ES2605735T3 - Procedimiento para determinar puntos correspondientes en mediciones tridimensionales estereoscópicas - Google Patents

Abstract

Procedimiento para vincular puntos correspondientes medidos por un sistema de visión por ordenador en un conjunto de puntos, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de: calibrar por lo menos dos cámaras (CAM1, CAM2) y un iluminador (LÁSER) utilizado en el sistema (20, 21); determinar la localización y la posición de orientación del objeto (11, 22); iluminar puntos en la superficie del objeto (23); visualizar los puntos iluminados mediante dichas por lo menos dos cámaras (CAM1, CAM2); vincular los puntos correspondientes visualizados por lo menos por las dos cámaras diferentes; calcular las coordenadas tridimensionales reales del objeto en base a los puntos correspondientes; y almacenar en memoria las coordenadas (26); caracterizado porque la etapa de vincular puntos correspondientes comprende además las etapas de: realizar un cálculo mediante el cual a partir de un modelo tridimensional del objeto (24) se determinan en las imágenes puntos de proyección bidimensionales correspondientes a los puntos de medición deseados; buscar en un área próxima al punto calculado, en las imágenes producidas por las cámaras, para localizar el punto real visualizado (25); vincular el punto real percibido mediante dichas por lo menos dos cámaras diferentes como un punto correspondiente; y repetir el procedimiento para todos los puntos iluminados (27).

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento para determinar puntos correspondientes en mediciones tridimensionales estereoscopicas SECTOR TECNICO DE LA INVENCION

La presente invencion se refiere a mediciones tridimensionales. La presente invencion se refiere a un procedimiento para encontrar puntos correspondientes en un conjunto de puntos visualizados por diferentes camaras.

ESTADO DE LA TECNICA ANTERIOR

Los sistemas de vision por ordenador se basan en informacion obtenida de varios dispositivos de medicion. La informacion se puede medir utilizando, por ejemplo, un dispositivo laser, un cabezal de medicion o por reconocimiento a partir de una imagen. La informacion obtenida puede ser utilizada, por ejemplo, en sistemas de control de calidad, donde, en base a esta informacion, es posible determinar, por ejemplo, la correccion de la forma de un objeto, errores de coloreado o el numero de nudos en una madera aserrada.

Un sistema de vision por ordenador esta generalmente formado por camaras. Los sistemas de vision por ordenador tradicionales estaban compuestos de solamente una camara, que tomaba una fotografia del objeto. A partir del procesamiento de la imagen se pueden extraer varias conclusiones. Utilizando diferentes algoritmos es posible diferenciar niveles diferentes en imagenes, en base a sus lineas de contorno. Las lineas de contorno se identifican en base a la transicion de intensidad. Otro procedimiento para reconocer formas en una imagen es vincularla a mascaras y filtros de manera que solo se distinguen en la imagen ciertos tipos de puntos. Las estructuras formadas por los puntos en la imagen se pueden comparar con modelos en una base de datos y reconocerse de ese modo.

En un sistema de vision por ordenador tridimensional, se utilizan varias camaras. Para determinar una coordenada tridimensional, se requiere una imagen de un mismo punto desde por lo menos dos camaras. Por lo tanto, un sistema de vision por ordenador realmente tridimensional esta compuesto por varias camaras. Los puntos se forman normalmente sobre la superficie del objeto mediante iluminacion. La iluminacion se implementa habitualmente utilizando un laser. El punto es visualizado por camaras calibradas en el mismo sistema de coordenadas que el dispositivo de iluminacion, un puntero laser. Los mismos puntos visualizados por diferentes camaras se denominan puntos correspondientes. Cuando se puede producir una imagen de un punto mediante por lo menos dos camaras y se pueden identificar los puntos correspondientes, es posible entonces determinar las coordenadas tridimensionales para el punto. Para la misma posicion, se miden una serie de puntos. El conjunto de puntos formado de este modo se denomina una nube de puntos.

En los procedimientos anteriores, las nubes de puntos se han formado iluminando un punto cada vez, en cuyo caso no hay problemas en relacion con el reconocimiento del punto correspondiente. Cuando solamente es visible para las camaras un punto sobre la superficie del objeto, estas pueden todas asociar los datos medidos con el mismo punto. Medir cada vez un punto significa que cada vez hay que mover el puntero entre puntos, razon por la cual este procedimiento de medicion es lento.

La publicacion de la Patente U.S.A. 4 834 530 A da a conocer un procedimiento de la tecnica anterior, en el que se describen las etapas mencionadas en el preambulo de la reivindicacion independiente.

Se describen asimismo procedimientos de medicion que utilizan varias camaras y proyeccion de luz en las Patentes JP10073419 A y JP10283473 A.

En la Patente U.S.A. 6173 070 B1, se busca en datos de imagen capturados en 3D un modelo sintetico predefinido que es similar a la forma de los objetos de interes.

En la Patente U.S.A. 5532816 A, una senal representativa del plano de rotacion de la rueda se compara con un modelo matematico almacenado electronicamente para determinar las condiciones de alineamiento de la rueda.

OBJETIVO DE LA INVENCION

El objetivo de la invencion es eliminar los inconvenientes mencionados anteriormente o por lo menos mitigarlos significativamente. Un objetivo especifico de la invencion es dar a conocer un nuevo tipo de procedimiento para vincular puntos correspondientes. Otro objetivo de la invencion es mejorar la fiabilidad de la medicion y acelerar el proceso de medicion permitiendo la utilizacion de una serie de puntos simultaneos.

CARACTERISTICAS

El objetivo segun la invencion se consigue mediante un procedimiento que comprende las caracteristicas de la reivindicacion 1.

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Aplicando la invencion, puntos correspondientes en un conjunto de puntos iluminados se pueden vincular mediante un sistema de vision por ordenador. Esto tiene como beneficio que no es necesario desplazar el iluminador tanto como en la solucion tradicional, en la que se iluminaba solamente un punto cada vez. Dado que se puede medir a la vez una serie de puntos, se reduce considerablemente el tiempo total invertido en la medicion del objeto. Ademas, se mejora la fiabilidad de la medicion debido a que se utiliza un punto definitivamente correcto, y el mismo de cada imagen de camara, para determinar las coordenadas del punto medido.

LISTA DE ILUSTRACIONES

A continuacion, se describira en detalle la invencion con la ayuda de ejemplos de realizacion, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que

la figura 1 muestra una realizacion del procedimiento de la invencion,

la figura 2 muestra un diagrama que representa una realizacion del procedimiento de la invencion, la figura 3 visualiza el funcionamiento de la realizacion mostrada en la figura 1, y

la figura 4 es una ilustracion mas detallada del proceso de determinacion de un punto correspondiente a partir de informacion visualizada por una camara.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

El sistema mostrado en la figura 1 comprende dos camaras -CAM1- y -CAM2-, un iluminador -LASER- y un sistema de datos -DTE-. Un objeto -11 - que hay que medir esta situado sobre una placa de soporte -10-.

Cuando se utiliza el sistema de la figura 1, se determina primero la posicion de orientacion del objeto medido -11- en base a las formas tridimensionales del objeto. Despues de que se ha determinado la posicion de orientacion, los puntos o areas que hay medir se seleccionan en el modelo tridimensional del objeto. Una vez se han seleccionado los puntos, el sistema de datos -DTE- desplaza el iluminador -LASER- a la posicion deseada para iluminar el conjunto de puntos.

Mediante el iluminador -LASER-, se iluminan puntos en las posiciones deseadas. El iluminador utilizado habitualmente es un laser. Utilizando uno o varios haces de laser, se forma una serie de puntos de luz para iluminar el objeto. En lugar de un laser, es posible utilizar asimismo otros procedimientos de iluminacion aplicables a la formacion de puntos sobre la superficie del objeto que sean visibles para una camara. Los puntos iluminados por el iluminador se pueden desplazar moviendo fisicamente el iluminador. Los puntos iluminados se desplazan habitualmente dirigiendo los haces mediante espejos moviles. Cuando se mueven los espejos, cambian las posiciones de los puntos aunque el iluminador permanezca estacionario. Esto mejora la fiabilidad del sistema dado que la posicion del iluminador permanece invariable y es conocida.

Los puntos iluminados son visualizados mediante camaras -CAM1- y -CAM2- calibradas en el mismo sistema de coordenadas que el iluminador. Habitualmente, se utilizan por lo menos cuatro camaras, pero incluso utilizando solamente dos camaras es posible medir coordenadas tridimensionales. Cuando es necesario, se aumenta el numero de camaras. Las imagenes tomadas por las camaras -CAM1- y -CAM2- se comparan con predicciones formadas a partir del modelo tridimensional. Una imagen de proyeccion es una imagen bidimensional que representa el objeto, calculada por el sistema de datos -DTE- a partir del modelo tridimensional del objeto tal como se ve desde la direccion de la camara. Se calculan las posiciones de los puntos iluminados en la imagen de proyeccion. A partir de las posiciones de los puntos en la imagen de proyeccion, se puede deducir asimismo el vinculo entre las camaras -CAM1- y -CAM2- y los puntos de la imagen.

La figura 2 representa un diagrama funcional del sistema mostrado en la figura 1. Un procedimiento de medicion se inicia calibrando las camaras del sistema en el mismo sistema de coordenadas, etapa -20-. Ademas de las camaras, es necesario calibrar asimismo el iluminador utilizado para iluminar puntos sobre la superficie del objeto, etapa -21-. Junto a la calibracion, las preparaciones para la medicion incluyen la determinacion de la posicion del objeto, etapa -22-. La posicion del objeto colocado sobre la placa de soporte se puede determinar en base a sus formas tridimensionales conocidas. En lugar de la determinacion de la posicion, el objeto se puede fijar asimismo a una localizacion predeterminada.

La medicion real se inicia iluminando puntos en las localizaciones deseadas, etapa -23-. Las localizaciones deseadas son seleccionadas por el sistema de datos, que proporciona instrucciones para mover el iluminador. Las localizaciones deseadas se pueden almacenar como secuencias en la memoria de sistema de datos, en cuyo caso se miden las mismas localizaciones en cada objeto. Para la medicion, se pueden establecer diversas condiciones como criterios en base a los cuales se adoptan decisiones en relacion con las posiciones de medicion o la finalizacion de la medicion. La medicion se puede detener, por ejemplo, despues de que se han medido sobre el objeto un numero predeterminado de puntos.

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Para permitir determinar la posicion de un punto a partir de la imagen tomada por una camara, es necesario transformar las coordenadas del punto a una forma bidimensional, etapa -24-. Esto se realiza calculando a partir del modelo tridimensional una imagen de proyeccion, en la que se presenta bidimensionalmente el objeto desde la direccion de la camara. Las coordenadas bidimensionales del punto se pueden calcular a partir de la imagen de proyeccion. Esto se repite para todas las camaras del sistema.

En base a las coordenadas bidimensionales extraidas de las imagenes de proyeccion, se lleva a cabo una busqueda para localizar los puntos en las imagenes tomadas por las camaras, etapa -25-. Se crea una cierta area, por ejemplo una ventana o un circulo, alrededor del punto, tras lo cual se busca en este area para localizar el punto. El tamano del area esta definida previamente. El punto encontrado de este modo en la imagen se puede vincular al punto calculado en la imagen de proyeccion. Los puntos establecidos de este modo constituyen un par de puntos correspondientes, a partir de los cuales se calculan las coordenadas tridimensionales del punto. Esto se repite para todos los puntos iluminados por el iluminador.

Las coordenadas tridimensionales reales medidas se almacenan en la memoria del sistema de datos, etapa -26-. Despues de esto, se realiza una comprobacion para determinar si es necesario medir mas puntos, etapa -27-. Si es necesario desplazar los puntos para medir puntos adicionales, el procedimiento se reanuda en la etapa -23-. De lo contrario, la medicion finaliza, etapa -28-.

La figura 3 visualiza el funcionamiento del sistema 1 presentado en la figura 1. En la figura 3, se iluminan puntos sobre la superficie del objeto -31- mediante un iluminador -LASER-. En la figura, las camaras -CAM1- y -CAM2- estan representadas por las imagenes producidas por las mismas. Mediante el sistema de datos, se calculan proyecciones para ambas camaras a partir del modelo tridimensional del objeto -31-. A partir de las imagenes de proyeccion, se puede calcular con una precision razonable la posicion del punto seleccionado, debido a que habitualmente la desviacion de la forma entre el objeto que hay que medir y el modelo disenado es pequena. El punto se refleja en las camaras -CAM1- y -CAM2-, tal como se muestra por el vector -K1-. Dado que el iluminador -LASER- produce una matriz que ilumina simultaneamente varios puntos, son visibles asimismo otros puntos en las imagenes. En la figura 3, uno de estos puntos se refleja en las camaras, tal como se muestra mediante el vector -K2-.

En base a las coordenadas de la imagen de proyeccion, se selecciona en las imagenes producidas por las camaras -CAM1- y -CAM2- un area en la que se debe buscar el punto. La figura 4 representa una percepcion visualizada por la camara. En la imagen de proyeccion, se calcula un punto -41- y se busca en un area alrededor del mismo para localizar el punto real. Los puntos calculados en las imagenes de proyeccion se pueden vincular entre si. En el ejemplo, el area en la que hay que buscar esta definida como un area -42- de forma cuadrada. Sin embargo, el area puede tener cualquier forma. En este area, se detecta el punto real -40-, y este punto se puede vincular a un punto en el modelo tridimensional con la ayuda del punto calculado en la imagen de proyeccion. Una vez se han determinado los puntos correspondientes, se calculan en base a estos las coordenadas tridimensionales reales del punto.

En la figura 4, la diferencia entre los puntos -41- y -40- esta ampliada para visualizar el procedimiento. En las situaciones practicas, cuando la distancia entre los puntos iluminados es grande en relacion con las desviaciones de la forma del objeto, siempre es posible calcular previamente un tamano de ventana de imagen, de tal modo que la misma ventana no contenga otro punto en competencia. Si es necesario, en el calculo del tamano de la ventana de imagen se utiliza asimismo la informacion ya existente relacionada con la forma completa del objeto (por ejemplo, un modelo CAD). En teoria, puede seguir ocurriendo que la misma ventana de imagen contenga un punto en competencia si hay una gran desviacion entre la forma real del objeto y su forma disenada. Sin embargo, en una fabricacion industrial un objeto de este tipo es completamente defectuoso, y en una situacion de medicion producira desviaciones que superan en cualquier caso las tolerancias.

La invencion no se limita a los ejemplos de realizacion descritos anteriormente; por el contrario, son posibles muchas variaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

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   REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento para vincular puntos correspondientes medidos por un sistema de vision por ordenador en un conjunto de puntos, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

   calibrar por lo menos dos camaras (CAM1, CAM2) y un iluminador (LASER) utilizado en el sistema (20, 21); determinar la localizacion y la posicion de orientacion del objeto (11,22); iluminar puntos en la superficie del objeto (23);

   visualizar los puntos iluminados mediante dichas por lo menos dos camaras (CAM1, CAM2); vincular los puntos correspondientes visualizados por lo menos por las dos camaras diferentes; calcular las coordenadas tridimensionales reales del objeto en base a los puntos correspondientes; y almacenar en memoria las coordenadas (26);

   caracterizado porque la etapa de vincular puntos correspondientes comprende ademas las etapas de:

   realizar un calculo mediante el cual a partir de un modelo tridimensional del objeto (24) se determinan en las imagenes puntos de proyeccion bidimensionales correspondientes a los puntos de medicion deseados;

   buscar en un area proxima al punto calculado, en las imagenes producidas por las camaras, para localizar el punto real visualizado (25);

   vincular el punto real percibido mediante dichas por lo menos dos camaras diferentes como un punto correspondiente; y

   repetir el procedimiento para todos los puntos iluminados (27).
2. 2. Procedimiento, segun la reivindicacion 1, caracterizado porque los puntos que se tienen que medir se indican iluminando puntos en posiciones determinadas previamente a partir del modelo tridimensional del objeto.
3. 3. Procedimiento, segun las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque los puntos se desplazan para medir las formas del objeto.
4. 4. Procedimiento, segun las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los puntos se desplazan desplazando el iluminador.
5. 5. Procedimiento, segun las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los puntos se desplazan dirigiendo los haces mediante espejos moviles.
6. 6. Procedimiento, segun la reivindicacion 1, caracterizado porque para localizar el punto real se busca en un area de tamano y forma predeterminados alrededor del punto calculado.
7. 7. Procedimiento, segun las reivindicaciones 1 y 6, caracterizado porque el area predeterminada es una ventana.
8. 8. Procedimiento, segun la reivindicacion 1, caracterizado porque los puntos detectados se vinculan como puntos correspondientes utilizando datos de coordenadas relativos a los puntos en las imagenes de proyeccion.
9. 9. Procedimiento, segun las reivindicaciones 1 y 8, caracterizado porque las coordenadas tridimensionales reales del punto se calculan en base a los puntos correspondientes detectados.