La Precisión de Cámara
Este capítulo presenta los indicadores para evaluar la precisión de la cámara y los factores que pueden afectarla.
Evaluar la Precisión de Cámara
La precisión de la cámara se puede dividir en la precisión absoluta y la repetibilidad. En las siguientes secciones se presentan los dos indicadores de precisión.
La Precisión Absoluta
La precisión absoluta evalúa la exactitud de los datos adquiridos por la cámara. Este indicador se prueba con referencia al método descrito en la norma VDI/VDE 2634 Parte 2. El resultado de prueba se proporciona como la precisión de medición VDI/VDE en las especificaciones técnicas de cámara.
El método de prueba es el siguiente:
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Use un calibre de cerámica como el objeto de destino. El calibre tiene forma de mancuerna y está compuesto por dos esferas unidas por una varilla corta.
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Coloque el calibre en 7 posiciones predeterminadas en un espacio 3D de tamaño predeterminado (como se muestra a continuación), y adquiera datos de la nube de puntos del calibre usando la cámara en cada posición.
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Encuentre las dos superficies de las esferas que mejor se ajusten a los datos de la nube de puntos y calcule las coordenadas de los centros de las esferas. Luego, calcule la distancia entre los dos centros (este es el valor medido de la distancia entre los centros).
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Calcule la diferencia entre el valor medido y el valor real, y divida el valor real de la distancia entre los centros por esta diferencia y use el resultado como el error de la distancia entre los centros. Tome el valor máximo de los 7 errores de la distancia entre los centros como la precisión absoluta.
La Repetibilidad
La repetibilidad de una cámara incluye la repetibilidad del valor Z del punto y la repetibilidad del valor Z de la región. Los valores se proporcionan en las especificaciones técnicas de cámara.
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Repetibilidad del valor Z del punto (1σ): Evalúa la repetibilidad de los datos de profundidad (valor Z) de un solo píxel adquirido por la cámara.
El método de prueba es el siguiente:
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Use una placa de cerámica blanca con superficie rugosa que refleje principalmente la luz difusa como el objeto de destino.
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Adquiera datos de la placa de cerámica 100 veces a diferentes distancias de trabajo, respectivamente.
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Para cada distancia de trabajo, calcule la desviación estándar de los 100 valores de profundidad medidos de cada píxel en la región probada de la placa de cerámica. Tome la mediana de todas las desviaciones estándar como la repetibilidad del valor Z del punto en esta distancia de trabajo.
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Repetibilidad del valor Z de la región (1σ): Evalúa la repetibilidad de los datos de profundidad de una región plana adquirida por la cámara. Solo la cámara UHP-140 proporciona este indicador.
El método de prueba es el siguiente:
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Use una placa de cerámica blanca con superficie rugosa que refleje principalmente la luz difusa como el objeto de destino.
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Adquiera datos de la placa de cerámica 100 veces a diferentes distancias de trabajo, respectivamente.
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Determine dos regiones con un tamaño de 200 × 200 en el mapa de profundidad de la placa de cerámica. Para el mapa de profundidad obtenido de cada adquisición, calcule el valor promedio de los datos de profundidad en cada región y luego calcule la diferencia entre los dos valores promedios.
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Para cada distancia de trabajo, calcule la desviación estándar de las 100 diferencias como la repetibilidad del valor Z de la región en esta distancia de trabajo.
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Los Factores que Afectan la Precisión de Cámara
La precisión de cámara puede verse afectada por los siguientes factores:
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Problemas del hardware de la cámara: La cámara completa o alguno de sus componentes, como el proyector o el sensor de imagen, no funcionan correctamente o presentan daños. Las colisiones con otros dispositivos pueden provocar un mal funcionamiento o daños en la cámara.
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Factores ambientales: Factores como las condiciones de iluminación, la temperatura, la humedad y la vibración pueden afectar el rendimiento de la cámara. Entre ellos, la temperatura puede provocar una deriva térmica.
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Deformación mecánica: Si la estructura donde está montada la cámara se deforma o se tambalea, la posición de la cámara se vuelve inestable, afectando su precisión.
La repetibilidad también disminuye al aumentar la distancia de trabajo. Consulta las curvas de la Repetibilidad de Valor Z del Punto en las especificaciones técnicas de cámara.
La Deriva Térmica
La deriva térmica se refiere al fenómeno en el que el cambio de temperatura de la cámara provoca un cambio en los datos de coordenadas que esta emite. A diferentes temperaturas, los componentes ópticos dentro de la cámara, como el proyector y las lentes, experimentan cambios en su estructura y posición debido a la expansión y contracción térmica. Esto provoca variaciones en los datos de coordenadas generados según el principio de triangulación.
Los cambios de temperatura que provocan la deriva térmica provienen de dos fuentes:
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Interior de la cámara: Al conectar la cámara a la alimentación, los componentes internos generan calor, lo que eleva su temperatura.
Cuando la temperatura ambiental permanece constante, el calor generado en el interior y el disipado hacia el entorno harán que la cámara alcance una temperatura estable,es decir, el equilibrio térmico.
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Entorno circundante: La temperatura de la cámara varía según los cambios en la temperatura ambiental.
Una vez alcanzado el equilibrio térmico, cualquier cambio en la temperatura ambiental provocará un cambio en la temperatura de la cámara.
La deriva térmica afecta tanto la precisión absoluta como la repetibilidad de la cámara. Como consecuencia, los datos de coordenadas generados por la cámara podrían no cumplir los requisitos del proyecto. Para minimizar los efectos de la deriva térmica, implemente las siguientes medidas.
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Calentamiento: Antes de realizar la calibración ojo a mano, revisar y corregir los parámetros intrínsecos, y usar la cámara para adquirir datos, caliente previamente la cámara hasta alcanzar el equilibrio térmico. Para obtener más información sobre el método de calentamiento, consulte la sección Calentamiento.
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Control de la temperatura ambiental: Mantenga una temperatura ambiental estable para evitar que los cambios en la temperatura ambiental provoquen variaciones en la temperatura de la cámara, lo que puede generar la deriva térmica.