ESCUELA POLITECNICA DEL EJERCITOCARRERA DE INGENIERIA MECATRONICA12

Identificacin de objetos y colores mediante LabviewAutores:Daniel Fernando Chimarro ChequeAndri Coppo Rubio

danny_fernando4114@hotmail.comandrei@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