi cas de operación.


Antes de aumentar la sensibilidad

Después de aumentar la sensibilidad

Transferencia de imagen

CámaraCámara

Controlador

Transferencia de imagen

Controlador

Indicación de ajuste de la imagen

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08 Matrices cuadradas y no cuadradasUna matriz cuadrada indica que los píxeles horizontales y verticales de la celda individual tienen la misma

proporción. Debido a que la proporción es de 1 : 1, tiene la ventaja de ser capaz de mantener una alta

precisión sin tener que ajustar la imagen.

[ Estudio de caso ] ¿Qué sucede cuando se captura un círculo de 10 mm 0.39" de diámetro?

Cuando los datos de una imagen, capturada con una matriz CCD no-cuadrada, se muestran directamente

como píxeles de procesamiento de imágenes (1 : 1), los círculos aparecerán horizontalmente alargados, por lo

que es necesario corregir la imagen.


1

1 1

1.28

Píxel

Receptor CCD

Cuando se utiliza una matriz cuadrada (Proporción de aspecto 1: 1)

Cuando se utiliza una matriz cuadrada

Cuando se utiliza una matriz no cuadrada (Proporción de aspecto 1.28: 1)

Cuando se utiliza una matriz no cuadrada

Las matrices cuadradas

permanecen sin cambios

Después de la captura

de imágenes, las

matrices no cuadrados

se transforman a una

proporción equivalente a

una matriz cuadrada.

Círculo con un diámetro de 10 mm 0.39"

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