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• Carlos Enrique De Gumucio Vargas

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UNIVERSIDAD “LOYOLA”

De Gumucio Carlos Callau Marco Antonio 7238-6 7237-7

Proyecto De Ciclo. “Sistema De Control Mediante Visión Artificial Para La Detección, Posicionamiento Y Selección De Imágenes Con Clasificación Por Medio De Arduinos”. Sistemas De Control. 7/07/2014

La Paz – Bolivia 2014

INDICE 1. Introducción 1.1. Objetivos. 1.2. Objetivo General. 1.3. Objetivos Específicos. 2. Presentación Del Problema 2.1. Identificación del problema. 2.2. Planteamiento del problema. 3. Marco Teórico 3.1. Visión artificial. 3.1.1. Interfaz visual cámara web 3.1.2. Algoritmos de programación 3.1.3. Obtención de imágenes 3.1.4. Filtros digitales para reconocimiento de imágenes 3.1.5. Identificación de parámetros de medición 3.1.6. Respuesta al análisis de imágenes 3.2. Interfaz con Arduino. 3.2.1. Introducción. 3.2.2. Definición de Arduino. 3.2.3. Materiales aplicados en Interfaz. 3.2.4. Proceso de interfaz. 3.2.5. Puesta en marcha. 3.3. Alcance y posibles aplicaciones. 3.4. Costos. 4. Implementación.

1. Introducción El término “visión Artificial” dentro del campo de la Inteligencia Artificial puede considerarse como el conjunto de todas aquellas técnicas y modelos que nos permitan el procesamiento, análisis y explicación de cualquier tipo de información obtenida a través de imágenes digitales. Como consecuencia de la introducción de las herramientas de programación (Visión Artificial y Procesador Lógico Programable “PLC”) en el mundo del diseño, se ha logrado la creación de sistemas más eficiente y controlados. De esta forma, se puede analizar el comportamiento que tendrán los elementos antes de su fabricación, detectando cualquier anomalía en su funcionamiento, corrigiéndolo y evitando así que estos problemas aparezcan en fases más avanzadas del proceso, donde serían mucho más difíciles y costosos de solucionar. Por ello, hoy en día, se elaboran importantes programas informáticos dedicados al estudio y análisis de los elementos que intervienen en una industria. 1.1.

Objetivos. Cumplir y satisfacer la necesidad planteada anteriormente mediante tecnología y procesos de automatización de un costo reducido respecto del mercado mundial para así instaurarnos como la propuesta mas viable para la industria.

1.2.

Objetivo General. Con este proceso buscamos optimizar tiempo e independizar de la mano de obra humana, esta etapa para así reducir a un cien por ciento los productos defectuosos creados por la línea de producción.

1.3.

Objetivos Específicos. Aplicar la visión artificial del entorno MatLab Generar un interfaz de comunicación con un arduino que se encargara del control de calidad de productos.

2. Presentación Del Problema El problema del que se ocupa este trabajo, es el de ubicar objetos según sus características en diversos contenedores (clasificación), con el fin de minimizar costos de operación en una planta de producción industrial. 2.1.

Identificación del problema. Actualmente en Bolivia, ciertos procesos importantes en la industria productiva depende aun del personal humano haciéndolo dependiente de este mismo degradando producción y afectando el producto final.

2.2.

Planteamiento del problema.

En nuestro país aun la tecnología aplicada a la industria y la automatización de procesos en las empresas aun son rudimentarios respecto a otros países lo que se traduce en menos utilidades para la empresa. 3. Marco Teórico 3.1. Visión artificial. La visión por computadora es la capacidad de la máquina para ver el mundo que le rodea, para deducir la estructura y las propiedades del mundo tridimensional a partir de una o más imágenes bidimensionales. La implantación de habilidades en una máquina como la de detectar y determinar la identidad de los objetos no sólo liberan al hombre de tareas tediosas y peligrosas sino también permite la realización de algunas otras tareas imposibles de realizar para el ser humano 3.1.1. Interfaz visual cámara web El primer paso para generar un interfaz de visión artificial es la adquisición de información del hardware dispuesto para el trabajo. Posteriormente se procede a ejecutar en el entorno de MatLab funciones que nos permitirán interactuar con imágenes y videos. 3.1.2. Algoritmos de programación El algoritmo realizado para el proyecto se encuentra detallado en 5 archivos script de tipo .m, en los cuales se realizo la programación para el seguimiento y detección de colores, para una posterior aprobación o rechazo del sistema de control. 3.1.3. Obtención de imágenes Se utilizaron varias funciones del entorno de MatLab para la captura de un video, en el cual se realiza un seguimiento, un reconocimiento de colores y su ubicación mediante coordenadas precisas para su posterior análisis. Con lo que nos permitimos obtener resultados para la aprobación del objeto o su rechazo. 3.1.4. Filtros digitales para reconocimiento de imágenes Se aplicaron 3 filtros. El primero que nos permite eliminar ruido (disturbios en la imagen). El segundo para filtrar los colores RGB los cuales eliminan aquellos clores que no son de interés para el estudio. El tercer filtro y tal vez el más importante es el de sensibilidad y tamaño de pixeles analizados en las capturas de imágenes realizadas por el programa.

3.1.5. Identificación de parámetros de medición En la captura de imágenes del programa los parámetros y sensibilidad al color por la disposición de la cámara nos permiten analizar un cuadro de 1224x816 con un sensibilidad al color de 0.20 lo q significa q en una imagen la sensibilidad al color será de la mínima tolerancia respecto a variaciones de un código de color. 3.1.6. Respuesta al análisis de imágenes Posterior a su ejecución el programa nos mostrara un “snapshot” o captura de imagen, en la cual si se detecta un objeto, el cual cumpla con las especificaciones, lo encerrara en un rectángulo brindando su posición exacta en el cuadro de imagen en ejes de coordenadas “X” y “Y”. 3.2. Interfaz con Arduino. 3.2.1. Introducción. Arduino puede tomar información del entorno a través de sus entradas analógicas y digitales, y controlar luces, motores y otros actuadores. El microcontrolador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un computador 3.2.2. Definición Arduino. Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares 3.2.3. Materiales aplicados en interfaz. Los materiales aplicados para realizar el interfaz sen Alambres Leds Rojos y Azul. Protoboard Resistencias de 330 ohm 3.2.4. Procesos De Interfaz. El interfaz de Arduino Uno con MatLab se realiza en primera instancia descargando el software de instalación de arduinos de la pagina web www.arduino.cc/es/ tras la instalación de del mismo, la computadora ya es capaz de reconocer el puerto USB de conexión, permitiéndonos cargar programa “adio” el cual nos permitirá generar el enlace con el entorno de trabajo de MatLab. En el entorno de trabajo MatLab, lo primero q se debe tener en cuenta para el interfaz, es tener todos los archivos script .m en una misma ubicación, y a la ves tener el programa de ArduinoIO, en la misma ubicación, para posteriormente crear un SetPat, de instalación en MatLab que culmina el proceso de interfaz.

3.2.5. Puesta en marcha. Se creó un GUI (Graphical user interface) en el cual se trabajara la adquisición de video e imagen se analizara el color y la posición de objetos y al ser este detectado el Arduino nos dará la señal al Led de respectivo color, señalando así, si el objeto se aprueba o rechaza. 3.3.

Alcance y posibles aplicaciones. El alcance de la visión artificial, y sus aplicaciones en la industria son infinitas, hoy en día la tecnología de la visión artificial, se presenta desde la automatización de procesos de control de calidad en una industria, en la biomedicina, campo aeroespacial, robótica, seguridad, etc.

3.4.

Costos. Los iniciales considerados se aprecian en la siguiente tabla. Materiales Licencia MatLab. Cableado estructural Cámara de visión artificial Componentes electrónicos. Mano de obra PC (Computador) Arduino Total

Costo en Bs. Software Adquirido Médiate instalador sin licencia. Facilitados por jefatura de carrera (Integrada al computador) (Facilitados por Jefatura de carrera) 0 (Laptop personal) Facilitado por Jefatura de carrera 0.00

Debido a limitaciones económicas nos vimos obligados a trabajar con costo 0 de inversión para este proyecto. 4. Implementación. El proyecto se realizo con el objetivo del proceso de control de calidad mediante visión artificial e interfaz de Arduinos para la selección de producción defectuosa o fuera de los estándares de calidad de la industria. La entrada del sistema planteado en el proyecto sería la “imagen real” q se presenta delante del hardware de adquisición de imágenes por medio de algoritmos de visión artificial, deseando asi que el proceso de control nos de cómo salida una imagen deseada la cual deberá cumplir con los estándares establecidos para la industria en la que se aplicara el sistema. La adquisición de imágenes se realiza mediante el interfaz entre el hardware (cámara web) y el programa de MatLab con el toolbox de visión artificial, generando un algoritmo de inicio, generación de video, filtros y detección. El proyecto en si se basa en adquirir una imagen en la cual se reduce mediante filtros el ruido, el brillo, la sensibilidad al color, etc. Con lo cual se simula

estándares de calidad en productos de industria, sea farmacéutica, textil, alimentaria, etc. El algoritmo desarrollado mediante programación en MatLab nos permite detectar, seguir el movimiento, mostrar la posición, filtrar perturbaciones externas, y capturar en imagen objetos que cumplan con cierta tonalidad de rojo y azul. Con lo cual se intenta demostrar que al tener un objeto de color rojo en la imagen, sería un objeto no aceptable, y teniendo un objeto de color azul este sería aceptable para el sistema. Paralelamente el interfaz creado con Arduino, nos genera una señal visible en el protoboard, mediante la interacción visual, al prender un led color rojo cuando el sistema detecte objetos no aceptables, y un led color verde cuando el mismo detecte objetos aceptables para el sistema de control. Este proyecto intenta mostrar en pequeña escala las varias utilidades de la visión artificial, en la industria, la cual como se señala en el planteamiento del problema, sería un aporte considerable para el entorno de nuestro país.