Introducción a la Visión Artificial

Introducción a la Visión Artificial

� Aristóteles:’Visión es saber que hay y donde mediante la vista’

� Los humanos prefieren el procesamiento de imágenes

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”

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)

� 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

� 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

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⋅

=⋅=

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

� 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=

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 =

⋅

⋅=→=

−

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

Ejemplos de luminarias

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

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

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

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)

Visión humana versus artificial(2/3)

� Células: Conos y bastones

� Color (conos) : sensibilidad a las longitudes de onda (S,M,L)

� Respuesta espectral (bastones)

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.

Escena estructurada o no estructurada

� Oclusiones

� Sombras

� Objetos no previstos

� Iluminación constante

� Similar escena

� Todos los objetos son previsibles

Configuración básica de un sistema de Visión

Artificial

� Iluminación

� Captación

� Adquisición

� Procesamiento

� Periféricos

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

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

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.