O processo de calibração realiza o ajuste de cores para as diversas condições de ilumi- nação que o sistema de visão está sujeito. O procedimento de calibração implementado nesta dissertação, primeiramente capta uma pose do manipulador. A partir dela, os centros são inicializados manualmente, como descrito na seção 3.3.2. Em seguida, é executado o algoritmo K-means para o ajuste dos centros.
A Tabela 4.2, apresenta em linhas gerais o resultado de um processo de calibração. A tabela contém uma descrição das classes, a classe associada a esta descrição, os centros referidos a suas respectivas classes, sendo representados em componentes de cores do modelo RGB. Por fim a quantidade de pixels das classes resultante da calibração, essa quantidade é necessária na escolha das classes de pixels espúrios.
Tabela 4.2: Resultado da calibração.
Descrição Classe R G B Número de pixels
Rótulo 1 (base) Vermelha 178 83 80 219 Rótulo 2 Magenta 212 128 150 172 Rótulo 3 Azul 58 99 168 200 Rótulo 4 Amarela 221 178 81 201 Rótulo 5 (ferramenta) Verde 98 166 93 177 Elos Branca 183 190 189 680 Fundo do ambiente Preta 12 14 7 4046
— Espúrio 31 31 26 21268
— Espúrio 40 36 32 16573
— Espúrio 31 39 42 15513
distância entre o centro da classe e o pixel da imagem. A Figura 4.4 apresenta a disposição espacial dos agrupamentos de uma imagem classificada, onde os eixos representam as cores primárias no modelo RGB. Na Figura 4.4, cada agrupamento é representado pela cor formada por suas componentes RGB. O agrupamento mostrado em preto é composto por quatro classes, a preta e as três classes de elementos espúrios.
Figura 4.4: Agrupamentos.
Os resultados apresentados em Tab. 4.2 e em Fig. 4.4 foram obtidos utilizando a iluminação fria, a partir da imagem captada apresentada em Fig. 4.5. Estas condições também foram utilizadas no experimento 1, descrito a seguir.
Para auxiliar na visualização os resultados obtidos nos experimentos de calibração, foi adotado como metodologia a comparação dos rótulos classificados a rótulos padrão
Figura 4.5: Imagem capturada.
da cor do centro da classe correspondente, obtidos pela transformação da área do rótulo real de centímetros para pixels. A partir de uma imagem do ambiente de trabalho foram calculadas as relações de transformação, apresentadas na Eq. 4.1.
Tcp(L) =
L(pixels)
L(cm) ≈ 3, 46 e Tcp(C) =
C(pixels)
C(cm) ≈ 3, 46 (4.1) Baseado nestes valores foi estimada a quantidade de pixels para o rótulo padrão (177
pixels). A comparação foi feita fazendo o centróide do padrão coincidir com o centróide
da imagem classificada. Isto delimita uma área de busca onde foram contados os pixels diferentes aos do centro de cor da classe correspondente a cada rótulo. Esta metodologia foi considerada, pois erros dentro dessa região resultam em perdas significativas no pro- cedimento de localização. Os valores são apresentados para cada experimento em forma de tabelas, que contém a quantidade de pixels classificados com erro para cada rótulo.
Experimento 1
Neste experimento, foram comparada duas imagens classificadas pela menor distân- cia1aos centros. Uma das imagens foi classificada utilizando os centros apresentados em
Tab. 4.2, a outra com os valores iniciais dos centros.
Este experimento mostra a necessidade do procedimento de calibração para uma boa execução do sistema de visão. A Figura 4.6, mostra os rótulos classificados por centros
(a) Imagem capturada. (b) Imagem classificada. Figura 4.6: Imagem classificada sem calibração.
com seus valores iniciais antes da execução do algoritmo K-means. Apesar da inicializa- ção ser feita com valores da própria imagem captada, verifica-se na Fig. 4.6(b), que pixels pertencentes aos rótulos são classificados de forma errada. Já os rótulos da Fig. 4.7(b), foram classificados pelos centros obtidos através do procedimento de calibração, embora ainda apresentem algumas deformações em pixels próximos à borda, não há comprome- timento significativo do desempenho do sistema de visão. A Tabela 4.3 confirma estes últimos comentários.
(a) Imagem capturada. (b) Imagem classificada. Figura 4.7: Imagem classificada após calibração.
Experimento 2
A disposição da iluminação fria resulta em diferentes intensidades de luz no ambiente. O quadrante II apresenta as maiores intensidades, enquanto que o quadrante IV apresenta
Tabela 4.3: Erro de classificação para o experimento 1.
Rótulos Sem Calibração Com Calibração
1 (base) 11 pixels 0 pixels 2 28 pixels 4 pixels 3 10 pixels 0 pixels 4 2 pixels 0 pixels 5 (ferramenta) 38 pixels 0 pixels
as menores.
Com o manipulador colocado na posição mostrada em Fig. 4.8, o procedimento de calibração foi executado. Os centros resultantes da calibração, contidos em Tab. 4.4, foram utilizados para classificar os rótulos, o resultado está apresentado em Fig. 4.8(b).
(a) Imagem capturada. (b) Imagem classificada. Figura 4.8: Manipulador na posicão de calibração.
Neste experimento foram capturadas quatro poses com o manipulador colocado em cada quadrante do ambiente, em seguida, estas poses foram classificadas utilizando os centros contidos em Tab. 4.4, obtendo estes resultados descritos a seguir.
Tabela 4.4: Centros resultantes da calibração.
Classe R G B Classe R G B Vermelha 187 119 111 Branca 230 230 229 Magenta 230 166 179 Preta 20 20 16 Azul 97 129 179 Espúrio 54 54 55 Amarela 246 209 143 Espúrio 45 48 49 Verde 142 185 134 Espúrio 62 62 63
No quadrante I a intensidade é um pouco maior que a do ponto onde foi realizada a calibração. Os rótulos magenta e amarelo, apresentam pixels com erros de classificação, por serem poucos, esparsos e próximos da borda do rótulo, estes erros não comprometem o sistema de visão.
(a) Imagem capturada. (b) Imagem classificada. Figura 4.9: Manipulador no quadrante I.
O quadrante II apresenta as maiores intensidades de luz do ambiente, a quantidade de
pixels classificados de forma errada, compromete a classificação, não havendo mais uma
boa representação do rótulo, isto pode ser observado no rótulos magenta, amarelo e verde em Fig. 4.10(b).
(a) Imagem capturada. (b) Imagem classificada. Figura 4.10: Manipulador no quadrante II.
Devido a disposição da iluminação, o quadrante III e o quadrante I possuem intensi- dades luminosas semelhantes, valendo os mesmos comentários que foram feitos anterior- mente.
(a) Imagem capturada. (b) Imagem classificada. Figura 4.11: Manipulador no quadrante III.
O quadrante IV é o que apresenta menor intensidade de luz. Mesmo assim a classifi- cação dos rótulos da imagem foi satisfatória, como pode ser observado em Fig. 4.12(b).
(a) Imagem capturada. (b) Imagem classificada. Figura 4.12: Manipulador no quadrante IV.
Pela observação em Fig. 4.8, Fig. 4.9, Fig. 4.10, Fig. 4.12 e Tab.4.5, nota-se que os pixels conectados à borda, dos rótulos magenta e amarelo, são classificados em sua maioria como vermelhos, isto se deve a iluminação e câmera utilizada na captura das poses. Este erro não compromete os resultados esperados para o sistema de visão, pois o erro está presente em praticamente toda borda.
Baseado nos resultados aqui obtidos, pode-se dizer que a calibração torna o sistema robusto, quando se trata de pequenas variações de iluminação, mas deve-se tomar um cuidado extra com a pose do manipulador utilizada no procedimento de calibração.
Tabela 4.5: Erro de classificação para o experimento 2.
Rótulos Posição de Calibração Quadrante I Quadrante II Quadrante III Quadrante IV
1 (base) 0 pixels 0 pixels 0 pixels 0 pixels 0 pixels 2 3 pixels 8 pixels 15 pixels 3 pixels 1 pixels 3 0 pixels 0 pixels 0 pixels 0 pixels 0 pixels 4 3 pixels 8 pixels 75 pixels 4 pixels 1 pixels 5 (ferramenta) 0 pixels 3 pixels 26 pixels 5 pixels 3 pixels
Experimento 3
De maneira diferente a do experimento anterior, que mostrou o comportamento da classificação para pequenas variações de intensidade luminosa, o experimento descrito nesta subseção visa ilustrar o comportamento da classificação para grandes variações de luminosidade.
Neste teste foi utilizada a iluminação quente, pois a disposição das lâmpadas propicia uma distribuição quase homogênea da luminosidade no ambiente. Primeiramente, foram desligadas quatro das oito lâmpadas existentes, como o mostrado Fig. 4.13.
Figura 4.13: Iluminação a 50%.
Deste modo pode-se considerar que a iluminação fica a quase 50% da total. Para esta iluminação é capturada a pose representada em Fig. 4.14(a), na qual é realizada a calibração, resultando nos centros representados em Tab. 4.6.
A Figura 4.14(b) ilustra os rótulos classificados pelos centros de Tab. 4.6 a aproxi- madamente 50% da iluminação.
A pose representada em Fig. 4.15(a) foi capturada com as oito lâmpadas funcionando, mas ela foi classificada com os centros de Tab. 4.6.
A partir de Fig. 4.15(b) e da Tab. 4.7, pela observação dos rótulos classificados, pode-se concluir que a calibração provê um processo de classificação mais robusto a pe-
Tabela 4.6: Centros utilizados no experimento 3. Classe R G B Classe R G B Vermelha 204 125 117 Branca 241 244 243 Magenta 236 173 173 Preta 8 8 8 Azul 90 110 151 Espúrio 47 47 45 Amarela 239 212 145 Espúrio 40 42 41 Verde 133 166 132 Espúrio 52 51 55
(a) Imagem capturada. (b) Imagem classificada. Figura 4.14: Iluminação com quatro lâmpadas.
(a) Imagem capturada. (b) Imagem classificada. Figura 4.15: Iluminação com oito lâmpadas.
quenas mudanças na iluminação do ambiente. Para grandes variações a classificação é comprometida em todos os rótulos.
Tabela 4.7: Erro de classificação para o experimento 3.
Rótulos Iluminação a 50% Iluminação total
1 (base) 1 pixels 164 pixels 2 5 pixels 160 pixels 3 0 pixels 136 pixels 4 16 pixels 143 pixels 5 (ferramenta) 12 pixels 128 pixels
Experimento 4
O tipo de iluminação utilizada altera a percepção das cores pela câmera. Este ex- perimento foi realizado para observar a influência da variação do tipo de iluminação na classificação dos rótulos.
No primeiro momento, foi utilizada a iluminação fria, que reproduz melhor cores como verde e azul. Para esta iluminação foi capturada uma pose, que foi utilizada no procedimento de calibração. A Tabela 4.8 contém os centros resultantes da calibração.
Tabela 4.8: Centros utilizados no experimento 4.
Classe R G B Classe R G B Vermelha 187 117 112 Branca 230 230 229 Magenta 233 167 179 Preta 19 19 15 Azul 97 129 180 Espúrio 49 48 47 Amarela 248 211 145 Espúrio 54 54 55 Verde 141 186 134 Espúrio 41 44 44
A Figura 4.16(b) ilustra os rótulos classificados utilizando os centro de Tab. 4.8. Substituindo a iluminação fria pela quente foi capturada uma nova pose do manipu- lador. Essa pose foi classificada pelos mesmos centros utilizados acima, contidos em Tab. 4.8. A Figura 4.17(b), ilustra os rótulos classificados.
Pode-se concluir com este teste, pela observação de Fig. 4.16(b), Fig. 4.17(b) e Tab. 4.9, que apesar das diferentes características da iluminação, que modificam a reprodução de cores, a classificação foi pouco comprometida. O erro presente na classificação de al- guns pixels dos rótulos vermelho, magenta e amarelo, em Fig.4.17(b), se deve a diferença de intensidade luminosa presente nas iluminações utilizadas no experimento.
(a) Imagem capturada. (b) Imagem classificada. Figura 4.16: Iluminação fria.
(a) Imagem capturada. (b) Imagem classificada. Figura 4.17: Iluminação quente.
Tabela 4.9: Erro de classificação para o experimento 4.
Rótulos Iluminação fria Iluminação quente
1 (base) 0 pixels 4 pixels 2 3 pixels 9 pixels 3 0 pixels 0 pixels 4 3 pixels 23 pixels 5 (ferramenta) 0 pixels 2 pixels