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Sistema de Captura y Análisis Digital de Imágenes · PDF fileTabla de Contenidos Tabla de Contenidos III Lista de Figuras VII Lista de Tablas XI 1. Introducción 1 1.1. Marco del

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  • Sistema de Captura y Anlisis Digitalde Imgenes para el Estudio del Proceso

    de Maduracin del Tomate

    Documentacin de Proyecto de GradoIngeniera Electrnica e Ingeniera en

    Telecomunicaciones

    Marcos AitcinGonzalo ArocenaMartn Pieyro

    Tutor: Dr. lvaro Pardo

    Facultad de IngenieraUniversidad Catlica del Uruguay

    Montevideo, UruguaySeptiembre 2010

  • UCUDAL

    II

  • Tabla de Contenidos

    Tabla de Contenidos III

    Lista de Figuras VII

    Lista de Tablas XI

    1. Introduccin 11.1. Marco del Proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Motivacin y Descripcin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3. Definicin del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.4. Objetivos del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.5. Resumen de de la documentacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

    2. Generalidades del Anlisis de Imgenes Digitales 72.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2. La imagen Digital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.3. Procesamiento digital de imgenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.4. Justificacin de las herramientas a utilizar en el proyecto . . . . . . . . . . . . . 12

    3. Mdulo de captura 133.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.2. Descripcin general del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

    3.2.1. Configuraciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.2.2. Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.2.3. Iluminacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.2.4. Interfaz con cmara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193.2.5. Cmara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

    3.3. Descripcin del primer prototipo implementado . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203.4. Prototipo Final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

    3.4.1. Estructura y soportes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.4.2. Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.4.3. Controlador del motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.4.4. Iluminacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.4.5. Cmara Utilizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

    3.5. Aplicacin para el mdulo de Captura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

    III

  • UCUDAL Tabla de Contenidos

    4. Mdulo de procesamiento 354.1. Descripcin General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354.2. Deteccin de Contornos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

    4.2.1. Coordenada y mxima y coordenada y mnima . . . . . . . . . . . . . . 394.2.2. Radios mximos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

    4.3. Procesamiento de la informacin de contornos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.3.1. Reordenamiento de la informacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.3.2. Normalizacin de la informacin de contornos . . . . . . . . . . . . . . 43

    4.4. Aspectos geomtricos de las proyecciones bidimensionales . . . . . . . . . . . . 454.4.1. Proyeccin de ancho constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.4.2. Proyeccin de ancho constante con correccin vertical . . . . . . . . . . 494.4.3. Proyeccin pseudicilndrica de igual superficie . . . . . . . . . . . . . . 54

    5. Mdulo de anlisis 655.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655.2. Anlisis de la Imagen de Salida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

    5.2.1. Deteccin de Manchas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 675.2.2. Cuantificacin de superficie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 705.2.3. Generacin de reportes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

    6. Calibracin 756.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 756.2. Modelo Pinhole de la cmara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 756.3. Mtodo de Calibracin de OpenCV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

    7. Software implementado 857.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 857.2. Estructura General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 857.3. Mdulo de Captura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 867.4. Mdulo de Procesamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 877.5. Mdulo de Anlisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

    8. Validacin 998.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 998.2. Ensayo realizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 998.3. Medidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

    8.3.1. Promedio de superficie total cubierta por el patrn . . . . . . . . . . . . 1038.3.2. Desviacin estndar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1038.3.3. Histograma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

    8.4. Resultados experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1038.4.1. Interpretacin de los resultados experimentales . . . . . . . . . . . . . . 103

    9. Conclusiones 1079.1. Conclusiones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1079.2. Conclusiones particulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

    9.2.1. Trabajo a futuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

    IV

  • UCUDAL Tabla de Contenidos

    A. Introduccin al procesamiento de imgenes 113

    B. Resultados obtenidos aplicando correccin por calibracin 121B.1. Resultados Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

    C. Gestin de Proyectos 123C.1. Plan de Trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

    Bibliografa 127

    V

  • UCUDAL Tabla de Contenidos

    VI

  • Lista de Figuras

    1.1. Modulo de Captura y sus partes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2. Modulo de Anlisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

    2.1. Matriz que representa una imagen digital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2. Primer Ejemplo Segmentacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.3. Segundo Ejemplo de Segmentacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

    3.1. Esquema Multi-cmara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.2. Cmara fija con espejos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.3. Cmara rotando entorno a la pieza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.4. Servomotores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.5. Motor Paso a Paso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.6. Pruebas con Servomotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.7. Corrimiento del eje del tomate respecto al de rotacin por la utilizacin de una base plana 233.8. Marco vertical y elementos de sujecin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.9. Soporte superior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.10. Esquema de soporte de cmara y marco horizontal y vertical . . . . . . . . . . . . . . 263.11. Tabla de excitacin de las Bobinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.12. Diagrama lgico del ULN2003A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.13. Caja de luz construida con foamboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.14. Pruebas con los tres tipos de fuentes de luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.15. Cmara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.16. Prototipo final construido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.17. Captura de pantalla del mdulo de captura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.18. Diagrama de flujo de la aplicacin de captura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

    4.1. Procesamiento previo a la deteccin de contornos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.2. Proceso de ajuste del valor de umbral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384.3. Primer imagen de una secuencia. En la misma se representa el primer huso de la secuencia

    y al mismo tiempo las coordenadas y mxima y mnima del contorno que se estdetectando en ese instante. Puede verse que dicho contorno no aporta informacin tilpara calcular el huso 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

    4.4. En verde: Contorno detectado. En Azul: Contorno procesado (puntos del contornocomprendidos entre yMin e yMax) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

    4.5. Radio mximo y puntos en el eje y superficie de la primer captura de la secuencia deimgenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

    VII

  • UCUDAL Lista de Figuras

    4.6. La informacin de contorno de una determinada zona de la pieza se adquiere en unacaptura que no es aquella en la cual dicha zona se encuentra frente a la cmara. Estohace que sea necesario re ordenar la informacin . . . . . . . . . .