Los sistemas de visión usados en
aplicaciones industriales están basados en un computador de
propósito general compuesto por varios módulos interconectados
por buses normalizados. Así, los computadores basados en los
microprocesadores intel, utilizan los buses ibm-pc, el ISA-EISA
(AT) y los procesadores de motorola utilizan el bus VME.
Los módulos principales de los equipos destinados al proceso de
imágenes son:
La tarjeta de video dispone de los elementos necesarios para llevar a cabo las siguientes funciones:
a. Digitalización de la señal de video procedente de la cámara, mediante un conversor A/D.
b. Almacenamiento de la información de la imagen digitalizada en una "memoria imagen".
c. Sistema para el procesado de la imagen, bien mediante un procesador especializado o mediante hardware especifico, como circuitos integrados PLD con ALUS integradas, tablas de transformación hardware (LUT), etc.
d. Visualización de la imagen almacenada en un monitor, a trabes de un conversor D/A.
e. Conexión del contenido de la memoria de imagen al bus normalizado para su posible procesamiento y tratamiento en la sección del procesador principal y su memoria.
A continuación se describe la misión y las características de cada una de las secciones que componen la tarjeta de visión.
La exploración de una línea de la imagen
de una cámara, proporciona una señal analógica continua, que
debe ser muestreada en tantos puntos como píxeles tenga la
línea.
Cada píxel o punto de la imagen capturada corresponde con una
tensión analógica, cuyo valor representa el nivel de
luminosidad o "nivel de gris".
En el caso de las cámaras de estado sólido no se precisa
realizar el muestreo, puesto que cada celda CCD de la línea
proporciona directamente la tensión analógica del píxel
correspondiente.
Como el procesamiento de la información es del tipo digital, hay
que transformar los valores analógicos de los píxeles de la
imagen en valores digitales. El numero de bits en que se
transforma la señal analógica mediante el conversor A/D,
determina la cuantificación de los niveles de gris, es decir, la
cantidad de niveles de gris que se empleara en el procesamiento.
Así, con una resolución de 8 bits se dispone de 256 niveles de
gris, desde el blanco hasta el negro. Con dicha resolución, el
ojo humano ya no aprecia los escalones entre los niveles de gris.
La conversión de la señal analógica de video, procedente de la
cámara ha de ser muy rápida, lo que exige conversores caros del
tipo comparador en paralelo. Por ejemplo trabajando a 10Mhz, la
conversión ha de hacerse en menos de 100ns.
Una vez que se almacena la imagen digitalizada en la memoria de
imagen, la mayoría de las tarjetas de video tiene la posibilidad
de poder visualizarla en un monitor, lo que conlleva la
conversión D/A, así como la mezcla con los impulsos de
sincronismo horizontal y vertical, para restablecer la señal de
video.
El tratamiento
de la información que compone la imagen puede llevarse a cabo a
través de programas (software), o bien, por medio de circuitos
electrónicos especializados (hardware) .
En general, el hardware es más rápido que el software, pero
también mas caro. Hay situaciones en las que se hace
imprescindible el tratamiento mediante hardware. Por ejemplo,
cuando se trabaja en tiempo real como en las aplicaciones en
Robótica, en las que la actuación del manipulador depende, en
cada momento, de la imagen que capta de la cámara sobre el
entorno.
Uno de los
recursos mas empleados en el proceso de imágenes píxel a píxel
es el de las tablas de traducción de hardware (LUT: Look Up
Table).
Se trata de circuitos integrados de diseño especifico, que
tienen implementando el algoritmo de transformación que hay que
aplicar en cada píxel. A veces, la materialización se lleva a
cabo a modo de memoria EPROM de alta velocidad.
El nivel de gris I(x,y) de cada píxel se transforma, mediante un
determinado algoritmo, en otro nivel de gris de salida O (x,y).
O (x,y) =
(Algoritmo) I(x,y)
La LUT funciona como una memoria a la que se accede a una posición con el valor I(x,y), encontrándose en dicha posición el valor O(x,y) correspondiente, de forma directa y rápida.
I (x,y) Entrada
de direccionamiento ----> An LUT Dn ---->Salida del dato
O(x,y).
La ejecución
de un programa para la manipulación y transformación de los
píxeles de una imagen, generalmente requiere mas tiempo que los
circuitos que realizan al misma función por hardware.
Los programas de procesado de imágenes suelen ser el lenguaje
ensamblador o lenguaje C, es decir, aquellos que son más
cercanos al lenguaje maquina, para optimizar tiempo y tamaño de
la memoria.
A veces, en la propia tarjeta de visión se incluye un procesador
especializado, que trabaja con instrucciones apropiadas en el
tratamiento de imágenes. Sin embargo, en muchas ocasiones se
utiliza el propio procesador principal del sistema.
La elección del procesador es crucial en el rendimiento del
sistema de visión. La velocidad de procesamiento de las
instrucciones y el tamaño del bus, son las características más
determinantes.
