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ainiaVisión Artificial para el control de la calidad y la seguridad alimentaria
18 de noviembre de 2009
Ricardo Díaz ● [email protected] ● Dpto Instrumentación y Automática
JORNADA DE INNOVACIÓN EN LA INDUSTRIA AGROALIMENTARIA A TRAVÉS DE LA AUTOMATIZACIÓN Y ROBOTIZACIÓN DE PROCESOS
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
• ¿Qué es la Visión Artificial?
• ¿Cuál es el principio de funcionamiento?
• ¿Qué elementos tiene un sistema de Visión Artificial?
• ¿Para qué sirve la Visión Artificial?
• Nuevas tecnologías de inspección
– La visión 3D
– Los rayos X
– La visión espectral
– La Imagen de Resonancia Magnética Nuclear
– La imagen ultrasónica
• Algunas aplicaciones de la Visión Artificial en Automatización y
Robotización en la Industria Alimentaria
• Conclusiones
ÍNDICE
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
ADQUISICIÓN DE LA IMAGEN
PROCESAMIENTO Y
RECONOCIMIENTO
RESULTADO: IMAGEN DE
MANZANA ROJA
¿Qué es la Visión Artificial?
La visión artificial trata de simular el proceso del sentido de la visión de los seres
vivos, según el cual un objeto es captado mediante los receptores de la retina y
es transformado en impulsos nerviosos que son procesados por el cerebro.
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Consiste en la captación de imágenes en línea mediante cámaras basadas
en matrices de sensores sensibles a la luz (CCD ó CMOS), el posterior
tratamiento de las mismas mediante técnicas de análisis de imagen y la
actuación sobre el proceso (control de producto) o el producto (control de
calidad).
Las principales ventajas son la reducción de los costes del control de
calidad, el aumento de la producción, la inspección del 100% de la
producción, la reproducibilidad y el funcionamiento 24 horas al día sin
“cansancio”.
¿Cuál es el principio de funcionamiento?
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Los fotones son captados por una matriz de fotoreceptores que transforman
la intensidad lumínica en carga eléctrica, que va siendo transmitida a la fila
adyacente para su lectura. La carga analógica es digitalizada mediante un
conversor A/D (8 bits ⇒ 256 niveles)
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
¿Qué elementos tiene un sistema de visión artificial?
Los elementos básicos de un sistema de visión artificial son:
• El sistema de iluminación (fluorescente, LED, polarizada, backligth, láser…)
• El sensor o cámara de captura de imagen (CMOS, CCD, InGaAs…)
• Tarjeta de captura de elevado ancho de banda (Firewire, CameraLINK,
GbEthernet...)
• Procesamiento de imagen (Procesador y algoritmos de pretratamiento y
filtrado de la imagen, de segmentación y reconocimiento de formas, de
extracción de descriptores y de clasificación)
• Sincronía con el proceso, para adquirir la imagen en el momento adecuado y
para actuar con el proceso o separar unidades defectuosas
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
¿Para qué sirve la Visión Artificial?
• Automatizar procesos de control de calidad: detección de defectos y fallos
en materia prima, producto final o en el envases.
• Automatizar procesos de clasificación en base a la forma, tamaño o color en
materias primas muy variables.
• Automatizar procesos de producción: ajustar las condiciones de proceso en
base a variables medidas mediante análisis de imagen.
• Automatización de procesos de manipulación y envasado: extracción de
coordenadas para su posterior manipulación mediante robots.
• Automatizar procesos de detección de cuerpos extraños.
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Nuevas tecnologías de inspección: lo que el ojo no ve
• La visión 3D
• Los rayos X
• La visión espectral
• La Imagen de Resonancia Magnética Nuclear
• La imagen ultrasónica
a) Manzana en el visible
b) Imagen de rayos X
c) Imagen de MRI
d) Imagen NIR
e) Imagen termográfica
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Nuevas tecnologías de inspección: la visión 3D
• Un emisor láser es un dispositivo que genera un haz de luz coherente
monocromática de alta densidad.
• Mediante luz láser es posible medir la altura de los objetos. Para ello se coloca
el láser en un ángulo conocido con respecto al objeto a iluminar y a la cámara.
La distorsión del haz se correlaciona con la altura.
• Empleando luz estructurada es posible medir las coordenadas de cualquier
objeto con una adecuada iluminación: reconstrucción 3D, posición, tamaño,
textura…
Haz de luz láser
Cámara lineal
Óptica
Muestra
Variación en posición de la
muestra
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Nuevas tecnologías de inspección: los rayos X
• Radiación electromagnética, invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos y de
impresionar películas fotográficas.
• La capacidad de absorción de rayos X de una sustancia es directamente
proporcional a su densidad y masa atómica.
• Se emplea para inspeccionar productos envasados y detectar materas
extrañas de mayor densidad (piedras, metales, PVC, cristal).
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Nuevas tecnologías de inspección: La visión espectral
• La visión espectral es una técnica que combina la visión artificial y la
espectroscopia del infrarrojo. Una óptica enfoca el objeto a medir y lo proyecta
sobre una rendija que restringe a imagen a una sola línea. A continuación, una
óptica espectrográfica difracta esa línea sobre el sensor matricial, que capta esa
línea descompuesta en diferentes longitudes de onda del espectro. Por tanto se
obtiene para cada instante de tiempo una imagen en la que un eje es espacial
(la línea captada) y otro es espectral (luz difractada por la óptica
espectrográfica).
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Nuevas tecnologías de inspección: la Imagen de Resonancia
Magnética Nuclear
• Técnica no invasiva que utiliza el fenómeno de la resonancia magnética para
obtener información sobre la estructura y composición del cuerpo a analizar.
Esta información es procesada y transformada en imágenes del interior de la
muestra.
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Nuevas tecnologías de inspección: la imagen ultrasónica
• Los ultrasonidos son ondas acústicas cuya frecuencia está por encima del
límite perceptible del oído humano, a partir de los 20. KHz.
• Se utilizan en numerosas aplicaciones industriales para medición de
distancias, caracterización interna de materiales y ensayos no destructivos.
• Para la generación de imágenes se utilizan arrays de transductores que se
pueden focalizar mediante ajustes en la fase de la señal.
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Algunas aplicaciones de la Visión Artificial en automatización y
Robotización en la Industria Alimentaria
Control de calidad:
• Detección de defectos en productos de origen agrícola: frutas, hortalizas,
cereales y frutos secos.
• Detección de fallos en el envasado/etiquetado.
Clasificación:
• Clasificación de fruta por calibre y color.
Automatización de procesos de producción:
• Control del proceso de mezcla de ingredientes estimando % y ajustando
dosificación.
• Control del horneado en panadería industrial según el grado de tostado.
Manipulación y envasado:
• Encajado automático de unidades mediante robots.
• Paletizado automático.
• Detección de cuerpos extraños:
• Detección de fragmentos de cristal en envases.
• Detección de materias extrañas en frutos secos.
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Envasado automático mediante robot
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Control de etiquetado y envasado
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Clasificación de zanahorias
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Clasificación de filetes de carne de
cerdo por color, grasa, distribución
magro/grasa, etc
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Inspección de frutos secos y
detección de materias extrañas
Control de proceso de
termoformado por termografía
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Clasificación de fruta pequeña y hortaliza (maíz, guisantes, bayas…)
eliminando defectos de color, forma y cuerpos extraños
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Clasificación de aceitunas de mesa mediante visión
artificial
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Aplicación de la VISIÓN ARTIFICIAL en la industria alimentaria
Conclusiones
• La Visión Artificial es una técnica de inspección rápida y no destructiva que
permite automatizar el control de calidad del 100% de la producción.
• Supone una reducción de los costes de control de calidad y minimiza el
envío de productos defectuosos a los clientes.
• Los costes de los sistemas de visión han disminuido drásticamente mientras
que las prestaciones han aumentado espectacularmente.
• Mediante técnicas avanzadas como la termografía o la visión espectral es
posible detectar defectos o propiedades que el sistema visual humano no
es capaz de percibir.
• La Visión Artificial es una herramienta para automatizar procesos de control,
supervisión, manipulación y robotización.
¡Gracias por su atención!