Técnicas de visión por computador para la reconstrucción en tiempo real de la forma 3D de productos laminados

La vision por computador es una rama de la inteligencia artificial que desarrolla tanto la teoria como la tecnologia necesarias para emular la percepcion visual humana. Su principal objetivo es construir sistemas artificiales capaces de interpretar escenas naturales o datos multidimensionales. La reconstruccion de la forma tridimensional de objetos reales es un campo muy importante dentro de la vision por computador y es de aplicacion, entre otras, en disciplinas tan dispares como la ingenieria inversa, la navegacion automatica o la inspeccion y el control automaticos de calidad. En esta tesis se presenta un caso de estudio de la utilizacion de tecnicas de vision por computador en el analisis, diseno e implementacion de un sistema para la reconstruccion tridimensional de la superficie de objetos con restricciones de tiempo real. El estudio se centra en la inspeccion automatica de la calidad de productos laminados en la industria del acero. La evaluacion de la calidad de estos productos, denominados bandas de acero, requiere, ademas de otros analisis, la medicion de su planitud. Esta medicion se puede obtener a partir de una reconstruccion tridimensional de la forma de la banda. La planitud es una caracteristica que indica el grado de aproximacion de la superficie de un objeto a una superficie totalmente plana. Un proceso de laminacion incorrecto genera tensiones internas en el acero que se traducen en defectos de planitud en la banda laminada. Hace algunos anos la medicion de la planitud se realizaba de forma manual por un operador de la instalacion industrial. Para medir la planitud de una banda de forma manual se detiene su avance por la instalacion y se mide la longitud de un intervalo concreto de su superficie asi como la diferencia entre su punto mas bajo y su punto mas alto. En realidad, se miden la longitud y la amplitud de onda que forma la superficie de la banda. Esta tarea es extremadamente tediosa y consume un tiempo excesivo, por lo que solo se puede obtener un conjunto reducido de medidas de cada producto. A partir de estas medidas se pueden inferir el tipo y la magnitud del defecto de planitud. La creciente demanda en la calidad de acabado de productos laminados y los exigentes requisitos de productividad actuales en la industria del acero hacen inviable la inspeccion de un producto de forma manual. La medicion de la planitud de una banda de forma automatizada se basa en la comparacion de la longitud de varias fibras de su superficie. Si la banda es totalmente plana, todas las medidas de longitud seran iguales. En caso contrario, las diferencias entre estas longitudes se observaran como defectos de planitud. La automatizacion del proceso de medicion de la planitud en entornos industriales es un campo de trabajo relativamente reciente. Segun el principio de funcionamiento utilizado para obtener las medidas de longitud de la superficie de la banda, los sistemas de medicion de planitud se pueden clasificar en mecanicos u opticos. En el trabajo realizado se presenta un estudio exhaustivo sobre el concepto de la planitud y su medicion en productos laminados, asi como una revision de los sistemas industriales mas relevantes de medicion de planitud. Ademas, se describen las tecnicas de vision por computador aplicables a la reconstruccion tridimensional de la superficie de productos laminados. Tambien se presenta el diseno de un sistema de medicion de planitud de bandas de acero basado en la tecnica de triangulacion optica por laser. Dada la enorme dificultad para generar datos sinteticos adecuados y la imposibilidad de repeticion del proceso de produccion industrial se han evaluado diversos algoritmos de compresion de video en tiempo real con objeto de almacenar la informacion de entrada al sistema. A partir de esta evaluacion se ha desarrollado una herramienta de grabacion y reproduccion de video comprimido en tiempo real que permite realizar pruebas off-line con datos reales asi como validar el diseno del sistema. Ademas, tambien permite generar una base de datos que representa el amplio rango de condiciones superficiales que puede presentar una banda de acero. Con el objetivo de extraer la proyeccion del patron laser de la escena de forma robusta y precisa se analizan las tecnicas existentes y se estudia su aplicabilidad en un entorno hostil. Las tecnicas descritas en la literatura se centran principalmente en la precision de la deteccion del laser, siendo poco robusta su utilizacion en un entorno industrial, por lo que se disena un metodo que garantice la extraccion del patron laser en condiciones adversas. El metodo propuesto se divide en dos fases. En primer lugar se realiza un proceso de busqueda del laser en reposo aplicando criterios de busqueda local. En segundo lugar, basandose en la informacion obtenida en la fase anterior, se realiza un proceso de busqueda global sobre la superficie de la banda. Esta segunda fase consiste en un proceso de ajuste de segmentos curvos basado en una tecnica de division y union de regiones. La validacion del sistema de medicion de planitud se realiza indirectamente mediante la precision lograda en el proceso de reconstruccion de la forma tridimensional de la banda. Los resultados relativos a la medicion de planitud han sido obtenidos con datos reales procedentes de la industria del acero.