ES2239809T3 - Imagenes en tres dimensiones con barrido lineal. - Google Patents

Abstract

Aparato para producir una imagen de barrido lineal estereoscópica de un objeto en el cual se utiliza una cámara de detección para ver el objeto, incorporando la cámara de detección medios para el barrido de la imagen recibida en una serie de línea paralelas a través del detector de la cámara y proporcionar una señal de salida resultante que corresponde a ese barrido, disponiéndose medios para mover entre sí la superficie del objeto por la cámara de detección en una dirección que se encuentra en ángulo recto respecto a las líneas paralelas a través del detector, y disponiéndose medios para seleccionar las partes de la señal de salida resultante de dos líneas separadas en cada trama de la imagen producida barriendo el detector y almacenando esas líneas en una memoria de imagen para construir dos imágenes individuales a partir de cada una de las dos líneas a medida que gel objeto se mueve respecto a los detectores, de manera que una imagen individual constituye una imagen de la izquierda de unpar estereoscópico y la otra imagen individual constituye una imagen de la derecha de un par estereoscópico.

Description

Imágenes en tres dimensiones con barrido lineal.

La presente invención se refiere a la formación de imágenes por barrido lineal en tres dimensiones, y en particular al uso de un detector de formación de imágenes tal como una cámara de circuito cerrado de TV individual.

Durante muchos años han existido cámaras de barrido lineal. Consisten en una línea individual de sitios fotográficos, normalmente fabricados en silicio, delante de los cuales se dispone una lente estándar que controla el foco, la abertura, etc. Se trata efectivamente de un sensor de una dimensión que puede formar la imagen de una escena si se produce un movimiento lateral relativo entre el objeto de interés y el sensor. La secuencia línea-a-línea de información de las imágenes forma una imagen de una zona mediante el uso de una memoria de imagen. Aplicaciones típicas son la verificación de componentes que se mueven a través de un transportador en un entorno de fabricación. Estos componentes son normalmente planos, tal como placas de circuito impreso, en los que se emplean algoritmos de emparejamiento bidimensional para fines de inspección.

Podría utilizarse un sistema de barrido lineal tridimensional (estereoscópico) utilizando dos cámaras de barrido lineal configuradas para proporcionar información de perspectiva de izquierda y derecha. Con dicho sistema sería posible extraer datos de coordenadas tridimensionales de la imagen de un objeto y así hacer posible la inspección tridimensional. Para que dicho sistema trabaje sería necesario disponer una precisa alineación geométrica de ambas cámaras de barrido lineal y también serían esenciales lentes bien emparejadas. Estos requisitos podrían provocar serios problemas en la configuración de dicho sistema dado que solamente podría formarse una imagen después de que se hubiera producido el movimiento y, de este modo, no son posibles ajustes en tiempo real de cosas tan simples como el enfoque. Debido a que es esencial un emparejamiento preciso entre los parámetros de ambas cámaras si tienen que producirse imágenes aceptables en tres dimensiones, el procedimiento de configuración puede entonces llevar mucho tiempo y ser impreciso.

En la solicitud de patente europea anterior del solicitante nº EP-A-0261984 se muestra un sistema en el cual un objeto es barrido con dos haces de luz separados los cuales son transmitidos a través del objeto. Los haces de luz transmitidos se utilizan para construir una imagen tridimensional.

El documento "Line Scan Sensor: An Alternative Sensor Modality for the Extraction of Three-Dimensional Co-Ordinate Information", Godber y otros, Optical Engineering, Vol. 34, nº 10, del 1 de Octubre de 1995, páginas 3044-3053 se refiere a un dispositivo de barrido lineal que comprende, por ejemplo, una fila de sensores individuales que pueden producir una salida que corresponde a una línea individual de una imagen.

Por consiguiente, un objetivo de la invención es, en un aspecto, evitar estos problemas.

Por lo tanto, de acuerdo con la invención se dispone un aparato para producir una imagen de barrido lineal estereoscópico de un objeto en el cual se utiliza una cámara de detección, tal como una cámara de televisión, para ver el objeto, incorporando la cámara de detección medios para explorar la imagen recibida en una serie de líneas paralelas a través del detector de la cámara y proporcionando una señal de salida resultante que corresponde a ese barrido, disponiéndose medios para mover entre sí la superficie del objeto a lo largo de la cámara de detección en una dirección que se encuentra en ángulo recto respecto a las líneas paralelas a través del detector, y disponiéndose medios para seleccionar las partes de la señal de salida resultante de dos líneas separadas en cada trama de la imagen producida barriendo el detector y almacenando esas líneas en una memoria de imagen para construir dos imágenes individuales de manera que una imagen individual constituye una imagen de la izquierda de un par estereoscópico y la otra imagen individual constituye una imagen de la derecha de un par estereoscópico.

También de acuerdo con la invención, se dispone un procedimiento para producir un par estereoscópico de imágenes en el que la superficie de un objeto se mueve por una cámara de detección, lo cual produce una señal de salida generada barriendo la imagen recibida en una serie de líneas paralelas a través del detector, siendo la dirección de movimiento del objeto en ángulo recto respecto a la dirección de la línea de barrido del detector, y en el que se almacenan partes de la señal de salida resultante de dos líneas separadas en cada trama de imagen producida por el detector y se construyen dos imágenes individuales a partir de cada una de las dos líneas a medida que el objeto se mueve por el detector, de manera que una imagen individual constituye que una imagen de la izquierda del par estereoscópico y la otra imagen individual constituye una imagen de la derecha del par estereoscópico.

Operando de esta manera se evitan todos los problemas de configuración de dos cámaras o detectores independientes. De este modo, solamente se selecciona la información de la imagen de dos de la pluralidad de líneas de vídeo disponibles en cada trama. Si el detector es una cámara, puede utilizarse como una cámara de televisión normal para ver el objeto durante la configuración y puede seleccionarse su dirección, enfoque, brillo y contraste para proporcionar una imagen buena de alta calidad. Entonces, puede cambiarse a la disposición de acuerdo con la invención en la cual se selecciona información de vídeo de líneas individuales y, a medida que la superficie del objeto se mueve por la cámara de televisión, las señales consecutivas a partir de esas líneas individuales se seleccionan, se almacenan y después se reúnen para formar los dos pares independientes de imágenes estereoscópicas. Todo esto puede conseguirse mediante un programa apropiado y guardarse en una memoria de imagen y la imagen puede verse y manipularse después según sea necesario.

A modo de ejemplo, las imágenes de la izquierda y de la derecha resultantes pueden verse como un par estereoscópico y existen sistemas muy bien conocidos disponibles tales como el sistema anaglifo rojo/verde, secuencial de campo, y de pantalla lenticular, que permiten presentar o ver imágenes de izquierda y derecha. Por lo tanto, puede utilizarse cualquiera de estos sistemas.

Sin embargo, en un funcionamiento más sofisticado, tal como se describirá a continuación, puede extraerse la señal de vídeo de la imagen de la izquierda de la de la imagen de la derecha, o viceversa. Esto tendrá el efecto de proporcionar una señal de salida que sea única. Por lo tanto, esa señal puede utilizarse y almacenarse fácilmente en una base de datos y compararla con señales obtenidas de otros objetos para determinar si existe correspondencia. Por ejemplo, dicha técnica puede resultar extremadamente útil en análisis forense en la comparación de objetos cilíndricos tales como carcasas de cartuchos gastados o para examinar balas tras un disparo, tal como se describirá con mayor detalle a continuación.

Con el fin de aumentar o reducir la profundidad de la imagen estereoscópica resultante cuando se ve, es evidente que pueden seleccionarse líneas que tengan posiciones variables en la trama de la imagen de vídeo global. Seleccionando líneas que se encuentren separadas tanto como sea posible a través del fotograma de vídeo, es decir una línea desde el principio de cada barrido completo y una línea al final de dicho barrido, puede crearse una mayor impresión de profundidad. Seleccionando líneas que se encuentren más juntas entre sí puede proporcionarse una impresión reducida de profundidad. Esto puede conseguirse a través de programas que procesen la señal de vídeo de manera que un operario pueda seleccionar una impresión de profundidad particular que él encuentre que se adapta mejor a sus propósitos. Por lo tanto, el sistema de la invención es muy flexible y puede presentar información a los requisitos exclusivos de cualquier operador particular todavía de una manera muy simple.

Si la cámara de detección es una cámara de televisión, ésta se utiliza de acuerdo con este aspecto de la invención, para dos funciones distintas y dicho uso es completamente exclusivo. De este modo, la señal de vídeo de la cámara de televisión puede utilizarse como una señal de vídeo estándar y visualizarse de manera estándar en un monitor. Alternativamente, la señal puede procesarse de acuerdo con la invención para seleccionar líneas individuales en un barrido y utilizar los resultados para construir un par de imágenes estereoscópicas que después puedan verse o presentarse estereoscópicamente.

En otra realización de la invención, pueden obtenerse imágenes de rayos X utilizando rayos X de una fuente puntual y como chip de formación de imágenes un detector de placa de rayos X digital de campo completo. Dichos detectores pueden proporcionar una salida análoga a la salida de un barrido de trama de una cámara de televisión convencional, siendo la única diferencia entre esta disposición y el uso de luz visible que la fuente de rayos X proporciona una imagen de sombras en lugar de una imagen de luz. La salida, sin embargo, es una señal digital y pueden seleccionarse líneas individuales de la señal para construir la imagen individual.

La dirección de barrido del detector debe ser en ángulo recto respecto a la dirección a la cual se mueve la superficie del objeto por el mismo. En circunstancias normales con una cámara de televisión convencional, esto tenderá a implicar que es necesario que las líneas de barrido queden orientadas verticalmente de modo que pueda mirar a la superficie de un objeto que se mueve por el mismo horizontalmente. Tradicionalmente, una cámara de televisión tiene líneas de barrido horizontales y, de este modo, en una realización muy simple de acuerdo con la invención, simplemente se gira la cámara 90º para que sus líneas de barrido queden entonces substancialmente verticales. Alternativamente, sin embargo, es posible producir, a través de programas, líneas derechas o verticales de la señal de vídeo, en cuyo caso no sería entonces necesario reorientar la cámara.

En una realización particularmente favorable de acuerdo con la invención, el objeto que se está examinando es un objeto cilíndrico. Bajo estas circunstancias, la superficie del objeto cilíndrico puede moverse por el detector montando el objeto sobre una mesa que pueda girar horizontalmente y haciendo girar el objeto alrededor de un eje vertical con el detector, tal como una cámara de televisión, mirando al objeto y preferiblemente orientado en ángulo recto respecto a su orientación normal para que sus líneas de barrido sean substancialmente verticales.

La cámara de televisión puede ser de cualquier forma, pero una forma particularmente preferida es una cámara de circuito cerrado de TV transistorizada.

Existen varias ventajas de dicho sistema. Una es que, debido a que se utiliza una lente individual o en el caso de rayos X una fuente puntual individual, y sistemas de detección de superficie, entonces la configuración en tiempo real de una imagen es muy sencilla. También, la relación geométrica entre cada línea de pixeles en el sistema de detección de superficie es fija en el silicio y, de este modo, cualquier par de líneas de pixeles quedará orientada automáticamente en una geometría paralela. Mediante la selección apropiada de líneas respectivas, pueden producirse entonces imágenes estereoscópicas cuando se utiliza el sistema de superficie en este modo de barrido lineal.

Se consiguen ventajas similares utilizando una fuente puntual de rayos X y una placa de representación de imágenes digital transistorizada.

Tal como se ha indicado anteriormente, existe una importante aplicación en la que el movimiento giratorio tendría ventajas significativas. La aplicación sería para la inspección de objetos esencialmente cilíndricos. La visión de un objeto cilíndrico con una cámara de matriz de área convencional proporciona una imagen que se deforma en sus bordes debido al efecto de la perspectiva lineal. Esto también produce una reducción de la resolución en los bordes extremos del cilindro. La visión en general de tales objetos es difícil y existen serios problemas debido a la reflexión variable a través de la superficie.

Por lo tanto, de acuerdo con otro aspecto de la invención se dispone un procedimiento para reproducir la superficie de un objeto cilíndrico en una imagen bidimensional, en el que cual se hace girar un objeto cilíndrico alrededor de su eje delante de una cámara de detección, quedando el eje y la orientación de las líneas de barrido de la cámara de detección paralelos entre sí, y se almacenan barridos lineales consecutivos de la cámara de detección y se manipulan para producir la imagen bidimensional. La citada disposición despliega la superficie de un objeto cilíndrico de manera eficaz en una imagen del área.

Tal como se apreciará, en este procedimiento puede utilizarse un sistema de acuerdo con la invención tal como se ha descrito anteriormente utilizando una cámara de televisión. Para producir una imagen de área bidimensional simple, solamente es necesario seleccionar una línea individual de cada una de las imágenes de barrido y la salida de vídeo de esa línea se almacena en una memoria de imagen apropiada para crear la imagen bidimensional. Alternativamente, y de acuerdo con otra realización de la invención, pueden reproducirse información tridimensional produciendo un par estereoscópico de imágenes. De este modo, en este caso se seleccionan imágenes de dos líneas separadas en cada barrido de imágenes y después se crea un par estereoscópico de imágenes, tal como se ha expuesto anteriormente. De este modo, por ejemplo, el procedimiento de la invención puede utilizarse para inspeccionar y controlar la producción de objetos cilíndricos.

Existe una gama completa de artefactos esencialmente cilíndricos que podrían inspeccionarse de esta manera. Sin embargo, hay un problema particular que implica el emparejado de marcas en los lados de carcasas de cartuchos gastados para aplicaciones balísticas forenses.

El sistema de acuerdo con la invención tendría una mayor ventaja para dicha situación. Así, existiría entonces un mecanismo estándar para producir una imagen de calidad de la superficie cilíndrica.

En particular, la salida de la cámara de detección es una señal de barrido lineal que puede almacenarse fácilmente en una memoria de imagen y puede transferirse a una base de datos de manera estándar. La base de datos puede construirse entonces y consultarse automáticamente para hacer coincidir especimenes diferentes substancialmente de la misma manera que se opera una base de datos de impresión digital.

Una ventaja particular de producir un par estereoscópico de imágenes de esta manera es que pueden procesarse para extraer la imagen izquierda de la imagen derecha para proporcionar un señal de datos única. Esto, como alternativa, puede almacenarse en una base de datos tal como se ha indicado anteriormente y esa señal solamente se conseguirá idénticamente en el caso en el que, por ejemplo, se dispare otra carcasa de cartucho gastado del mismo rifle.

La invención también tendría aplicación adicional en la ciencia forense para examinar marcas superficiales en balas disparadas.

La invención se ilustrará ahora, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos esquemáticos que se acompañan, en los cuales:

La figura nº 1 es un diagrama esquemático que muestra un objeto en el espacio respecto a un sensor de matriz de área de tipo televisión transistorizada;

Las figuras nº 2a y 2b son diagramas que ilustran el procedimiento de acuerdo con la invención para preparar un par estereoscópico de imágenes;

La figura nº 3a es un diagrama que ilustra el examen de la superficie de un objeto de profundidad cilíndrica a través de un procedimiento de acuerdo con la invención;

La figura nº 4 es un diagrama que muestra un objeto de interés respecto a una fuente puntual de rayos X y una placa de rayos X digital de matriz de área de campo completo; y

La figura nº 5 es un diagrama similar la figura nº 4 que muestra el movimiento del objeto a través del haz de rayos X en un procedimiento de acuerdo con la invención.

Con referencia a las figuras nº 1 y 2, son diagramas de rayos que muestran las trayectorias de luz de las cuatro esquinas de un objeto que inciden en un chip de formación de imágenes de circuito cerrado de TV después de atravesar una lente. Tal como mejor se aprecia en las figuras nº 2a y 2b, las salidas de las líneas de vídeo seleccionadas se escogen mediante un selector y pasan a una memoria de imagen para imágenes de izquierda y derecha, siendo éstas un par estereoscópico.

En primer lugar, la imagen del objeto se enfoca sobre la matriz de área y se establecen los controles de abertura del diafragma e iluminación en tiempo real como una cámara de circuito cerrado de TV convencional. Después de esto, la cámara se conmuta utilizando electrónica de control de manera que solamente se captan y almacenan las dos líneas de vídeo seleccionadas en modo de barrido lineal.

Los parámetros de la imagen estereoscópica pueden variarse simplemente seleccionando qué par de líneas de vídeo se utilizan. De hecho, puede seleccionarse cualquier número de líneas y su información puede almacenarse apropiadamente para proporcionar un rango de imágenes estereoscópicas. Es evidente que es necesario que el objeto se mueva lateralmente, es decir, en la dirección de la flecha (A) (figura nº 2A), respecto a las líneas del sensor.

Pueden emplearse algoritmos bien conocidos para extraer datos de coordenadas tridimensionales de los distintos pares estereoscópicos.

La figura nº 3 muestra la técnica aplicada a un objeto esencialmente cilíndrico. Aquí la superficie del objeto cilíndrico gira por la cámara de circuito cerrado de TV. Pueden obtenerse datos de coordenadas tridimensionales de esta superficie así como proporcionar una imagen estereoscópica tal como se ha expuesto anteriormente.

La invención también puede aplicarse para la formación de imágenes de rayos X. Si se considera la figura nº 1, puede verse que el punto nodal de la lente es análogo a una fuente puntual de rayos X. El chip de formación de imágenes es análogo a una placa de rayos X digital de campo completo. La figura nº 4 muestra la disposición para la formación de imágenes de rayos X. El objeto de interés se dispone entre la fuente de rayos X y la placa de detección y se produce una imagen de una gráfica de sombras bidimensional mediante la lectura de salida de toda la información de píxeles de manera similar a una cámara de circuito cerrado de TV transistorizada. De acuerdo con la invención, se selecciona un par de líneas y el objeto se traslada a través de dos haces de rayos X colimados que inciden sobre estas líneas. Se produce entonces una imagen de rayos X estereoscópica.

Alternativamente el objeto puede permanecer fijo y la fuente de la rayos X y la matriz de campo completo pueden moverse por el objeto.

De hecho podría definirse una pluralidad de líneas de esta manera con el fin de crear múltiples imágenes estereoscópicas. La figura nº 5 muestra la disposición utilizando solamente 3 haces. Estas imágenes estereoscópicas múltiples podrían presentarse secuencialmente a un observador utilizando cualquiera de las técnicas de visión estereoscópica conocidas. Esto tendría un efecto visual similar a la visión de un holograma si se incluyen los movimientos de la cabeza del observador. Este último efecto también se aplicaría a las imágenes de luz visible producidas desde la cámara de circuito cerrado de TV.

Claims (14)

1. Aparato para producir una imagen de barrido lineal estereoscópica de un objeto en el cual se utiliza una cámara de detección para ver el objeto, incorporando la cámara de detección medios para el barrido de la imagen recibida en una serie de línea paralelas a través del detector de la cámara y proporcionar una señal de salida resultante que corresponde a ese barrido, disponiéndose medios para mover entre sí la superficie del objeto por la cámara de detección en una dirección que se encuentra en ángulo recto respecto a las líneas paralelas a través del detector, y disponiéndose medios para seleccionar las partes de la señal de salida resultante de dos líneas separadas en cada trama de la imagen producida barriendo el detector y almacenando esas líneas en una memoria de imagen para construir dos imágenes individuales a partir de cada una de las dos líneas a medida que gel objeto se mueve respecto a los detectores, de manera que una imagen individual constituye una imagen de la izquierda de un par estereoscópico y la otra imagen individual constituye una imagen de la derecha de un par estereoscópico.

2. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado en que la cámara de detección es una cámara de televisión.

3. Aparato según la reivindicación 2, caracterizado en que en que la cámara de televisión es una cámara transistorizada.

4. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado en que la cámara de detección es un detector de placa de rayos X digital de campo completo dispuesto para recibir rayos X de una fuente puntual de rayos X.

5. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que comprende, además, medios para extraer la señal que representa la imagen de la izquierda de la imagen de la derecha, o viceversa, para proporcionar una señal de datos única.

6. Procedimiento para producir un par estereoscópico de imágenes, en el cual la superficie de un objeto se mueve por una cámara de detección que produce una señal de salida generada mediante el barrido de la imagen recibida en una serie de líneas paralelas a través del detector, estando la dirección de movimiento del objeto en ángulo recto respecto a la dirección de la línea de barrido del detector, y en que partes de la señal de salida resultante de dos líneas separadas en cada trama de la imagen producidas por el detector se almacenan y se forman dos imágenes individuales a partir de cada una de las dos líneas a medida que el objeto se mueve por el detector, de modo que una imagen individual constituye una imagen de la izquierda del par estereoscópico y la otra imagen individual constituye una imagen de la derecha del par estereoscópico.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado en que la cámara de detección es una cámara de televisión.

8. Un procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado en que una fuente puntual de rayos X ilumina el objeto y la cámara de detección es un detector de placa de rayos X digital de campo completo.

9. Procedimiento según la reivindicación 6 o la reivindicación 7, caracterizado en que el objeto que está siendo examinado es un objeto esencialmente cilíndrico, la superficie del objeto cilíndrico se mueve por la cámara de detección montando el objeto sobre una mesa que puede girar horizontalmente, el objeto gira alrededor de un eje vertical, con la cámara de detección orientada de manera que sus líneas de barrido son substancialmente verticales, y se almacenan y se manipulan imágenes de barrido lineal consecutivas desde la cámara de detección para producir la imagen bidimensional.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6, 7, o 9, caracterizado en que se utiliza para inspeccionar y controlar la producción de objetos cilíndricos.

11. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado en que el objeto es una carcasa de un cartucho gastado.

12. Procedimiento según la reivindicación 9 o la reivindicación 11, caracterizado en que la salida de la cámara de detección es una señal de barrido lineal que es capturada en una memoria de imagen y después se almacena en una base de datos.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, 11 ó 12, caracterizado en que la señal que representa el par estereoscópico de imágenes es procesada para extraer la imagen izquierda de la imagen derecha, o viceversa, para proporcionar una señal de datos única.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado en que dicha señal de datos único se almacena en una base de datos.