Crear modelos 3D a partir de capturas de imágenes Tiempo de lectura: 5 minutos

Dentro de los sistemas de visión artificial, caben destacar los sistemas de visión artificial 3D, que van a permitir crear modelos 3D a partir de capturas de imagens. Estos sistemas permiten hacer medidas de formas en 3D a altas velocidades, de hecho, superiores a los 30.000 perfiles por segundo.

Los sistemas de visión artificial 3D se pueden dividir en cinco categorías diferentes. Cada uno de estos sistemas tienen sus ventajas e inconvenientes, por lo que lo mejor será escoger aquel que mejor se adecue a las necesidades concretas en cada caso. De hecho, muchas veces vamos a encontrar técnicas que se van a mezclar entre sí, como es el caso de la proyección de patrones o photometric stereo, que básicamente es una mejora del sistemas más tradicional de estereoscopia.

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Algunos de estos sistemas 3D proporcionan una gran velocidad tanto de captura como de transmisión. Además, cuentan con la capacidad de realizar una fácil integración, lo que los convierte en sistemas muy eficientes a la hora de crear modelos 3D a partir de imágenes. Para que nos lleguemos a hacer una idea exacta de cómo funcionan, este tipo de cámaras, cuando trabajan en modo 3D, pueden llegar a adquirir hasta 30.000 perfiles por segundo. Cada uno de estos perfiles incluye 1.536 coordenadas 3D de alta calidad. Además, los cálculos de triangulación se llevan a cabo dentro de la cámara 3D y se transfieren directamente al ordenador a través de su conexión digital.

En el caso de algunas de estas cámaras, estaremos hablando de cámaras que pueden funcionar en modo multiscan, lo que va a permitir no solo obtener una imagen, sino diferentes características de cada una de ellas como la forma e imagen 3D, pero también el nivel de gris de dicha imagen. Con los sistemas 3D, todas las características del objeto se capturan cuando el producto pasa por debajo de la cámara con sensores 3D que funcionan de forma lineal y se envían al PC a través de la interfaz digital.

Uno de los elementos más innovadores e importantes del escaneo en 3D es la capacidad de escanear objetos en 3D en tiempo real. Esto permite realizar la reconstrucción tridimensional de objetos en movimiento. Se trata de un sistema realmente innovador, ya que se necesitan aproximadamente algo menos de cincuenta milisegundos en cada escaneado, lo que dará una tasa de entre veinte y treinta reconstrucciones en 3D por segundo, por lo que estamos hablando de un sistema que abre muchas puertas a la hora de crear modelos 3D a partir de fotos.

La reconstrucción 3D de un entorno u objeto se logra utilizando un conjunto de cámaras sincronizadas entre sí y un sistema de luz estructurada o láser que son capaces de capturar la escena y generar una nube de puntos. Gracias a esta nube de puntos, se podrá generar el modelo en 3D que servirá para llevar a cabo cualquier tarea que requiera de dichos modelos.

A lo largo de los últimos años, las últimas innovaciones en el sector de la visión artificial se han centrado entorno a la denominada visión 3D. Es decir, la reconstrucción de una escena a partir de un escáner 3D que permite llevar a cabo algún tipo de verificación que no era posible ejecutar antes usando solo las técnicas de visión 2D. Estas aplicaciones del escaneado 3D tienen una amplia presencia en actividades como el control de calidad, la metrología o control dimensional, así como aplicaciones de guiado de robots. 

 

Existen diversas técnicas a la hora de crear modelos 3D a partir de fotos:

 

Visión estéreo:

En el caso de la visión estéreo, las coordenadas 3D de los puntos visibles en la superficie del objeto se obtienen basándose en dos o más imágenes que se han adquirido previamente desde diferentes puntos de vista. Esto se realiza mediante el cálculo del mapa de disparidades en la configuración de la cámara calibrada. Se trata de una tecnología que es particularmente adecuada a la hora de reconstruir 3D, es decir, para determinar la forma 3D de objetos con formas arbitrarias o indefinidas.

 

Triangulación láser:

Este sistema está compuesto por un láser de línea, además de una o más cámaras y el software de triangulación. La cámara debe instalarse posicionada en un ángulo específico en relación al láser y, a través de la captura de la variación del perfil láser sobre la pieza. De este modo, será capaz de reconstruir la imagen en 3D. Dentro de la cámara se realizan los cálculos de triangulación. Además, estos son transferidos al ordenador a través de su conexión digital para completar el proceso.

 

Patrones de LED:

En este caso, los sensores combinan la proyección de un patrón con herramientas de medición 3D integradas para cada característica específica del objeto en cuestión. Se trata de un sistema que da muy buenos resultados en la inspección de líneas de piezas con movimiento de arranque y parada, como sucede en inspección robótica. El sistema proyecta un patrón de LED sobre la pieza en cuestión y las cámaras del equipo capturan las imágenes de cómo dicho patrón se comporta en la pieza.

 

Photometric stereo:

Esta técnica en la visión 3D por ordenador es utilizada para reconocer las superficies normales de los objetos mediante la observación bajo diferentes condiciones de iluminación. Está basado en el hecho de que la cantidad de luz reflejada por una superficie depende de la orientación de la misma en relación con la fuente de luz y del observador. Al medir la cantidad de luz que se refleja en una cámara, el espacio de las posibles orientaciones de superficie es limitado, por lo que se puede definir su posición.

 

TOF (Time Of Flight):

Las cámaras TOF están basadas en el principio de que cada uno de los píxeles determina la distancia de la cámara al objeto mediante la medida del tiempo de retardo. Gracias a los últimos avances, hoy en día disponemos de cámaras 3D que permiten capturar imágenes 3D en tiempo real sin necesidad de movimiento. Para desarrollar el proceso, lo primero que se hace es enviar una señal óptica modulada a través de un transmisor que ilumina la escena sobre la que se pretende trabajar en 3D. La luz reflejada es detectada por el sensor, que determina el tiempo de vuelo para cada uno de los píxeles. A continuación, la información 3D se captura en paralelo a cada uno de estos píxeles sin necesidad de ningún tipo de procesado adicional. De hecho, las cámaras TOF proporcionan medidas de alta calidad y son óptimas para aplicaciones donde se requiere un rendimiento elevado y muy eficiente.

 

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