Detección de cambio de espesor en contenedores de vidrio transparente por medio de “TIME OF FLIGHT DISTORTION” a partir de datos RGBD
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2021Metadata
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Title
Thickness change detection in transparent glass containers by means of “TIME OF FLIGHT DISTORTION” from RGBD DATA
Abstract
Las cámaras de profundidad que operan mediante técnicas “Time of Flight” (en adelante TOF) como el Kinect V2 de Microsoft, cuentan en la actualidad con altas prestaciones en velocidad y resolución, brindando nuevas alternativas de trabajo con mapas de profundidad y reconstrucciones 3D en diferentes áreas de investigación. A nivel industrial las cámaras de profundidad se utilizan también en procesos de control de calidad, ya que por las características físicas y geométricas de algunos defectos se requiere de otra dimensión para su identificación, éste es el caso de la medición del espesor en la superficie de los contenedores de vidrio curvo transparente o en la superficie de los vidrios planos. En el sector productivo tradicionalmente se ha abordado el problema del cálculo de espesor en contenedores y superficies de vidrio, mediante el uso de un haz de luz láser principalmente con técnicas de interferometría, las cuales cuentan con una alta resolución en la medición, aunque su principal falencia es que sólo permiten medir el espesor en un solo punto de la superficie del vidrio a la vez; adicionalmente para realizar esta medición se requiere de equipos especializados que son demasiado costosos para ser adquiridos por la mediana y pequeña industria. En este trabajo de tesis de maestría se proponen dos metodologías con diferentes resoluciones para la detección del cambio de espesor sobre una superficie completa de un vidrio plano, o en una de las paredes de un contenedor de vidrio transparente con forma curva, esto se logra mediante el análisis de imágenes RGBD adquiridas con la técnica TOF. Esta propuesta está basada en el comportamiento físico del haz de luz, que al pasar de un medio como el aire a otro de mayor densidad como el vidrio, cambia la dirección y velocidad (refracción); de la misma manera el valor de profundidad de una superficie opaca del fondo de una escena que nos servirá como referencia, y que llamaremos background, el cual es conocido y medido con una cámara 3D que opera con técnica TOF, sufrirá un cambio en el valor de profundidad al anteponer en la escena un vidrio transparente, esta variación es causada por el incremento del tiempo del haz de luz al refractarse en el vidrio, reflejarse en el background, pasar de nuevo por el vidrio hasta llegar finalmente al sensor de la cámara de profundidad. El cambio en la medición inicial de la imagen RGBD del background tiene una correlación directa con el espesor del vidrio interpuesto en la escena. Con la metodología propuesta fue posible conocer la variación del espesor en milímetros en la superficie de los vidrios planos y en las caras de los contenedores de vidrio curvo transparentes, por medio de imágenes RGBD adquiridas con el sensor Kinect V2; los modelos se desarrollaron utilizando múltiples ecuaciones lineales aplicadas a subregiones de 3 x 3 pixeles en la superficie completa de los vidrios planos y también a una de las caras de un contenedor curvo de vidrio transparente.
Abstract
Depth cameras that operate using “Time of Flight” techniques (hereinafter TOF), such as Microsoft's Kinect V2, currently have high performance in speed and resolution, providing new alternatives for working with depth maps and 3D reconstructions in different research areas. Industrially, depth cameras are also used in quality control processes on account of the physical and geometric features of some defects that require another dimension for identification, this is the case of measuring the thickness on the surface of clear curved glass containers or flat glass surfaces. In the productive sector, the problem of calculating thickness in containers and glass surfaces has traditionally been tackled, by using a laser light beam mainly with interferometry techniques, which have a high resolution in the measurement, although its biggest flaw is the fact that it only allows the thickness to be measured at a single point on the glass surface at a time; additionally, to carry out this measurement, expensive specialized equipment is required, which is hard to be acquired by small and medium-sized industries. In this master's thesis work, two methodologies with different resolutions are proposed for the detection of change in thickness on a complete surface of a flat glass, or on one of the walls of a transparent glass container with a curved shape, this is achieved by the analysis of RGBD images acquired with the TOF technique. This proposal is based on the physical behavior of the light beam, which when passing from a medium such as air to a higher density medium such as glass, changes the direction and speed (refraction); in the same way, the depth value of an opaque surface in the background of a scene that will serve as a reference and that we will call background, which is known and measured with a 3D camera that operates with the TOF technique, will undergo a change in the depth value when a transparent glass is placed before the scene, this variation is caused by the increase in the time of the light beam as it refracts in the glass, reflects in the background, passes through the glass again until finally reaching the depth camera sensor. The change in the initial measurement of the RGBD image of the background has a direct correlation with the thickness of the glass interposed in the scene. With the proposed methodology it was possible to know the thickness variation in millimeters on the surface of the flat glass and on the faces of the transparent curved glass containers, through RGBD images acquired with the Kinect V2 sensor; the models were developed using multiple linear equations applied to 3 x 3 pixel subregions on the entire surface of the flat glass and also to one of the faces of a curved clear glass container.