Seminario de Diseño y Construcción D I de Microrrobots S E Ñ O

Departamento Electrónica

SISTEMAS SENSORIALES II

M I Sensores de Visión C R O R R O B O Julio Pastor Mendoza ([email protected]) D. T S Profesor del Departamento de Electrónica (UAH)

Sensores de visión D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

Solución “clásica”: • Cámara CCD + capturadora + ordenador Ejemplo:

Cámara+óptica: Tarjetas de captura 500 - 2000€ 100 - 2000€

Software: 0 - 2000€

Características CCD D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

Ventajas de las cámaras CCD: • Buena calidad de imagen (señal/ruido alta) • Gran cantidad de aplicaciones: – – – –

Video profesional Investigación Color, monócromas, infrarrojos, … Seguridad: conectables directamente a un monitor TV...

Inconvenientes D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

Salida analógica… (no puede integrarse el ADC) …necesario un sistema de adquisición de video: • Conversión ADC + • Control de la conversión + • Sistema de memoria = Tarjeta de adquisición + Ordenador + Software Coste muy variable, pudiendo ser muy elevado.

Aplicaciones aconsejadas D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

Dado que es necesario un ordenador… • El uso de cámaras CCD se justifica para realizar tareas de visión artificial complejas. • Soluciones profesionales. • Para microRobótica o investigación… – – – –

Procesadores con S.O. Linux (software gratis) Tarjetas de adquisición con el Bt878 (100€) Cámaras CCD de bajo coste (sólo en baja resolución) Aplicaciones de metrología (reconocimiento de marcas, recuperación de distancias, estereópsis, etc.) – Conocimientos de los procesos y algoritmos de visión artificial.

Tendencias actuales D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

Sustitución de los sistemas analógicos por digitales. Problema: alta cantidad de información. – VGA = 640*480 pix = 307200 pix – Unos 300KBytes (mono) y hasta 1MByte (color, 3*8bit)

• Cámaras multimedia: – Conexión al puerto paralelo (1MByte/s) – Puertos USB (1.0 ⇒ 10MBytes/s) – Problemas: • No hay ancho de banda para video en tiempo real (20 img/s) • Si se quiere rapidez = compresión de imagen (jpg, mpg, etc.), pérdida de información (mala geometría, etc.) • Si se quiere precisión = baja velocidad ó conexión custom.

Cámaras IEEE1394 D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

Bus digital de alta velocidad: • • • • • •

400Mbits/s (en óptico, especificación ‘b’, hasta 3.2Gbit/s) Hasta dos cámaras VGA color, sin compresión, en video full-rate (25 img/s) Equipado en las actuales cámaras digitales de video doméstico. Tarjetas capturadoras económicas, incluyendo PCMCIA (portátiles). De serie en algunos procesadores comerciales (Apple). Drivers disponibles para Linux...

La opción de futuro para robótica

Ejemplos de cámaras FireWire D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

iBot (120€) con audio Unibrain Fire-i (120€ a $90) Conectable en daisy-chain

Sony (1000€, sin óptica) Profesional, equipa CCD más electrónica de control

Sensores CMOS D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

¿De dónde la diferencia de coste tan amplia? • •

Los sensores CCD son de alta calidad, pero no admiten electrónica de proceso integrada On-Chip. Existen sensores de imagen basados en tecnología CMOS (fototransistores o similares) que permiten integrar otros dispositivos digitales en el mismo chip…

Cámaras de bajo coste de salida digital directa

Ejemplo: OV6630 D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

Referencia: Omnivision (www.ovt.com) Sensor CMOS, CIF/QCIF = 352 x 288 pix Color o monócromo (variedad de aplicaciones)

Esquema de bloques D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

Cuadro de imagen (frame) D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

Lecturas de pixel (RGB) D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

ZV (zoom video) port D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

Cámara integrada: CMUcam D Desarrollada en la Carnegie Mellon Univ. (USA) I S Integra una cámara CMOS (de OV) + uC: E Ñ O M I C R O R R O B O T S

http://www-2.cs.cmu.edu/~cmucam/qanda.html

CMUcam (II) D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

Para qué sirve... D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

Puede programarse (calibrarse) para seguir un color (objeto…)

Prestaciones... D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

Prestaciones: • 16.7 tramas por segundo • Configurable • Coste: 110$ Procesador: • Ubicom SX28 • RISC a 75MHz • 2k ROM, 136 RAM • Periféricos software • On-chip debugging

Comandos ... D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

Comandos de la CMU-CAM – Los comandos se mandan por el puerto serie en ASCII • 115200 baudios, 8 bits de datos, sin control de flujo

– CR [ reg1 value1 [reg2 value2 ... reg16 value16] ]\r • Configura parámetros propios de la cámara de Omnivision como el modo de color, la exposición, la velocidad, …

– DF\r • Se le dice a la cámara que devuelva una imagen (en binario).

– GM\r • Capta el nivel de color mayoritario que la cámara está captando en la zona central de la imagen.

– S1 position \r • Permite mover el servo a una posición

– TC [Rmin Rmax Gmin Gmax Bmin Bmax]\r • Configura el sistema para buscar un color determinado

– TW \r • Configura el sistema para buscar el color situado en la zona central de la cámara.

Comandos ... D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

Comandos de la CMU-CAM

Sistemas integrados con cámaras D I S E Ñ O M I C R O R R O B O T S

Ratón óptico:

Chip: • Agilent (HP) ref. HDNS-2000

Fundamento del ratón óptico D I S E Ñ O M I C R O R ¿Alguna idea?: R • Encoder 2D ? O B • uRobot-Ratón ? O T S