MEDICIÓN DE DISTANCIAS CON UNA WEBCAM Y UN PUNTERO LÁSER USANDO MATLAB

Video del programa en funcionamiento.

 

Introducción

Para determinar la distancia a la cual se encuentra una persona o robot de un objeto, se hace uso de dos herramientas: una cámara web sencilla, un apuntados laser y un programa de procesamiento de imágenes.

Teoría

La figura 1 muestra el diagrama del montaje del sistema.

Figura 1. Montaje del sistema de medición de distancia.

El apuntador laser proyecta una luz sobre el objeto ubicado en el campo visual de la cámara, y así, una vez capturada la escena por medio de la cámara se puede ver en la imagen una zona más iluminada, cuya posición respecto al eje Y permitirá obtener la distancia.

Ahora bien, partiendo de la figura 1,

Para resolver esta ecuación debemos conocer "h" (que es una constante definida por la distancia entre el haz del láser y el centro visual de la cámara) y el ángulo theta. Theta se calcula:

Donde:
pfc: cantidad de pixeles desde el centro al plano focal.
rpc: radianes que ocupa cada pixel.
ro: desplazamiento en radianes (compensa errores de alineación)

Uniendo las ecuaciones, obtenemos:

La cantidad de pixeles desde el centro del plano focal hasta el lugar donde aparece el punto del láser se puede contar procesando la imagen. Debemos hacer una calibración para obtener los demás parámetros.

Para calibrar el sistema se toma una serie de mediciones en las se conoce la distancia hasta el blanco y la cantidad de pixeles desde el centro de la imagen hasta donde se encuentra el punto del láser. Aquí un ejemplo de recolección de datos:

Tabla 1. Medición de distancias.

 

Usando la ecuación que sigue, podemos calcular el ángulo real en base al valor de h y también la distancia real para cada punto:

Cálculo de Desplazamiento (ro) y Ganancia (rpc):

44*rpc + ro = 0.0898
55*rpc + ro = 0.112

De donde:

rpc =0.002
ro=0.001

El hardware

Este medidor de distancias se compone de pocos elementos: una cámara web y un puntero láser:

Figura 2. Montaje de la webcam y el puntero láser.

Este es el aspecto del medidor de distancias tal como quedó luego del montaje.

 

Figura 3. Montaje de la webcam y el puntero láser.

El software

El programa está desarrollado en Matlab 7.4 usando el Toolbox de procesamiento de imágenes.

Figura 4. GUI del programa de medición.

Figura 5. GUI del programa de medición.