ESCUELA POLITECNICA DEL EJERCITOCARRERA DE INGENIERIA
MECATRONICA12
Identificacin de objetos y colores mediante
LabviewAutores:Daniel Fernando Chimarro ChequeAndri Coppo Rubio
[email protected]@inorbit.com
Sangolqu-Ecuador 2012/06/20Abstract: Artificial vision is one of
the most used tools in industry, with this tool we can recognize
and analyze many features of objects from the work area.This tool
is also used in quality control to determine if a product is
accepted or rejected, this can be done just measuring and comparing
objects features with the ones of another object called patron. The
implementation of artificial vision applications can be a little
complex, because many of the parameters that need to be analyzed
can be affected by external factors like sunlight, dust and many
others. These external factors must be eliminated to process the
images taken from the objects. Resumen: La visin artificial es una
de las herramientas ms usadas en la industria, con esta herramienta
se puede reconocer y analizar muchas de las caractersticas de los
objetos del rea de trabajo.Esta herramienta es tambin usada en el
control de calidad para determinar si un producto es aceptado o
rechazado, esto se hace solo midiendo y comparando las
caractersticas del objeto con las de otro objeto llamado patrn. La
implementacin de aplicaciones de visin artificial puede ser un poco
compleja debido a que muchos de los parmetros que necesitan ser
analizados pueden ser afectados por factores externos tales como
luz solar, polvo y muchos otros. Estos factores externos deben ser
eliminados para poder procesar las imgenes adquiridas del objeto.
1. IntroduccinEste documento es una gua para la elaboracin de una
aplicacin con la cual podamos identificar tres parmetros acerca de
un objeto. La aplicacin ser realizada empleando las herramientas
National Instruments Vision Assistant y Labview 2010.
En las diferentes secciones de este documento se detallara cada
uno de los aspectos necesarios para el diseo de la aplicacin de
visin artificial.
2. Desarrollo
2.1 Descripcin de los objetos a ser analizadosPara nuestro caso
los objetos a ser analizados son pequeas manos de plstico y los
parmetros que se obtendr de las mismas son:
Color (tomate, rosado o verde) Orientacin (derecha o izquierda)
Control de calidad (la mano puede estar rota)
Figura 1. Mano derecha de color tomate
Figura 2. Mano izquierda de color rosado
Figura 3. Mano rota
2.2 Descripcin de la planta y sus componentesLa planta de visin
artificial consta de las siguientes partes:
Una caja de madera completamente pintada de blanco con tapa fija
en un extremo por medio de bisagras Placa de conjunto de Leds con
interruptor Batera de 9v Cmara FaceCam 300 Superficie de apoyo de
objetos de estudio
La cmara de la planta se conectara via usb a la computadora y se
enfocara en una mano de plstico que se coloca sobre el centro de la
superficie de apoyo. La placa de Leds alimentados por la batera ser
la encargada de proporcionar luz de apoyo una vez que la tapa de la
planta se haya cerrado.
Figura 4. Planta de Visin Artificial con tapa abierta
Figura 5. Identificacin de un objeto3. DESARROLLO DEL VI DE
VISION ARTIFICIALLas tres caractersticas que van a ser analizadas
son las siguientes: Identificacin de Color (Naranja, Rosado, Verde)
Identificacin de Orientacin (Mano Izquierda o Derecha)
Identificacin de Estado para control de calidad (Mano rota o
completa)La caracterstica de orientacin y estado se deben tratar
por comparacin con un patrn especifico por lo que se desarrollarn
con un solo asistente de visin, mientras que el anlisis de color
requiere un asistente independiente.Los dos asistentes de visin se
muestran en el VI como elementos inteligentes de acuerdo a la
siguiente figura:
Figura 6. Funciones Express de Asistente de VisinUna vez creados
se puede modificar su funcin con ayuda del Tool Vision
AssistantDeteccin de Orientacin y Estado:La operacin de orientacin
y estado requiere de dos operaciones fundamentales: Extraccin de
Planos de Color (Color Plane Extraction): Extrae los tres planos de
colores fundamentales (RGB, HSV o HSL) de una imagen. Coincidencia
de Patrones (Pattern Matching): Verifica la presencia de una
plantilla en una imagen entera o una regin de inters de la misma
basado en su intensidad.En trminos generales la imagen que requiere
ser analizada ser comparada con cuatro patrones fijos que
correspondern a perfiles de una mano izquierda, derecha, izquierda
rota y derecha rota, la extraccin de los planos de color y la
coincidencia con los patrones permitirn detectar la orientacin y el
estado de la pieza evaluada.a) Extraccin de Planos de ColorSe debe
procurar que una vez aplicado el filtro de plano se tenga similares
perfiles independientemente del color de la pieza, es por esta razn
que la opcin que mejor se aplica en estos casos es el plano de
saturacin
Figura 7. Setting de la extraccin de planos de colorUna vez
aplicado el filtro se debe obtener un perfil similar a este
(independiente del color de la pieza)
Figura 8. Perfil en plano de saturacinb) Coincidencia de
PatronesLa operacin de coincidencia de patrones requiere dos
pasos:El primero consiste en configurar la plantilla patrn, esta
debe ser obtenida para los cuatro casos previamente mencionados
desde la propia cmara de visin o desde un archivo de imagen
existente:
Figura 9. Patrones previamente obtenidos y filtrados
Figura 10. Ficha para seleccin de la plantilla de comparacinEl
segundo paso consiste en configurar las caractersticas de
aproximacin del patrn respecto a la imagen con la que ser
comparada, esto se realiza de acuerdo al siguiente marco:
Figura 11. Ficha para seleccin de la configuracinLas principales
caractersticas que deben ser modificadas son: Numero de Patrones a
encontrar: En este caso se coloca 1 puesto que en la imagen a
evaluar solo se va a colocar una pieza, si el plano tuviese mas de
una pieza el valor debe ser modificado Puntuacin mnima: A mayor
valor se requiere mayor exactitud entre el patrn y la pieza
evaluada, por esta razn el valor debe ser adecuado puesto que los
perfiles no siempre sern exactos de acuerdo al color pero tampoco
se debe evitar poca precisin. Para orientacin se escogi un valor de
600 mientras que para estado el valor es de 800. Bsqueda de
patrones rotados: Se debe escoger esta seleccin si el patrn a
buscar puede estar rotado respecto a la imagen a ser evaluada. Para
orientacin esta opcin est desactivada mientras que para estado se
permiti un rango de 20 grados.La operacin de bsqueda de patrones
debe ser realizada para las operaciones de bsqueda de mano
izquierda, derecha, rota izquierda y rota derecha. Una vez
realizado esto el script de visin debe verse como se muestra a
continuacin.
Figura 12. Script final para obtencin de orientacin y
estado.Deteccin de Color:La operacin de deteccin de color requiere
previamente tener almacenadas imgenes claras de los patrones de los
colores a evaluar:
Figura 13. Patrones de color a evaluarLa operacin a utilizar
para la evaluacin de color se denomina COLOR LOCATION y permite
localizar cierto color en una imagen.La primera configuracin a
realizar es la configuracin del color que se desea localizar:
Figura 14. Plantilla para seleccin de patrn de colorLa opcin
CREATE TEMPLATE permite escoger cierta regin de la imagen como
patrn de color, mientras que la opcin LOAD FROM FILE permite
escoger el patrn desde un archivo de imagen.La opcin Ignore Black
and White puede ser habilitada si se desea ignorar el color blanco
y negro en la bsqueda.La segunda configuracin corresponde a la
calibracin de correspondencia:
Figura 15. Plantilla de CalibracinLas principales caractersticas
que deben ser modificadas son: Numero de Patrones a encontrar: Es
el nmero de segmentos de rea que se van a buscar en la imagen que
coincidan con el color patrn Puntuacin mnima: A mayor valor se
requiere mayor exactitud entre el color patrn y la pieza evaluada,
por esta razn el valor debe ser adecuado puesto que especialmente
entre el color rosado y naranja hay cierta similitud. Se escogi un
valor alto de 800La operacin de bsqueda de colores debe ser
realizada para las operaciones de bsqueda de color verde, naranja y
rosado. Una vez realizado esto el script de visin debe verse como
se muestra a continuacin.
Figura 16. Script final para obtencin de color.
Obtencin de los parmetros de las Funciones ExpressUna vez
desarrollados en el Asistente de Visin los respectivos filtros y
comparaciones para obtener color, orientacin y estado puede ser
creado el comando express.Para ello se debe recurrir a la opcin
Select Controls >> ubicada en la esquina inferior derecha de
la ventana del asistente de visin (opcin habilitada nicamente si el
asistente de visin se abri desde un comando de visin assistant en
el block diagram del VI)
Figura 17. Ventana de Seleccin de Controles del Vision Assitant
ExpressEl la ventana aparece una serie de checkboxs de indicadores
y controladores que deben ser activados de acuerdo a las
necesidades del VI total. Una vez escogido los valores se finaliza
la aplicacin y el comando express se termina completamente como se
muestra en la figura 6.Configuracin de la Entrada VisualUna vez
elaborados los comandos de evaluacin visual se requiere configurar
la entrada visual de las piezas a evaluar, esto se realiza con el
comando de Vision Express llamado Vision Acquisition.
Figura 18. Comandos Vision Assitant y Vision AcquisitionEl
comando Vision Acquisition requiere las siguientes configuraciones
Select Acquisition Source: Escoger la fuente de extraccin de
imagen, en nuestro caso la cmara web. Select Acquisition Type:
Escoge el tipo de adquisicin, en nuestro caso se requiere la opcin
de adquisicin continua durante la corrida del programa. Configure
Acquisition Settings: El parmetro principal a configurar en esta
seccin es el tamao de imagen, se debe escoger el mismo tamao de
imagen utilizado en el desarrollo de los asistentes de visin, en
nuestro caso 1600x800 Select Controls/Indicators: Activar
indicadores y controladores de acuerdo a las necesidades del VI
totalUna vez configurado la adquisicin de imagen se obtiene un
comando similar al siguiente:
Figura 19. Configuracin de Vision AcquisitionLa programacin
adicional para mostrar indicadores visuales, seales y otros en el
procesamiento de imgenes se muestra en la programacin total del VI
en Anexos. ILUMINACIN AMBIENTALEn vista de que la caja donde se van
a evaluar las piezas es de color blanco por motivos de contraste,
la iluminacin tambin deber ser blanca, evitando en lo posible el
excesivo brillo as como buscando la dispersin ordenada de la
luz.Por ello se opt por una matriz de iluminacin a base de 24 LED
de alta luminosidad distribuida en grupos de 8 LED en paralelo por
3 grupos en serie alimentado a 9 voltios de acuerdo al siguiente
esquema.
Figura 20. Sistema de Iluminacin blanca de 24 LED4. Conclusiones
y Recomendaciones
Es mucho mas sencillo realizar la programacin en el archivo vi
mediante la aplicacin de Vision Assistant que tan solo usando los
bloques de funcin disponibles en Labview. Se puede detectar
cualquier tono de color con visin artificial pero se debe escoger
correctamente su patrn y limitar las reas de bsqueda. El reflejo en
las superficies de los objetos que estn frente a la cmara
representa un problema ya que crea distorsiones al momento de
analizar los mismos. Existe un pequeo retardo en la respuesta de la
aplicacin, esto se debe a la velocidad de procesamiento de datos
del computador y a la velocidad de comunicacin entre la cmara y el
computador. Se debe procurar que la planta de visin artificial sea
de un solo color uniforme y que posea iluminacin interna, esto nos
ayudara a evitar reflejos o sombras no deseadas.
ANEXOS
1. Panel de control de la aplicacin de vision artificial
2. Diagrama de bloques de LAbview 2010
AUTOMATIZACION INDUSTRIAL MECATRONICA12