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Cámaras color
Tanto en aplicaciones industriales como científicas cada vez se están utilizando más las cámaras color. Aunque el proceso de las imágenes color es más complejo. Este tipo de cámaras pueden proporcionar más información que las cámaras monocromo.
Contenido
Cámaras Color 1CCD
Las cámaras color de 1 CCD incorporan un sensor con un filtro en forma de mosaico que incorpora los colores primarios RGB. Este filtro de color es conocido como filtro Bayer. De hecho el sensor es un sensor monocromo al que se le ha superpuesto el filtro de color. La forma en que se disponen los colores R, G y B es como se muestra en la figura. Como se puede ver hay el doble de pixels con filtro verde que con filtro azul o rojo. Esto es así para hacer más semejante el sensor a la visión humana que es más sensible al verde. Debido al carácter del propio filtro, es evidente que en los pixels donde se sitúa el filtro rojo, no tienen señal ni de verde ni de azul. Para subsanar la falta de estos colores en estos pixels, se construye una señal RGB a partir de los pixels adyacentes de cada color. Este cálculo se realiza en el interior de la cámara mediante un circuito DSP específico, que permite realizar la operación en tiempo real y dependiendo de la cámara permite obtener una señal analógica o digital en RGB ( o en PAL o Y/C) en su caso. Algunas cámaras transmiten la señal del sensor a de forma digital hacia el exterior de la cámara y el ordenador mediante un programa apropiado realiza la transformación y permite visualizar la imagen en color.
Cámara Color 3CCD
Las cámaras color 3CCD incorporan un prisma y tres sensores. La luz procedente del objeto pasa a través de la óptica y se divide en tres direcciones al llegar al prisma. En cada una de los tres extremos del prisma se encuentra un filtro de color (rojo, verde y azul) y un sensor que captura la luz de cada color que viene del exterior. Internamente la cámara combina los colores y genera una señal RGB similar a la que ve el ojo humano. La fidelidad de las imágenes de las cámaras de 3CCD es muy superior a las de las cámaras de 1 CCD, pero hay un par de inconvenientes inherentes al sistema. Por una parte este tipo de cámaras requieren más luz debido a que el prisma hace que sea menor la cantidad de iluminación que incide sobre los sensores, y por otra se genera un efecto de aberración cromática debida a la propia estructura del prisma. Este efecto puede ser subsanado colocando las óptica diseñadas específicamente para este tipo de cámaras.
CARACTERÍSTICAS DE LAS CAMARAS DE VISION ARTIFICIAL
En las cámaras de visión artificial se requieren una serie de características especiales que no acostumbran a tener las cámaras utilizadas en otro tipo de aplicaciones como la televisión o la vigilancia y seguridad. Este tipo de características son: Obturación, Integración, Captura Asíncrona, Sincronización, Píxel Clock.
Velocidad de O bturación (Shutter)
Las imágenes de objetos en movimiento a menudo aparecen movidas incluso utilizando cámaras progresivas. Esto es debido a que la luz se acumula en los píxels durante un determinado tiempo de exposición. Para reduc ir el efecto de desenfoque se debe reducir el tiempo de exposición utilizando un obturador. En las cámaras fotográficas esto se hace mecánicamente, pero en las cámaras CCD se hace de forma electrónica. A medida que se aumenta la velocidad de obturación se reduce el tiempo de exposición y los objetos aparecen más nítidos en la imagen. En muchas aplicaciones de visión artificial es necesario aumentar la velocidad de obturación, sin embargo el efecto inmediato es que el sensor es menos sensible debido a que la luz incide durante menos tiempo. Por tanto, a medida que se aumenta la velocidad de obturación se debe también aumentar la intensidad de iluminación.
Integración
Es el tiempo durante el cual los píxels están acumulando luz. Es el factor opuesto a la obturación y se utiliza normalmente en aplicaciones donde hay muy poca iluminación para incrementar la sensibilidad de la cámara. Evidentemente, en este caso, el objeto a inspeccionar debe estar parado. El término Largo Periodo de Integración se utiliza cuando el sensor esta expuesto durante un tiempo superior al de un cuadro. El máximo tiempo de integración esta limitado por el ruido térmico del sensor, que puede mejorarse si se refrigera. Muchas de las cámaras que se describen en este folleto tienen la opción de Largo Periodo de Integración.
Captura Asíncrona
Este método de capturar imágenes es muy importante en muchas aplicaciones de visión artificial donde los objetos a capturar se mueven por delante del campo de visión de la cámara y donde se debe capturar el objeto en una posición concreta de la imagen. La captura asíncrona permite que las imágenes sean capturadas en un momento preciso. Este concepto permite que el sincronismo vertical de la cámara sea activado en el momento preciso de modo que el objeto esté centrado en el campo de visión de la imagen. La captura asíncrona se activa a partir de un trigger externo.
Trigger al Frame Grabber
La señal de video procedente de una cámara consiste en una serie de imágenes enviadas en un tiempo determinado ( en el caso de la señal CCIR son 25 imágenes por segundo con 40ms de retardo entre cada imagen consecutiva). Si el frame grabber ( placa de captura) recibe un trigger, capturará el próximo cuadro de video. Este puede tener un retardo aleatorio que puede variar entre 0 y 40 mseg y por tanto el objeto que pretendemos capturar estará en cualquier posición en la imagen.
Trigger a la Cámara
Las cámaras de visión artificial pueden capturar de forma asíncrona con una señal de trigger ( normalmente se trata de una foto célula) . Hay dos formas de inicializar la cámara: Sincronismo de línea y sincronismo de píxel.
- En el caso de un reset de sincronismo de línea, la cámara se reinicializa en el siguiente pulso HD (Horilontal Drive pulse). Esto no es instantáneo pero el retardo es muy corto y es admisible para la mayoría de aplicaciones.
- El reset de sincronismo de píxel es instantáneo ( en el siguiente pulso de píxel) y por tanto es el más preciso.
Sincronización y Píxel Clock
Cuando un frame graber interrumpe una señal de video de entrada generalmente es necesario esperar algunos cuadros para volver a sincronizar la entrada de video. Esto puede ocurrir cuando se pasa de una cámara a otra en un frame grabber con entradas multiplexadas. Cuando se conecta a una nueva cámara no hay unos pulsos previos que informen al frame grabber acerca del sincronismo de la cámara y por tanto el frame grabber rápidamente la señal de video que le llega. Los frame grabber estándar de bajo coste no son capaces de aceptar este tipo de señales por separado y por tanto es necesario utilizar frame grabbers avanzados con barrido variable. Las señales necesarias para sincronizar son:
- HD Sincronismo Horizontal
- VD Sincronismo Horizontal
- Píxel Clock (opcional) el clock de alta velocidad que dirige al registro de desplazamiento del CCD.
Cuando una cámara se reinicializa de forma asíncrona, todas las señales de sincronismo, HD, y VD ( o WEN) también se reinicializan ( con excepción del píxel clok). Los frame grabber de barrido variable reciben pasivamente las señales desde la cámara. El píxel clock se utiliza para dirigir el ADC (Conversor Análogo/Digital) en el frame grabber con el HD y VD controlando el inicio del cuadro y el tiempo horizontal. Hay otras formas de hacer el reset asíncrono pero esta es la forma más simple y elegante.
Categoría: Tecnología de vídeo y cine
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