PROCESAMIENTO DE IMÁGENES: CONSEJOS ÚTILES

Vol. 1 Lentes #1

AMIENTO GEOS ÚTILES

MEN

ÚTILESS

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CONSEJOS ÚTILES PARA EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES

El procesamiento de imágenes es una tecnología esencial, que aumenta la precisión y la efi ciencia

en la inspección de defectos. Recientemente, la tecnología en este ámbito ha experimentado

importantes avances, produciendo resultados signifi cativos en plantas de fabricación. A fi n de

realizar correctamente el procesamiento de imágenes en el sitio de producción, es fundamental

adquirir conocimientos básicos sobre el tema.

Por lo tanto, en este documento explicaremos nociones fundamentales en materia de tratamiento

de imágenes.

01 El papel del lenteEn el procesamiento de imágenes, la luz que entra en el elemento receptor de la imagen (CCD) se convierte

en señales electrónicas, que se utilizan como datos. Para este proceso, es importante contar con un lente que

reúna la luz dirigiéndola hacia el elemento receptor. En base al principio de la refracción, el lente concentra

la luz del objeto en un solo punto, formando una imagen. En este proceso, el punto único sobre el que la luz

se ha enfocado se denomina punto focal, y a la distancia desde el centro del lente hasta el punto focal se le

llama longitud focal. Cuando se utiliza un lente convexo, la longitud focal variará en función del grado de grosor

(abultamiento) del lente. Cuanto mayor sea el grado de abultamiento, más corta será la longitud focal.

[ ¿Cómo avanza la luz que atraviesa un lente convexo? ]

A. La luz que incide en el eje de manera paralela, tras ser refractada, avanza y atraviesa el punto focal.

B. La luz que incide en el centro prosigue un trayecto recto, sin cambios.

C. La luz que atraviesa e incide desde un punto focal, avanza, tras ser refractada pasando el eje, en forma

paralela.

Vista a través del mecanismo de una cámara, la luz emitida desde un objeto situado más allá del punto focal de

un lente convexo, se refracta en éste último y se proyecta como una imagen cuyo plano vertical y horizontal se

han invertido. A esta imagen se le denomina imagen real, y si se coloca un elemento receptor de imagen aquí,

se captará la proyección de dicha imagen real.

A

B

C

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Centro del lente convexo

Eje del lente convexoPunto focal

Punto focal

Imagen real

Objeto

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CONSEJOS ÚTILES PARA EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES

02 Tipo de lentes empleados en el procesamiento de imágenesLentes CCTV Estos lentes son para circuitos cerrados de televisión, y se emplean principalmente para aplicaciones de

inspección en el ámbito de la automatización industrial, así como para aplicaciones de vigilancia en las áreas

contra la delincuencia y prevención de incendios. Debido al limitado número de elementos del lente y su relativa

sencillez, estos lentes son compactos y de bajo costo. En general, estos lentes pueden llevar a cabo una

corrección de la aberración uniforme, independientemente de la distancia hacia el objeto.

Lente CCTV de uso general Serie CV-L Lente de baja distorsión Serie CA-LHR

¿Qué nos hace diferentes?Los lentes KEYENCE de

procesamiento de imágenes

utilizan internamente ocho capas

de cristal de baja dispersión y,

en comparación con los lentes

normales de CCTV, aprovechan

un diseño óptico que limita la

distorsión y la aberración cromática

al mínimo.

Lentes telecéntricos Estos son lentes organizados para conducir la luz principal a través del punto focal en un ángulo de 0° de visión.

En otras palabras, estos lentes se han diseñado para hacer que la luz principal avance paralelamente al eje

óptico del lente. Gracias a que el eje óptico es paralelo, es más difícil que se genere una distorsión y se hace

posible obtener con gran precisión el tamaño y la posición del objeto. Los lentes telecéntricos demuestran su

verdadero valor cuando se requiere un gran aumento, baja distorsión y mayor profundidad de campo para el

procesamiento de imágenes.

La efi cacia de los lentes telecéntricos

Vol. 1 Lentes #1

Lado del CCDLado del CCD

Lado del objeto Lado del objeto

Lentes telecéntricosLa imagen está enfocada, dejando el

tamaño del objeto sin cambios.

Lentes CCTV normalesLa imagen es borrosa y el tamaño del

objeto cambia.

Apertura

Margen de error

Lente normal Lente telecéntrico del lado del objeto

Cuando la distancia entre la cámara y el objeto se ha movido 3 mm 0.12"

Imagen original

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CONSEJOS ÚTILES PARA EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES

03 Estructura de un lente CCTV (Serie CA-LH/LHR)Estructura fl otante La estructura fl otante es una función que mueve por separado los grupos delantero y posterior de un conjunto

de lentes múltiples. Gracias a esto, se logran obtener alta resolución y excelente contraste, desde distancias

cortas hasta el infi nito.

[ Diseño óptico optimizado mediante lentes múltiples y estructura fl otante ]Con el fi n de obtener el mejor rendimiento de múltiples lentes, se emplea una estructura fl otante que mueve

de forma independiente cada grupo de lentes internos (delantero y posterior). Cuando el grupo delantero del

conjunto de lentes se mueve durante el ajuste de enfoque, la estructura sitúa el grupo posterior en la mejor

posición, para optimizar la corrección de la distorsión. Se alcanza un alto rendimiento si se mantiene constante

la relación de posición de los grupos de lentes, en condiciones óptimas entre rangos de gran proximidad hasta

el infi nito.

[ Ilustración de la estructura del lente ]

Adopción de lentes asféricos A través de la adopción de lentes

asféricos, que exhiben una forma no

esférica, es posible limitar las aberraciones

ópticas y obtener imágenes más nítidas.

[ Lentes esféricos y lentes asféricos]

Montaje del lente El montaje de los lentes, que sirve de empalme entre la cámara CCD y el lente, viene en una variedad de tipos,

y si los requisitos preexistentes a cada lado de la montura del lente no se cumplen completamente, no se podrá

mantener la compatibilidad entre la cámara CCD y el lente. Debido a que ocurrirían problemas mecánicos que

conciernen la estructura y dimensión de los acoples, y problemas ópticos relacionados con la distancia focal del

lado del CCD, es necesario confi rmar la montura de la cámara CCD que se utilizará a la hora de seleccionar los

lentes. Un montaje para cámara CCD que se utiliza a menudo en la industria de la automatización industrial es

el montaje C. Este tipo de montura tiene un diámetro interior de 25.4 mm 1.00" (1 pulgada) y una separación de

0.794 mm 0.03" (32 TPI).

Vol. 1 Lentes #1

Grupo delantero Grupo delanteroGrupo posterior Grupo posterior

Eje óptico Eje óptico

Aberración esférica

El grupo posterior se mueve durante el enfoque, corrigiendo la distorsión.

Punto focal de los rayos de luz que pasan a través de los extremos del lente

Punto focal de los rayos de luz que pasan cerca del centro del lente

Eje óptico

Corrección para el grupo posterior(fl otante)

Corrección para el grupo posterior(fl otante)

Infi nito

Lentes esféricos Lentes asféricos

Gran proximidad

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CONSEJOS ÚTILES PARA EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES

04 Características del lenteEn la industria de la automatización fabril, a la distancia entre el objeto a inspeccionar y el lente del

procesamiento de imágenes se le llama generalmente distancia de trabajo (WD), y el área de la imagen

se refi ere como campo de visión. El campo de visión está determinado por el tipo de lente y el tamaño en

pulgadas, de la distancia de trabajo y el CCD.

Distancia de trabajo (WD) Esto es la distancia desde el extremo del lente hasta el objeto, cuando el punto focal está alineado con el

objeto. Se le conoce también como distancia de funcionamiento. Con el CCD, forma una expresión proporcional

que dice Distancia de trabajo es a Campo de visión como Longitud focal a Tamaño del CCD (Distancia de

trabajo : Campo de visión = Longitud focal : Tamaño de CCD).

Longitud focal La "longitud focal" es una de las especifi caciones del lente. Como modelos representativos, los lentes utilizados

para la automatización industrial vienen en especifi caciones de 8 mm 0.32", 16 mm 0.63", 25 mm 0.98" y

50 mm 1.97". La distancia de trabajo (WD) puede equipararse a la posición que se alinea con el punto focal del

campo de visión y la longitud focal necesaria para el objeto que se desea capturar.

El tamaño de la distancia de trabajo y del campo de visión están determinados por la longitud focal del lente

junto con el tamaño del CCD y, para rangos que están entre la menor distancia posible, en la que no es

necesario un anillo de aproximación, o a una distancias mayor a ésta, la relación se puede representar con la

siguiente expresión proporcional.

WD : Campo de visión = Longitud focal : Tamaño de CCD

Ejemplo: Utilizando un lente con una distancia focal de

16 mm 0.63" y un CCD con un tamaño de 3.6 mm 0.14", al

seleccionar un campo de visión de 45 mm 1.77", se obtiene una

distancia de trabajo (WD) de 200 mm 7.84".

Campo de visiónÉsta es el área de imagen dentro del intervalo de la distancia de trabajo. En general, cuanto mayor sea la

distancia de trabajo entre el objeto y el lente, más amplio será el campo de visión (ángulo de visión). Asimismo,

el ancho del campo de visión se determina de acuerdo a la distancia focal del lente. El ángulo del intervalo en

el cual se puede utilizar el lente para capturar imágenes, en lo que respecta al campo de visión, se denomina

como ángulo de visión o ángulo visual. Dado que el ángulo de visión aumenta, conforma la longitud focal del

lente se acorta, el campo de visión se ensanchará. De modo opuesto, se pueden ampliar los objetos distantes

si la longitud focal se alarga.

Ejemplo

Vol. 1 Lentes #1

Campo de visión

Ángulo de visión Ángulo de visión

Tamaño de CCD

45 mm1.77"

3.6 mm0.14"

16 mm0.63"

WD=200 mm7.84"

Distancia de trabajo (WD) Longitud focal

Longitud focal

Elemento receptor de imagen (CCD)

Elemento receptor de imagen

Longitud focal

Lente

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