Reporte de Proyecto Terminal - 148.206.53.84148.206.53.84/tesiuami/UAMI12250.pdf · Reporte de...

Reporte de Proyecto Terminal Desarrollado en el

Laboratorio De Técnicas Y Aplicaciones Para La Multimedia Distribuida (TAMDI)

Para la obtención del título en

Ingeniería en Electrónica De la

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA Iztapalapa

Rastreo de Imágenes en Tonalidades de Gris

Por

Nadia Celia Enríquez Saucedo Asesor

Dr. Luís Martín Rojas Cárdenas

Mayo 2

005

AGRADECIMIENTOS

A la persona más especial, Enrique. Por tu amor, amistad, c

Para una persona que siempre confió en mi, ella es mi mamá.

ara un ser dulce y grandioso, mi abuelita.

gradezco a mi asesor por todo su apoyo, amistad

mis compañeros de DGSCA por su apoyo.

mis amigos por toda su ayuda y ánimo. s Fanny por pensar en que si terminaría.

por último a las personas que no están conmigo en este momento.

MI FAMILIA

n abrazo.

racias a un compañero muy importante para la realización de este proyecto

Ángel Gálvez

i casa la UAM que me dio su cobijo siempre en todo momento.

da ver cuanto ha avanzado.

omprensión, apoyo y todo lo demás.

P Ay comprensión. El Dr. Luís Martín Rojas Cárdenas. A A Gracia Y A U

G

M

Lo más importante aparece al final, aunque uno no pue

Mi casa voló a mi interiorPensa

sin v

el

Gracias

.

ndo en lo que he trabajado. Interesante es conocerme.

Empecé la construcción alorar lo que hay dentro.

La amistad puede conmoverme. Al final todo acabó.

Siendo el mayor de los regalos el amor, el aprendizaje,

terminar lo que había empezado sin darme cuenta que ha acabado.

ÍNDICE

OBJETIVO….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..……..…………….………….1 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN 1.1 USO DE DISPOSITIVOS PARA EL RASTREO DE IMÁGENES.......................................................................................................................................................2 CAPÍTULO 2 RASTREO DE IMÁGENES 2.1 DISPOSITIVOS ACTUALES DEL RASTREO DE BARRIDO DE IMÁGENES.................................................................................................................................4 2.2 FUNCIONAMIENTO DE LOS DISPOSITIVOS PARA EL RASTREO DE IMÁGENES ACTUALES….……………….……………………….……….…………….……………….4 2.2.1 CÁMARA FOTOGRÁFICA……………………………………………………………………………………................................................................................................................4

CÁMARAS DIGITALES: FOTOGRAFÍA Y DE VIDEO………………………………………………………………….…………………….……….……..………………….……………4 RESOLUCIÓN………………………………………………………………………………………………..…………………………………………….…….……………….………….…………….5 SISTEMAS DE VISOR…………………………………………………………………………………………………………………………………………..…..……………….……..……….….5

2.2.2 ESCÁNER…………………………………….…………………………………………………..…….…………………………………………………………………..…..………………..…………..….….6 PROFUNDIDAD DE COLOR……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...…….…………….7 EL ESTÁNDAR TWAIN...........................................................................................................................................................................................................7 CALIBRACIÓN ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………..….7

2.2.3 LECTORES ÓPTICOS……………………………………….………………………………………………..................................................................................................................8 LECTORES ÓPTICOS DE MARCAS………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………8 LECTORES DE CÓDIGOS DE BARRAS………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………8 LECTORES ÓPTICOS DE CD’s………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………….9

PARTES QUE INTEGRAN LOS LECTORES ÓPTICOS PARA CD’s....................................................................................................................................9 CCD…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………9

FUNCIONAMIENTO…………………………………………………………………………………………………………………..……..……………………..9 LÁSER…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………………....10

LECTORES DE HUELLA DIGITAL………………………………………………………………………...……………………………………………….……………………………………….11 LECTORES DE CAPACITANCIA………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………….11

CAPÍTULO 3 PROPUESTA 3.1 IMÁGENES A ESCANEAR……………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………14 3.1.1 FUNDAMENTOS DE LAS HUELLAS DIGITALES………………………………………………………………………………………………………..…………………………………..………14 3.1.2 FUNDAMENTOS DE LA PUPILA…………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………..14 3.2 DELIMITACIÓN DEL TEMA……….………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………….14 3.3 SISTEMA DE RASTREO DE IMÁGENES……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………….16 3.3.1 DIAGRAMA POR ETAPAS………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………..….17

MECANISMO LECTOR…………………………………………………………………………………..............................................................................................................18 FIBRA ÓPTICA………………………………………………………………………………………....................................................................................................................18 PICK-UP………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…..19 AMPLIFICADOR DE CORRIENTE…………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………...20 FOTOTRANSISTOR……………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………….….21

ETAPA DE CONTROL DEL RASTREO………………………………………………………………………................................................................................................23 ETAPA DE RECEPCIÓN DE LA IMAGEN……………………………………………………………………...............................................................................................23

CAPÍTULO 4 IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL……………………….……………………………......................................................................................24 CAPÍTULO 5 RESULTADOS……………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………….29 CAPÍTULO 6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS……………………………………………………………………………………………….………………………………………………….……..34 6.1 SIMULADOR.................................................................................................................................................................................................................................35 ANEXO A DIAGRAMA DE WORKBENCH……………..……………………………………………………………………………………….……………………………………………………….……36 ANEXO B GLOSARIO………………………………………………………………………………………………………………………………..…………………………………………………………………38 ANEXO C MANUALES………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..………………………………..41 BIBLIOGRAFÍA.........................................................................................................................................................................................................................................49

SISTEMA DE RASTREO DE IMÁGENES Control Electrónico para el Rastreo de Imágenes

1

SISTEMA DE RASTREO DE IMÁGENES

CO

NTROL ELECTRÓNICO PARA EL RASTREO DE IMÁGENES

innovador, el cuál capte imágenes de área pequeña, donde la calidad de la imagen no depende de la matriz receptora de luz sino de la velocidad de escaneo; con un modelo de rastreo simple, utilizando un solo sensor.

OBJETIVO

El objetivo de este proyecto es crear un prototipo para el rastreo de imágenes con un funcionamiento


2

APÍTULO 1 INTRODUCCIÓN

.1 USO DE DISPOSITIVOS PARA EL RASTREO DE IMÁGENES

imiento cada vez más de moda en el mundo de la fidelidad que se puede obtener; existen diferentes

ágenes:

Cámaras fotográficas Cámaras de video Escáner Lector de códigos de barras Sensores

La tecnología que ocupan estos dispositivos es complicada, y está basada en la mani D’S

ispespués la señal es muestreada y digitalizada para la compresión y manipulación de los its que conforman la imagen obtenida.

omo se mencionó anteriormente, los métodos para la captura de imágenes ha volucionado desde hace mucho tiempo. Ahora es posible combinarlos, dependiendo del sultado que se necesita, no obstante la investigación en este rublo está más enfocada a las

plicaciones que los dispositivos actuales pueden tener, es decir, una vez que se obtiene la agen, ésta es manipulada y codificada de distintas formas.

n este sentido este proyecto no pretende realizar manipulación de la imagen como tal, sino lantear una forma de control para el prototipo propuesto tal que éste se pueda mejorar más delante y probablemente a corto plazo no igualará a los sistemas actuales, ya que se tiene uy claro que manejan una muy buena calidad de la imagen, entre los cuales podemos encionar al CCD.

a infinidad de métodos de rastreo existentes hoy en día, da una idea del interés de muchas ompañías e investigadores en cada vez diseñar nuevas mejoras las tecnologías de la

agen.

observar en el desarrollo de este proyecto la variedad de estas aplicaciones, rprende también que la tecnología rebase el alcance de técnicas y procedimientos que

hace tres Si bien eplataform iores diseños y aplicaciones.

C 1 La digitalización de imágenes es un procedla tecnología, sobre todo por dispositivos para el rastreo de im

de cambios de luz

pulación de matrices obtenidas a partir de circuitos dedicados como los CCositivos de Carga Acoplada), los cuales convierten la luz en una señal analógica, (D

db Cereaim Epamm Lcim Se puede so

años se creían si no imposibles difíciles de alcanzar.

ste reporte no está enfocado a rebasar la tecnología existente si puede ser una a de poster


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explica con detalle estos puntos; tomando en cuenta la teoría mersa en la aplicación.

omo meta este reporte está enfocado a explicar en que forma se puede realizar un control

rampa.

Así mi o en forma detallada la implementación de este prototipo basado en la unión de muchas tecnologías, como ya se mencionó, la adquisición de los materiales para su construcción depende de que tan complicado se quiera hacer, en este caso el s

a salida mostrada en la simulación corresponde a la salida hecha propiamente del diseño.

tores.

cada uno de los mecanismos resentados aquí, por lo que se mencionan de una manera breve.

or ejemplo el funcionamiento del CCD no es simple pero tiene una gran popularidad en

as.

A lo largo del reporte sein Cde rastreo, que es una de las partes importantes que implican la realización de este proyecto, este reporte está orientado a realizar una simulación que controle la forma de barrido a partir de dos señales en forma de

sm se pretende explicar

co to es muy económico.

LPartiendo de que todo depende del simulador a utilizar. La forma y método para la elaboración del proyecto varia muchas veces por los inconvenientes de las herramientas o dispositivos que se ocupan y muchas veces los resultados se ven afectados por estos fac Por esta razón se explica cuál es la forma de implementación de los dispositivos escogidos. Las imágenes son un reto para un diseño. Se tienen que tomar en cuenta varios factores para el diseño, en este caso las variables son, por ejemplo, las características físicas de los dispositivos mecánicos, eléctricos y ópticos. Hay estudios dep Si bien las necesidades para que una imagen tenga la mayor nitidez posible, han hecho que muchas de las aplicaciones sean muy difíciles de igualar tanto en costos como en tecnología. Pel mercado precisamente por su gran calidad. Se pueden nombrar muchos otros pero parece ser que el CCD está ganando la batalla de la tecnología en imagen, reflejado en las cámaras fotográfic


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.1 DISPOSITIVOS ACTUALES DEL RASTREO DE BARRIDO DE IMÁGENES

ue se ocupe para esta tarea.

reconocimiento de huellas digitales de la pupila, estas técnicas se aplican una vez que la imagen está codificada en un archivo

.2 FUNCIONAMIENTO DE LOS DISPOSITIVOS PARA RASTREO DE IMÁGENES ACTUALES

.2.1 CÁMARA FOTOGRÁFICA

plasmar la imagen en emoria.

n este capítulo se mostrará como se realiza este proceso.

o en una tarjeta especial, para después transferirlas a la computadora, éstas onvierten los pulsos de luz a bits.

l elemento principal común a todas estas cámaras es un chip semiconductor sensible a la z llamado CCD parecido más a una matriz que recibe en paralelo luz desde distintas

eldas. La película es sustituida por este dispositivo que después de filtrar los colores ansforma la luz en una señal eléctrica y la almacena en la memoria de la cámara.

CAPÍTULO 2 RASTREO DE IMÁGENES 2 Los dispositivos mencionados en el capítulo anterior están diseñados mediante circuitos complejos; basados en la captura digital de la imagen; la dificultad del proceso de esta conversión varía dependiendo del tipo del circuito q Entre los aparatos que se utilizan en el rastreo de imágenes se encuentran, el escáner, la cámara digital, la cámara de video, el lector de código de barras, el lector de huellas digitales, el lector de pupila; todos y cada uno de ellos requieren de un mecanismo específico. Este tipo de escaneo es utilizado frecuentemente en el reconocimiento de patrones para su aplicación en seguridad, hay diferentes técnicas para el yde datos, utilizando programas de simulación y cálculos matemáticos, además del mecanismo para su recepción, que es común entre los dispositivos utilizados. 2 2 La cámara fotográfica es un dispositivo de rastreo de imágenes que busca el enfoque correcto y visualiza el objeto a fijar, el lente capta todo movimiento y es cuestión de presionar un botón para escanear la imagen encontrada para m La cámara es un claro reflejo de la necesidad de plasmar momentos u objetos y convertirlos en imagen. E

CÁMARAS DIGITALES: FOTOGRÁFICA Y DE VIDEO Todas las cámaras digitales capturan las imágenes y las almacenan en la memoria interna de la cámara c Eluctr


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recibir el CCD mejor será la calidad de las fotografías btenidas con la cámara.

a cámara tiene un dispositivo de resolución. Se enfoca el objeto a fotografiar y se pulsa el

e la luz en jo, verde y azul. La cantidad de luz reflejada se convierte en una señal eléctrica analógica

RESOLUCIÓN

í se obtendrá ayor resolución.

SISTEMAS DE VISOR

on dos las opciones que existen en cámaras digitales: visor óptico y de pantalla líquida; el

agen y lo que capta realmente la lente de la cámara.

e inclusive permite anipularlas en algunos modelos o simplemente borrarlas. Una característica negativa es

que e encuentra en condiciones de mucha luz solar.

a cámara compacta de visor directo no se ve a través de los objetivos, se ve a través de la

cnología CD el cuál poco a poco es más común encontrarlo en las cámaras actuales.

Cuantos más valores sea capaz de o Lbotón disparador. La luz reflejada por el objeto entra a través de la lente de la cámara. La luz coincide sobre el CCD el cuál contiene múltiples celdas, esté descomponroy se transfiere a la sección electrónica de la cámara que codifica ésta señal. Mediante el software interno de la cámara la imagen tomada se comprime y almacena en la cámara sobre la memoria o algún dispositivo de almacenamiento.

La calidad de la imagen en cuanto a resolución es fundamental para cumplir con el objetivo de captar imágenes, sobre todo cuando se trata de la mejor definición. A cada una de las cuadrículas que constituyen una imagen se les denomina píxel y, obviamente, se obtendrá mayor calidad cuanto más píxeles se puedan distinguir ya que asm

Svisor óptico, similar al de las cámaras tradicionales, no repercute en el consumo de energía de la cámara; sin embargo, en muchos casos este tipo de visor tiene errores de cobertura, el cuál es un efecto propiciado por el desfase óptico que existe entre lo que se ve a través del visor de im El visor de pantalla líquida, cuya ventaja consiste en observar de manera previa la toma fotográfica, además de permitir revisar las imágenes ya obtenidas, m

registra una mala visualización cuando s Cuanto mejor es la cámara más alto es el porcentaje de campo real que vemos a través de ella. El visor puede ser de cristal o de plástico aunque antiguamente era solo un agujero. Lventanilla. Estas cámaras pueden llevar en el visor una lente propia que suele equivaler al mismo ángulo del visor que lleva la cámara. La siguiente figura muestra un visor digital el cuál ocupan las cámaras con teC


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maras antiguas, cuyo funcionamiento es totalmente distinto a tilizado en nuestros días.

Si bien este tipo de visor simplemente refleja lo que capta la imagen se puede decir que sustituye al ojo de las cáu

Fig.1 Visor de cámara digital acoplado a un CCD.

2.2.2

el

ESCÁNER El escáner es un dispositivo que cada vez goza de mayor popularidad y aceptación entre todos los usuarios. El principio de funcionamiento de un escáner es la digitalización, es decir, la conversión de

na información analógica a datos comprensibles por un sistema. u Una fuente de luz va iluminando línea por línea la imagen o documento en cuestión, y la luz reflejada en la imagen es recogida por los elementos que componen el CCD, éste dispositivo que convierte la luz recibida en información analógica. Por último, un DAC convierte los datos analógicos en valores digitales. El escáner utiliza como mecanismo de tracción un rodillo que recoge automáticamente documento y lo digitaliza. La calidad obtenida no es tan alta como en los modelos de sobremesa, pero es una excelente opción para usuarios con determinadas necesidades.


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Fig.2 Escáner.

PROFUNDIDAD DE COLOR Este parámetro, expresa de color que un píxel

uede adoptar; lo normal en la actualidad es un valor de 24 bits por píxeles. Aunque hasta ace poco los escáners de blanco y negro con tonos de grises ó 256 colores eran muy

r rto es que los 24 bits de color se han convertido en un estándar. Sin r, pero la mayoría lo

alquier aplicación talizar una imagen

edios.

stos dispositivos también necesitan ser calibrados; esto se realiza de diversas formas; por jemplo, muchos escáners incluyen una hoja con diferentes tonalidades de color, que debe r digitalizada para que nuestro periférico establezca los patrones necesarios.

do en bits, indica el número de tonalidadesphpopula es, lo ciembargo, hay escáners capaces de utilizar 30 o incluso 36 bits de coloe

hacen a nivel interno, para disminuir el intervalo entre una tonalidad y la siguiente; posteriormente, lo que envían al PC son únicamente 24 bits.

EL ESTÁNDAR TWAIN En cualquier caso, se necesita un software que actúe de intermediario entre el escáner y la aplicación que tratará el archivo digitalizado; afortunadamente se ha logrado establecer un estándar, hasta el punto de que no se concibe un escáner que no incluya su correspondiente river Twain. Se trata de un controlador que puede ser utilizado por cud

que cumpla con dicho estándar; su diseño permite que podamos digiesde la aplicación con la que terminaremos retocándola, evitando pasos intermd

CALIBRACIÓN

Eese


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sí mismo, es importante que una impresora de color pueda reproducir correctamente la imagen original; para ello es preciso establecer una relación entre los colores que ésta puede imprimir, y los que el escáner puede digitalizar. Se suele emplear un modelo que primero se imprime en la impresora y posteriormente se digitaliza; se comparan las diferencias y se crea un archivo de configuración, conteniendo los ajustes que permitirán corregirlas. Aunque no todos los modelos permiten este tipo de calibración, lo cierto es que cada vez se utiliza con mayor frecuencia. 2.2.3 LECTORES ÓPTICOS La tecnología ha permitido utilizar aparatos especiales para reconocimiento de documentos impresos, como son los lectores de códigos de barra y los lectores ópticos de marcas, y en otros rubros no se puede olvidar al lector de CD’s y el lector de huella digital; estos

ispositivos funcionan con un haz láser y un CCD, todos ellos tienen un área limitada de scaneo, esta área depende del ángulo que abarca el láser.

LECTORES ÓPTICOS DE MARCAS

lmente se realizan con lápiz, unque se pueden reconocer si son hechas con tinta. Cada instructivo del software que se tiliza con los lectores indicará la mejor forma de realizarlas ya que los programas permiten

dec ara detectar solamente las marcas y no partículas de polvo que ueden estar adheridas a una hoja así como también diferenciar entre marcas, borrones,

uito terno que luego procesa según se necesita.

A

de

Una marca es una pequeña área (casi siempre rectángulo o círculo) que la persona que proporciona la información llena en una hoja diseñada para utilizarse con lectores ópticos y que al leerla se convierte en un dato. Un lector óptico de marcas es un aparato que contiene pequeñas células fotoeléctricas que emiten luz a través de un canal de fibra óptica que detecta si en una posición determinada de un documento hay una marca o no. Las marcas normaau

idir la sensibilidad pprespuestas múltiples o equivocadas y no respuestas, e indicarnos cuando hay duda.

LECTORES DE CÓDIGOS DE BARRAS El lector de códigos de barras funciona enviando un haz de luz láser, la imagen la captura un CCD interno, captando la diferencia de tonos y después los codifica en un circin


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Este lector abarca un área limitada, y el código de barras debe estar dentro de esta área, ya que si la imagen a escanear está fuera del rango de captura, el lector no la visualiza.

Fig.3 Lector de código de barras.

ente funcionan como traductores nida en diferentes tipos de sistemas. El lector de CD es la

te ispositivo para mostrar la información y el dispositivo con la

eñ

LECTOR DE ÓPTICOS DE CD’S

Los lectores de CD’s son muy importantes en la decodificación de información, entre los ejemplos de esta información se encuentra la imagen, es decir, los lectores de CD’s apturan informaron ya antes codificada y éstos simplemc

y muestran la información conterfaz entre un din

información codificada.

PARTES QUE INTEGRAN LOS LECTORES ÓPTICOS PARA CD’s

CCD Un dispositivo CCD (dispositivo de carga acoplada), funciona como un conjunto de diodos, que capturan luz en forma matricial, abarcando un área El CCD está compuesto de un cabezal que contiene un chip fotosensible y puede acoplarse a cualquier aparato usado actualmente para captar imágenes de alta resolución. Es un ispositivo controlador que se encarga de transformar la información recibida (luz) a unad

s al digital eléctrica. La figura que se muestra a continuación es la fotografía de un CCD para cámaras digitales está constituido de un sistema de celdas fotosensibles las cuales son equivalentes a tener varios fotodiodos acoplados en modo matriz algunos CCD’s son más complejos ya que

ueden captar el color y digitalizarlo con una gran calidad. p


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Fig. 4 Foto de un CCD.

FUNCIONAMIENTO El cabezal está compuesto por píxeles y cada píxel al recibir determinada cantidad de luz proveniente de un punto del objeto a observar, convierte está información en un número

inar s m Cada píxel transfiere su información (en sistema binario) al dispositivo controlador que transforma esta serie de números binarios en un sistema legible para quien (ya sea un

tos como es el pick-up, la rejilla difractora un elemento óptico que

ero es necesario que estos haces tomen una dirección paralela, dado que debido a la rejilla ifractora cada uno de los tres rayos tiene un ángulo de propagación distinto, como de cono

abierto; ésto se logra con una lente colima ora que corrige la trayectoria por lo que garantiza que los tres rayos lleguen al espejo reflector en forma paralela, el espejo tiene como función dejar pasar el haz de luz láser, para que ésta al rebotar en el CD regrese y pase nuevamente por el espejo, pero esta vez rebotando en espejo reflector mandando la señal del láser al CCD.

b io, a u vez cada nú ero binario representa un color y una tonalidad de ese color.

ordenador, una palm, o un monitor) será el encargado de procesar y editar finalmente la imagen. LÁSER El láser es muy usado en los lectores de CD’S para recoger los datos almacenados en el CD. El funcionamiento el láser va unido a otros dispositivos muy importantes en la recuperación de los datiene como función dividir el haz del láser en varios rayos de diferente potencia cada uno, la rejilla hace que el rayo se divida en distintos surcos que producen un efecto de medio circulo donde existen distintos haces y solo se ocupan los principales, es decir, los que quedan en el centro. Pd

d


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El espejo es un elemento reflector de bajo índice de reflexión, debido a que por un lado deja pasar directamente la luz láser y por el otro la desvía mandando el haz directamente a un sensor de luz que posteriormente convertirá está señal en una señal eléctrica analógica. El sistema propuesto es la combinación de dos tecnologías muy importantes: la fibra óptica y los servomotores, este proceso es análogo al que utilizan los lectores de CD’s, sin embargo la diferencia es la forma en que se recibe la información.

LECTORES DE HUELLA DIGITAL

LECTORES DE CAPACITANCIA Com los lectores ópticos, los lectores capacitivos de huella digital generan una imagen de las crestas y valles que conforman u o en vez de hacerlo con luz, los capacitores utilizan corriente eléctrica.

l diagrama de la fig.5 muestra un ejemplo de sensor capacitivo.

ada celda incluye dos placas conductoras, cubiertas con una capa aislante.

ona huella digital, per

E El sensor está hecho de uno o más chips que contienen un arreglo de pequeñas celdas. C

Fig.5 Metodología de rastreo de huella digital.

Las celdas son más pequeñas que el ancho de una cresta del dedo. El sensor es conectado a un integrador, un circuito eléctrico construido sobre la base de un amplificador operacional inversor que altera un flujo de corriente. La alteración se basa en el voltaje relativo de dos fuentes, llamado la terminal inversora y la terminal no-inversora. En este caso, la terminal no-inversora es conectada a tierra, y la terminal inversora es conectada a una fuente de voltaje de referencia y un bucle de retroalimentación que incluye las dos placas conductoras, que funcionan como un capacitor. La superficie del dedo actúa como una tercera placa capacitora, separada por las capas aislantes en la estructura de la celda y, en el caso de los valles de la huella, una bolsa de aire.


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diferente a la del valle de un dedo.

l procesador del lector lee esta salida de voltaje y determina si es característico de una cresta o un valle. Al leer cada celda en el arreglo de sensores, el procesador puede construir

na imagen de la huella, similar a la imagen capturada por un lector óptico.

curidad que haga la impresión visual de una huella igital. Esto hace que el sistema sea más difícil de engañar. Adicionalmente, al usar un chip

itivos tienden a ser más ompactos que los ópticos.

l software del sistema del lector utiliza algoritmos altamente complejos para reconocer y iones relativas

e la huella.

Si dos imágenes tienen tres terminaciones de crestas y dos bifurcaciones formando la misma figura dentro de la misma dimensión, hay una gran probabilidad de que sean de la misma persona. La siguiente figura muestra determinadas coordenadas que son codificadas en binario y que dan una ruta para determinado valle o cresta.

Al variar la distancia entre las placas capacitoras (moviendo el dedo más cerca o más lejos de las placas conductoras), se cambia la capacitancia (o habilidad para almacenar una carga) total de el capacitor. Gracias a esta cualidad, el capacitor en una celda bajo una cresta tendrá una capacitancia más grande que el capacitor en una celda bajo un valle. Ya que la distancia al dedo altera la capacitancia, la cresta de un dedo resultará en una salida de voltaje

E

u La principal ventaja de un lector capacitivo es que requiere una verdadera forma de huella digital y no sólo un patrón de luz y osdsemiconductor en vez de una unidad CCD, los lectores capacc Eanalizar las líneas de las huellas digitales. La idea básica es medir las posicd

Fig.6 Coordenadas para método de lectura de huella digital.


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La siguiente figura muestra un detector de huella digital que es muy utilizado para el reconocimiento de patrones

Fig.7 Lector de huella digital.


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.1 IMÁGENES A ESCANEAR

Las aplicaciones para el mejoramiento del prototipo van desde el escaneo de huellas digitales hasta el escaneo de la pupila. Tanto la huella digital como la pupila son objetos de reconocimiento de imagen, puesto que los datos codificados en información digitalizada, en ambos, es única e irrepetible. Se sabe que ya existen en la industria muchos dispositivos dedicados al reconocimiento de estas aplicaciones; sin embargo, el fin de este diseño es el rastreo de reconocimiento de patrones de seguridad, en este caso la huella digital y la pupila entre otros. 3.1.1 FUNDAMENTOS DE LAS HUELLAS DIGITALES Los seres humanos tenemos tarjetas de identificación integradas, fácilmente accesibles: huellas digitales, las cuales son d .

os dedos tienen "valles y crestas". Estos valles y crestas se forman por una combinación e distintos factores genéticos y ambientales aleatorios.

n lector de huella digital lleva a cabo dos tareas:

) Obtener una imagen de su huella digital.

) Comparar el patrón de valles y crestas de dicha imagen con los patrones de las huellas ue tiene almacenadas.

CAPÍTULO 3 PROPUESTA 3

iseños virtualmente únicos Ld U 1 2q

Fig. 8 Huella digital con valles y crestas.


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PUPILA

pup ada uno de los seres humanos, puesto que está diseñada enéticamente como única e irrepetible, no hay dos personas que tengan la misma pupila.

nalidades, el matiz de cada tono tiene un patrón nico en la estructura de la tonalidad del color.

rea e la seguridad.

ado que estamos muy lejos de obtener la imagen, tal cuál es el objeto, se antepondrán fijar metas alcanzables de acuerdo a las

aracterísticas del diseño

ebe de ser capaz de emitir luminosidad.

capacidad de igualar físicamente. los requerimientos de los componentes del mecanismo.

esde el principio se pensó en un barrido de pequeña imagen, dada esta premisa se puede ras se encuentra el poder distinguir los cambios

variaciones de luz en un lugar pequeño y determinado, en rangos de tiempo precisos.

o a escanear se necesita tomar en cuenta las necesidades tanto de la dustria como del ámbito científico entre otros, estas necesidades están enfocadas a

determinar y capturar los detalles como característica principal de una imagen a escanear, con la mayor nitidez y menor error posible. Este proyecto está enfocado a proponer un nuevo mecanismo, basado en principios básicos de óptica, y en dispositivos de aplicación innovadores, sencillos, y económicos.

3.1.2 FUNDAMENTOS DE LA La ila es diferente en cg La pupila está dividida en diferentes toúEs por esta razón que la pupila es única y hace de su estructura un instrumento de identificación ideal para ser rastreado y codificado de tal manera que se aplique en el ád 3.2 DELIMITACIÓN DEL TEMA Dciertas delimitaciones, las cuales permiten c

El objeto a escanear debe ser opaco, es decir; no d

El área a escanear deberá ser de 2 a 3 cm. La implementación del prototipo está sujeta a la

Dpensar en otro tipo de aplicaciones; entre oty Para determinar el puntin


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ENES

e cepción de la imagen.

iona de la siguiente manera:

eñales son filtradas se conectan a las entradas de control del pick-up; éste ene un movimiento en forma vertical y horizontal, de tal manera que crea un área de

a a un fototransistor, el pick-up debe estar adaptado de rma que por donde pasa la luz no haya interferencia de ésta, la luz es absorbida por la

e que la señal está limpia de cualquier interferencia, a su vez se mplifica y es convertida en datos para su manipulación en el circuito receptor de la

imaLas características que debe de presentar cada una de las partes del mecanismo se explican deta d que cada etapa depende específicamente del El sist lógica de tal manera que

ependiendo el método de muestreo, es convertida en una señal discreta; esto quiere decir

ste método de rastreo de imagen, es diferente a los mencionados anteriormente porque

nes técnicas del fototransistor para generar la rriente adecuada en la imagen.

3.3 SISTEMA DE RASTREO DE IMÁG Este sistema está basado en una idea original del Dr. Luís Martín Rojas Cárdenas. Consiste en tres etapas: la etapa del mecanismo de lectura, de control y la etapa dre En términos generales el sistema de rastreo funcEl circuito de control genera dos señales cada una en forma de rampa, las cuales controlan el barrido. Una vez que la stibarrido que pasa la luz captadfofibra óptica; la fibra está ensamblada al pick-up, y conduce la luz a un fototransistor, éste convierte las señales de luz en una señal eléctrica, la cuál es analógica, después pasa por un filtro que se asegure da

gen.

lla amente en los siguientes incisos, debido atipo de tecnología a ocupar y es importante explicar estás tecnologías.

ema de recepción de imagen muestrea la señal anadque la señal ya está convertida en datos, estos datos pueden ser manipulados empleando un método de codificación y compresión, para poder ver la imagen. Eutiliza un solo sensor y la luz captada por el sensor prácticamente es introducida en serie por circuito de control de barrido, aunque esto sucede a una gran velocidad, puesto que el envío de datos al fototransistor lo determina la frecuencia de rastreo del barrido, la cantidad de luz debe coincidir con las especificacioco


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s para el

eo de imágenes, se conforma de las siguientes etapas:

3.3.1 DIAGRAMA POR ETAPAS Se trata de un dispositivo pensado originalmente en la manipulación de vibracionecontrol del barrido, de imágenes con una fibra óptica conectada a un sensor de luz. El prototipo para el rastr

Fig.9 Diagrama de sistema de rastreo.


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tivos y

FIBRA ÓPTICA Hay diferentes clases de fibra óptica, algunas de éstas están hechas de vidrio, la fibra de vidrio es la utilizada comúnmente en el mundo de las comunicaciones. Otra de las clasificaciones de fibra óptica: monomodo, múltimodo. La fibra monomodo es de difícil acoplamiento en los bordes debido a las características con las que viaja la luz ya que el ángulo de incidencia de entrada debe de coincidir con un valor que haga que la luz viaje de manera casi recta. Ésta refleja el haz creando un ángulo de reflexión que hace que la luz rebote en la fibra hasta salir; la velocidad en que esto sucede depende del diámetro y la distancia de la fibra óptica. Las características que la fibra debe de presentar tienen que ver con los principios de óptica. Es posible simplemente comprar un pedazo de fibra y ocuparla para este proyecto siempre cuando se tengan ciertas consideraciones a tomar en cuenta:

1. Los bordes de la fibra deben estar completamente planos, si esto no sucede en el momento de acoplar la fibra el ángulo del haz de luz que llega a la fibra determinara si el ángulo de reflexión es el indicado, si esto no es así la señal de luz se perderá.

2. El acoplamiento en los bordes de la fibra con el sensor de luz debe de estar exento de cualquier señal de luz-ruido (luz no deseada), hay fibras que vienen con acopladores integrados, como los usados en redes de comunicaciones, sin embargo estos acopladores están adaptados para transmitir el haz de luz a cierta velocidad.

3. La señal de luz que incide en la fibra debe tener cierto ángulo de reflexión. Se puede ocupar una fibra tipo múltimodo, porque la distancia de conexión entre el pick-up y el fototransistor es muy chica. Al recibir la luz por medio de la fibra óptica, ésta va dirigida inmediatamente a un fototransistor, a una distancia de 5 cm.; el circuito en este punto se conecta de forma que no hay paso de luz basura entre la fibra y el fototransistor. La fibra se conecta en el otro extremo al motor que realiza el barrido del área a capturar, el rango de vibración de este motor (Pick up) va desde los 900 Hz hasta 9Mhz, por lo que la fibra está en constante movimiento junto con el pick-up, la fibra está completamente fija al pick up ya que si se mueve puede crear errores desde el control de rastreo hasta la recepción de la imagen.

MECANISMO LECTOR El mecanismo lector de la imagen se conforma por la parte mecánica del sistema, ésta consiste en la unión de los componentes ocupados principalmente en otros disposique se tomaron debido a las necesidades del diseño.


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ma vertical y horizontal, fue un tanto ifícil ya que no existen elementos con estas características; a menos que uno mismo los

diseñe, por efectos de tiempo la elección del pick-up consistió en la observación del ispositivo lector óptico con el cuál funcionan los lectores de CD’s, a su vez la forma en

o de un láser, en el más bien la captura de

na superficie presentada justo enfrente del lector de barrido, el que simplemente capta el

as características de control pueden ser

up es simplemente el mecanismo que barre la señal, se menciona la dificultad para allarlo en el sentido que cumpla con las necesidades del diseño y las cumple siempre y

a vibración de pick-up consiste en un movimiento de arriba hacia abajo en dirección conun áreareinstal Una veque recéstas v to estr a.

ero la señal por si sola no es capaz de mover el pick-up, necesita de un amplificador de

aso se aprovecha su movimiento bidimensional para realizar el barrido, dado que este

PICK-UP El pick-up es el dispositivo encargado totalmente de la parte mecánica del circuito. Encontrar un dispositivo que emule la vibración en ford

dque trabajan estos dispositivos en muy interesante en el sentido de que también realizan un barrido; pero éste es más especifico a la recuperación de datos por medicaso de este diseño no es necesario un haz de láser, este diseño esuobjeto existente sin preocuparse de que está captando, aunque si se limitan las imágenes esto es para comprobar que la lectura de la señal muestreada es correcta, debido a que este prototipo está sujeto a mejora por lo que lmejoradas. El pick-hcuando el lente que tiene integrado sea retirado, puesto que el pick-up es un servomotor, y su funcionamiento es el siguiente: L

tinua del lente y de lado a lado del lente, se tienen dos movimientos pero no para crear de barrido frontal al lente, sino vertical, por esta razón se debe quitar el lente y arlo de tal forma que el barrido sea vertical y horizontal.

z logrado esto, se puede tener un área pequeña de barrido limitada por la distancia orre el pick-up en función de sus bobinas integradas; que al introducir corriente

ibran a la velocidad de la frecuencia de la corriente, y sin embargo el movimienictamente depende del número de pasos de la señal digital triangular o de ramp

Pcorriente, éste amplificara la señal para que el pick-up la reconozca de tal forma que emita vibración. El pick-up es un dispositivo que se ocupa regularmente para la lectura de CD’s; en estecmotor funciona con corriente, es necesario amplificar las señales de control, para esto se elaboró una placa de amplificadores de corriente de dispositivos de audio (walkman’s), quitando los circuitos y soldando las partes necesarias: ésta placa consume un voltaje de 9 volts en corriente directa, esto reduce la potencia que consume el circuito en general.


20

Si la señal para el pick-up es demasiado lenta el pick-up no la capta y no produce ningún ovimiento.

arse. mSi la señal del pick-up es demasiado rápida el pick-up puede correr el riesgo de quem

Fig.10 Servomotor (pick-up).

se explico en el inciso anterior es una de las piezas

AMPLIFICADOR DE CORRIENTE

l amplificador de corriente comoEimportantes para la construcción del diseño. La búsqueda del amplificador es un paso determinante, si el amplificador consume mucha corriente o si la corriente es amplificada sin un rango umbral, puede quemar el pick-up omo se menciono anteriormente. c

Este circuito es tomado un sistema de audio el cuál amplifica la corriente, funciona con una alimentación de 3 volts y amplifica incluso señales de luz.


21

Fig.11 Amplificador de corriente.

NSISTOR

a corriente de colector es obtenida mediante energía luminosa que incide sobre la unión ase-colector; se sabe que implícitamente los transistores son sensibles a la luz, esta aracterística es muy bien aprovechada en los fototransistores, la potencia con que reciben energía luminosa es impresionante, ya que pueden captar luz hasta 250 metros de istancia dependiendo el material con que es dopado.

FOTOTRA

Lbclad


22

La corriente inducida por el efecto fotoeléctrico es la corriente de base del transistor. Es importante notar las similitudes entre estas curvas y las del transistor bipolar típico. Como se espera, un incremento en la intensidad de la luz corresponde a un incremento en la corriente de colector.

El funcionamiento de un fototransistor es el siguiente: Al exponer el fototransistor a la luz, los fotones entran en contacto con la base del fototransistor, generando una corriente de base que hace que el transistor entre en la región activa, y se presente una corriente de colector a emisor. Es decir, los fotones en este caso, reemplazan la corriente de base que normalmente se aplica eléctricamente. Es por este motivo que a menudo la pastilla correspondiente a la base está ausente del transistor. La característica más sobresaliente de un fototransistor es que permite detectar luz y amplificar mediante el uso de un sólo dispositivo. La sensibilidad de un fototransistor es superior a la de un fotodiodo, ya que la pequeña corriente fotogenerada es multiplicada por la ganancia del transistor. Teniendo en cuenta el funcionamiento de cada uno de los mecanismos anteriores, es fácil imaginar el mecanismo lector, ya que este al recibir la luz que rebota en algún objeto, pensando en las características delimitantes del objeto, incide dentro de la fibra óptica de acuerdo al ángulo de reflexión, va viajando a través de la fibra, con un determinado grado de atenuación, al llegar al fototransistor la luz debe de incidir de tal forma que rebote en éste, si esto no sucede se pierde la información de la imagen, es necesario definir las reglas para que la información llegue su destino, se sabe que puede tener errores pero sin embargo estos deben de ser lo suficientemente bajos como para permitir distinguir cambios de voltaje en la salida del transistor, ahora la salida del fototransistor debe estar asociada a un circuito característico para determinar los rangos de la salida de voltaje del colector, teniendo esto en cuenta se puede visualizar la señal sin ningún problema. El sistema mecanismo lector es la unión de todos estos elementos, unidos en un sistema que determina un área de barrido que si bien es controlado, la señal depende más bien que esta etapa esté bien acoplada, esto es, partiendo desde el primer punto que recorre la luz para al final ser convertida en una seña de la fibra óptica.

l eléctrica se llega a la entrada


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.

e el fototransistor reciba la señal de

s señales deben da frecuencia por separado y estar sincronizadas entre si.

n dadas en el siguiente capítulo, puesto que estos detalles

a frecuencia del filtro pasabajas, se aplica de acuerdo a las características de compresión e la imagen, regularmente e los mecanismos de compresión se utiliza una frecuencia de

na vez que la imagen es digitalizada se puede aplicar métodos de compresión para su visualización. Hay dos métodos de compresión de imagen, uno es sin pérdida de datos y el otro con pérdida de datos. El método de pérdida de datos que arroja resultados de mejor calidad es el SPIHT, éste ofrece una mayor calidad en comparación con el JPEG que también es un método de

ETAPA DE CONTROL DEL RASTREO Esta etapa tiene como función el control del dispositivo mecánico, manipula el motor realizando el barrido de tal forma que cubre un área que está determinada por la distancia en que el pick-up vibra

El ancho del canal de paso de luz es decisivo para quluz que corresponde a la imagen a escanear. En un principio se planteo el uso de fibra óptica la cuál necesita cumplir con ciertos requisitos de acoplamiento para su funcionamiento. El sistema de control de rastreo, funciona como un generador de señales, latener determina El barrido que se diseña en esta etapa es similar a la de una televisión, el barrido cubre un área muy pequeña en comparación de cómo lo hacia la televisión y a una frecuencia mucho más rápida, lo que permite tener una mayor calidad de la imagen, sin embargo las características del barrido estápertenecen a la forma en que se implemente. En esta etapa no está contemplada la posible pérdida de datos y errores de la imagen, ya que el proyecto se enfoca a la realización de una simulación tal que permita el barrido.

ETAPA DE RECEPCION DE LA IMAGEN La recepción de la imagen depende totalmente de las etapas de control de rastreo así como del mecanismo de lectura. En esta etapa la señal debe llegar correctamente ya que de esto depende la visualización de la imagen. Ld3.4 MHz , esta frecuencia da la pauta para el calculo de la frecuencia de muestreo al digitalizar la señal, el método para la discretización es totalmente dependiente del diseñador, esta parte del diseño del prototipo y no es el principal objetivo de explicación y evaluación e resultados, sin embargo es importante su mención. U


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pér de pérdida de información logran alcanzar una alta ompresión pero a costa de la pérdida de datos, lo que a disminuye la resolución de la

as técnicas de compresión están basadas en vectores y transformadas aplicadas a áreas

dida de datos. Los métodos cimagen. Sin embargo la mención de estos métodos es breve. Lespecíficas de la imagen realizando la compresión con la ayuda de matrices e iteraciones.


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mentación del sistema de control consiste en varias etapas para empezar aquí se una de las señales.

e laborar la salida del circuito diseñado, ya sea en un sistema digital, analógico o ambos.

orkbench, es el simulador que más versatilidad asomaba al momento de simular el iseño, una vez empezada la implementación del diseño; las herramientas que ofrece no barcan la utilización de circuitos complicados, se ha dicho que es versátil, pero no en el ntido de una gran gama de librerías.

l uso del temporizador es simple, es necesario la variación de la frecuencia porque las lidas de la señales están determinadas únicamente por el circuito que realiza el conteo

ara llegar a la amplitud de la señal, esto quiere decir, que la coordinación de las señales no epende de los bits de entrada puesto que los contadores implícitamente no ocupan estos its. La señal es generada en forma de rampa, para lograr esto se ocupan contadores que ncionan por si mismos mediante determinados pins que al activarse disparan el conteo, el

iseño de la señal está pensado para obtener una frecuencia alta y otra baja.

a función del temporizador es principalmente el control analógico, puesto que es ndamental controlar la frecuencia con diferentes valores, hubiera sido muy sencillo dejar

n generador de señales para obtener una onda cuadrada que es la que controla los disparos e los contadores, pero dadas las características de la señal es necesario poder manipular os señales distintas y en el caso del uso de un cristal, el simulador Workbench no tiene las ficientes librerías para simular un cristal de muy baja frecuencia, el cristal requiere de un

rreglo circuital también, por esta razón es más practico y fácil el uso del temporizador 55.

demás de que la salida del temporizador es astable, esto es que el capacitor que etermina el ancho de los pulsos de la señal de salida del timer se carga y descarga en empos distintos, esto significa que el ancho del pulso en la etapa de alto es diferente al ncho del puso en la etapa de bajo.

a herramienta de simulación es otro aspecto muy importante en el diseño de la plementación, dadas las características del contador el diseño está sujeto a las

mitaciones del simulador.

xisten varios simuladores entre ellos es Pspice un muy buen simulador pero para efectos e éste diseño no funciona, el diseño que se implementa requiere de determinados omponentes que solo Workbench posee.

CAPÍTULO 4 IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL La impledefine la forma de implementar la frecuencia en cada La razón por la que se escoge un circuito temporizador 555 es muy sencilla, pero difícil de ubicar si se parte de cero. La simulación debe tener como características, la facilidad deWdase Esapdbfud Lfuuddsua5 Adtia Limli Edc


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el sentido que no permite elaborar emasiados análisis, pero esto no es un problema ya que lo que se desea es la visualización

ara lograrlo, se recurrió a la simulación de varios dispositivos de conteo, hasta llegar al

en

a frecuencia simplemente da movimiento al pick-up. La forma de la señal es un

mpa, debido a ue la señal cuadrada es demasiado rápida en la transición a su estado alto y de la transición

nerador de la señal está integrado por un contador para cada señal y un convertidor AC, el cuál convierte los datos a una señal en rampa, que dada las características del

o se ocupa un generador de funciones para obtener la señal, porque dichas señales deben

Workbench es una herramienta muy simple en dcorrecta de dos señales coordinadas entre si a dos frecuencias diferentes. Pmostrado en la simulación, el circuito ocupado es un contador de subida y bajada 74ls169 que realiza un conteo de 4 bits, pero se requieren 8 bits para realizar la cuenta, esto debido a que un contador solo de 4 bits provoca un escaloneo grande para llegar a su valor pico, cambio el de 8 bits cuenta 256 veces para llegar al valor pico de la señal, tomando en cuenta que la señal es pequeña de 1 volt por que la entrada de la señal del pick-up requiere precisamente este valor para su funcionamiento. Lrequisito importante para el desplazamiento del pick-up dado que éste trabaja en los sistemas lectores ópticos de manera que la señal eléctrica llega a través de un bus de plástico por lo que la corriente que viaja por el bus es pequeña La amplitud de la señal debe ser congruente con la entrada del pick-up ya que si se alimenta con una corriente muy grande se puede quemar el dispositivo, a su vez si no se le da el valor adecuado el motor vibratorio del pick-up no responde. El pick-up solo puede ser alimentado por una señal ya sea triangular o en raqa su estado bajo, y el pick-up no capta estos cambios. En este caso es mucho más fácil generar una señal en rampa puesto que para construir la señal triangular es necesario ocupar otro contador para decrementar la cuenta desde la altura pico a cero, es posible realizarlo de otra manera con el mismo sumador pero dado que el motor funciona de la misma forma no es necesario la utilización de la señal triangular como tal. El geDcontador da cierta cantidad de pasos hasta alcanzar el valor pico (amplitud), inmediatamente después regresa al valor inicial y nuevamente realiza el conteo, de acuerdo al numero de bits ocupados por el contador es el numero de pasos que éste realiza (periodo de la señal). En cambio la frecuencia, es controlada por circuitos pasivos (capacitores y resistencias) en un arreglo de circuitos. Nestar sincronizadas en un valor de t=nT, donde T es el periodo de la señal HORIZONTAL, y t es el periodo de la señal VERTICAL, n es el número de veces que se encuentra T en t.


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Fig.12 Diagrama de señales acopladas.

Donde T es el periodo para la señal HORIZONTAL en el tiempo t(señal para barrido VERTICAL) a es la amplitud de la señal VERTICAL como horizontal El contador tiene 8 bits de entrada ya que 28=256 pasos para alcanzar el valor máximo tanto para la amplitud de la señal horizontal “a” como para la amplitud de la señal vertical “A” La frecuencia no depende del contador sino de un reloj controlador por un circuito reloj 555, por lo tanto éste también controlara los periodos de tiempo para realizar el barrido. La frecuencia de barrido está determinada por el área a escanear y ésta a su vez está determinada por la capacidad de movimiento del pick-up. Si el pick-up no tiene una longitud grande por más que se aumente la amplitud el pick-up no se moverá más allá de su capacitad. El pick-up tiene un moviendo original ocupado en los lectores de CD’s en dos direcciones, uno de ellos es de frente y del lado, en el caso de este sistema es necesario crear ese movimiento en forma de plano cartesiano, por lo tanto el canal de paso de fija de tal manera que el moviendo del pick-up que se pueda lograr el efecto de plano cartesiano, es decir como se muestra en la fig. 13. Se puede también implementar que la señal de baja frecuencia ocupe solo un contador de 4

ndo el número de bits, ya que no se puede manipular las entradas de

bits produciendo la señal acoplada a la señal de alta frecuencia, el como acoplara las señales es una tarea difícil en el sentido de que un acoplamiento de esta manera solo se puede realizar manipulalos contadores por lo menos en el caso de estos circuitos.


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a la simplicidad del diseño.

imulación utilizada en este proyecto es la transición de

cada lado bxh=B esta distancia se divide entre la frecuencia que se está empleando y se verifica cuanto abarca cada barrido, a esta distancia se le llama píxel.

Eje y Señal vertical

Eje x Señal horizontal

Fig. 13 Diagrama de área de barrido.

ÁREA DE ESCANEO

D

d

D y d solo dependen de la alimentación para el pick-up; ya que al área de barrido es la que implícitamente recorre el pick-up. En el caso del contador el número de bits de salida debe ser igual al número de bits de entrada del convertidor digital analógico (DAC). Si se tiene en cuenta que los datos son generados como un contador simple los tiempos de retraso son singularmente cortos debidoEl DAC debe ser un convertidor digital analógico de corriente, Workbench también maneja el de voltaje, se tiene que tener cuidado porque cada uno de los convertidores tiene una configuración especifica y distinta entre ellos, para el convertidor DAC de corriente la salida deber ir conectada a un buffer porque si no se pierde la señal. La resistencia y el capacitor están conectados para impedir que la señal del DAC se pierda. La desventaja de la herramienta de sla señal en la simulación, se debe configurar de tal manera que la transición sea congruente con la frecuencia que se está configurando para el rastreo. La frecuencia de rastreo se multiplica por 256 en el caso de 8 bits para obtener la frecuencia del temporizador. El ideal de esta frecuencia de rastreo, depende del área a rastrear. Es directamente proporcional al área, esto es que si se tiene una área de por ejemplo en un área de Bcm2 se tiene un barrido de se verifica la distancia de


29

CAPÍTULO 5 RESULTADOS Los resultados esperados para este proyecto, rec istema de control de barrido, es decir, en la generación de dos señales capaces de ser manipuladas por distintas frecuencias de rastreo. Se encontró que los dispositivos analógicos funcionan de una manera muy acertada dado las ecuaciones para encontrar la frecuencia. Todos las dispositivos están limitados a la capacidad del simulador pero cumplen con el objetivo deseado en este proyecto que es el de crear una señal analógica a partir de elementos digitales que pueda controlar el barrido de rastreo y a su vez ser manipulado manualmente para la conveniencia de las características del barrido, a si mismo la señal que llega al fototransistor es una señal analógica que debe de ser visualizada para verificar que se haya hecho el barrido correctamente. Las salidas de las señales no dependen en ningún caso de los bits de entrada de los contadores esto es porque los contadores encontrados realizan el conteo introspectivamente. Para visualizar que tipo de señ que se está diseña an las siguientes gráficas, estas gráficas no son las definitivas pero sirven para tener un panorama de la señal de salida que debe se igual a la a de control del barrido del

aen en la simulación del s

al ndo se muestr

planteada durante la propuestsistema. Solo que la frecuencia más alta no será tres veces mayor si no cien veces mayor. La corriente pico que se tiene como salida la señal está perfectamente acoplada tanto en la frecuencia como en amplitud a los requerimientos del pick-up y esté realizará el barrido sin ningún problema. Las primeras señales corresponden a pruebas de control de frecuencia, en las siguientes figuras se muestran varias señales a diferentes frecuencias.

Fig. 14 Señal de prueba 1.


30

iene un periodo de 0.07 ms que equivale a una frecuencia de 14khz que corresponde a la Tfrecuencia del barrido vertical.

Fig. 15 Señal de prueba 2.

Con periodo de 1.6 µs y una frecuencia de 625 khz Para tener una idea de cuál es la frecuencia ideal de rastreo es necesario comprender como realiza el barrido el mecanismo, esto se explico en el capítulo anterior, pero es mucho más explicito mostrar esta idea mediante graficas de la señal de barrido. n=F(frecuencia horizontal)/f(frecuencia vertical) si se quiere hacer un barrido que cubra mayormente el área elegida se tiene: 960khz/9.6khz=100 por lo tanto se tiene que n=100 El circuito de reloj debe emitir una frecuencia de 960khz x 256 pasos=245Mhz para la frecuencia horizontal igualmente la frecuencia para el barrido vertical es de 2.45Mhz Si la señal de frecuencia pequeña cabe 100 veces en la señal de barrido HORIZONTAL, eso implica que el barrido de cada oscilación cubre el área dividida entre 100, significa que si es un área de 1 cm2 está cubriendo .1mm x oscilación por lo tanto la calidad de la imagen depende del la cantidad de á dentro de la otra es decir de n eso a su vez depende del número de oscil

veces que una señal estaciones es capaz de realizar el pick-up.

, y


31

a medida correcta de frecuencia es dada por el capacitor c1 y R1 que se muestran en el

dando así la frecuencia de rastreo que va de 9.6khz a 960 hz.

Aunque puede ser mayor la razón de las frecuencias, es posible que dependiendo quien realice el barrido y para efectos más personales de quien lo haga pueda variar la frecuencia, simplemente manipulando el capacitor y la resistencia que generan las frecuencias de rastreo, ya se ha explicado porque se implemento de esta manera el diseño sin embargo no es posible quedar conformes con un sistema analógico La formula de la frecuencia se muestra en el anexo donde se puede verificar el funcionamiento del temporizador. Esta señal es producto de los siguientes valores C1’ =.1 pF R1’ = 1k R2’ = 1k C2=.01mF De estos valores se obtiene la frecuencia limite del pick-up se puede bajar la frecuencia bajando el valor de C1 que es el qu s cargas de tiempo.

Lanexo A de este reporte, estos componentes determinan la frecuencia del temporizador que a su vez es dividida entre 256 k

e realmente control ala

Fig. 16 f= 960 Khz para la señal horizontal.


32

encias que están en el DAC se modifican, la señal se pierde. Los valores que tomar stas resistencias son de 1k para todas ellas, esto depende del valor de referencia del DAC

sta señal pertenece al barrido vertical es una frecuencia de 9.6khz

1 = 1k

Se considero dentro que la salida fuese de 1 volt para ambas señales, mientras mayor es la frecuencia más fina es la señal, las señales tienen que ser estabilizadas en lo que se refiere al DAC, puesto que hay que añadir un buffer para acoplar la salida del DAC, si las resistesi el éste cambiase de valor a 2 volts se tendrían que cambiar las resistencias a 2k, dado que está directamente relacionado el valor de la resistencia con el del valor de referencia. El sistema es un modelo simple con un funcionamiento digital, pensando en esto, se podría encapsular en un solo dispositivo. E Donde los valores C1=.1nF RR2 = 1k C2=.01µF

Fig. 17 f= 9.6 Khz. para la señal vertical.


33

muestra en la Fig. 18

Las señales mostradas son las salidas del diagrama y diseño de Workbench, cabe mencionar que los valores se fueron probando con diferentes valores de frecuencia y se acoplaron analógicamente las señales. La dificultad que el simulador presentó es la inestabilidad, puede ser que la simulación corra correctamente, pero hay tener cuidado si se registran muchas muestras de los valores de las gráficas ya que se traba si no se limpian. El acoplamiento es exitoso como se

Fig. 18 f= 960 Khz para la señal horizontal y de f=9.6khz para señal vertical


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el fin de desarrollo, es capaz de realizar el barrido en un área ja. Toda la implementación es un largo proceso de investigación sobre todo cuando no se

ntró mucha diversidad de material para el ampo de la electrónica que hizo posible el claro desarrollo de este reporte.

l prototipo es pequeño y escanea un área pequeña; el área de escaneo se puede hacer más grande si en vez del pick-up desarmado, se adquiere completo, y se utiliza el desplazamiento del motor en sus tres dimensiones, ocupando el movimiento de arriba hacia abajo para el enfoque, el cuál es un tema no tratado en este reporte. Para realizar el enfoque es necesario acoplar el ángulo de incidencia de entrada de la fibra y tener una señal que retroalimente un sistema de control más elaborado; posiblemente implementado con un microcontrolador o con un diseño de circuitos combinaciones que pueda captar los errores de enfoque y pueda realizar un tracking. Este mecanismo se puede hacer más pequeño siempre y cuando se tenga el financiamiento para el encapsulado, o si se desea en la placa con el arreglo de circuitos correspondiente. En un principio se pensó en utilizar circuitos integrados más complicados tales como una memoria eprom, una unidad lógica aritmética, etc. Pero dadas las características de la señal no fue necesario debido a que los contadores son económicos y funcionan perfectamente para la implementación de estas señales. Algo importante que aclarar es que este prototipo es un modelo a desarrollar pensado en que a futuro es posible mejorar las posibilidades de tanto de control como de recepción de la imagen. In ercado,

mbién es posible m que está iseñado para que dependa de la velocidad de control y sincronización del mecanismo streador.

uestra contribución en el mundo del rastreo de imagen es diferente a lo ya establecido en uestión tecnológica. Sobre todo porque la forma en que se captura la imagen tal vez sea stica pero sin embargo tiene la suficiente fidelidad para contribuir en la aportación de

lgo diferente. l hecho de que un solo sensor sea capaz de recibir toda la información óptica es muy portante, puesto que actualmente hay muchos fototransistores muy bien construidos que

ermites recibir luz incluso a medio kilómetro de distancia perfectamente.

a implementación de un sistema de control de barrido es muy sencilla dado que no se uiso entrar en circuitos complejos y costosos, aunque el diseño pudo haberse simulado o

CAPÍTULO 6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS Este prototipo se diseñó conficonoce a fondo sobre el dispositivo en si; la búsqueda de formas de implementación fue una de las variantes más enriquecedora del proceso, el poder encontrar los materiales correspondientes y que más se acoplan, se encoc E

cluso agregando los mecanismos existentes actualmente en el mejorar la calidad de la recepción de la imagen debido ata

dra NcruaEimp Lq


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dor, alguna memoria, o algún otro dispositivo es laro que también el empleo de circuitos integrados, sencillos y manejables digitalmente

r las cuales no eligieron estos simuladores, son las siguientes:

ismo los programe. ) En este proyecto se combinan elementos tanto digitales como analógicos y Pspice no

cuitos analógicos, aunque s fácil de usar

ar

a señal horizontal tiene una frecuencia de 960khz tal que al compararla con la otra señal

incluso construido con un microcontrolacfueron también un reto en su simplicidad, porque el acoplamiento de los circuitos para que la salida fuera la requerida fue difícil. 6.1 SIMULADOR Se probaron varios simuladores; entre ellos Pspice y Hades, las razones pose 1) La curva de aprendizaje de estos simuladores es muy larga; en especial en el caso de Pspice, y es un gran simulador si se tienen las características físicas del sistema porque en la misma programación del circuito las requiere. 2) Es difícil que Pspice maneje circuitos digitales a menos que uno m3resulto ser una herramienta muy útil en este caso. Por otra parte tiene la desventaja de que cada circuito con el que se trabaje tiene que construir en el mismo programa, en el caso de hades está dedicado al diseño de circuitos digitales, pero tiene la desventaja que no se puede trabajar con cire Por esta razón el simulador que se eligió fue Workbench porque es posible realizsimulaciones tanto con elementos digitales como analógicos. Los resultados obtenidos en la salida de las señales son perfectamente claros y sencillos. Lse visualiza perfectamente la razón de la frecuencia de 100=n. El encendido y apagado de la simulación no afectan en gran medida la oscilación de las señales pero si insertan un ligero error de inicio en la señal, una vez que la señal está estable el barrido procede mecánicamente el área de barrido es rastreada.


36

H

ANEXO A DIAGRAMA DE WORKBENC


37


38

ANEXO B GLOSARIO


39

DC: Circuito integrado que convierte una señal analógica a pulsos digitales. La salida de éste convertidor puede ser de determinado numero de bits.

NGULO DE CIDENCIA: Ángulo con el cuál la fibra comienza su recorrido rebotando dentro de la

fibra

ITS: Unidad básica de medición de datos

CD: Dispositivo de carga acoplada utilizado para recibir luz en forma matricial, convirtiéndola en señal eléctrica

ODIFICACION E IMÁGENES: Procedimiento aplicado a la manipulación de la información convertida en datos

para visualizarla con diferentes formas de compresión

AC: Dispositivo ocupado para convertir datos a una señal analógica muestreada en el tiempo

SCANER: Dispositivo utilizado para capturar texto ocupando métodos de rastreo

FIBRA OPTICA: Cable elaborado rada de luz sin señales de ruido, medio de comunicación donde viaj datos convertidos en luz

FOTOSENSOR: Medio de recepción que convierte la luz en una señal eléctrica analógica FOTOTRANSISTOR: Fotosensor que permite ma pular la corriente de salida de acuerdo a la luz que

entra por el receptor base FRECUENCIA: Número de veces que repite n periodo en un segundo HAZ: Destello o señal de luz de determinada longitud de onda HUELLA DIGITAL: Objeto blanco de captura para rastreo de imagen, identificador personal IMAGEN: Conjunto de destellos de luz codificados que muestran algo coherente, por ejemplo,

un objeto sin ser el objeto LECTOR DE CD’s: Sistema de rastreo óptico e funciona sin contacto físico emite un haz láser y

recibiendo la información pa codificarla en un CCD LENTE: Foco acoplado a la sensación visual LUZ: Señal óptica que viaja a trav del espacio hacienda que se puedan ver los objetos

A

AIN B C

CD

D

E

de vidrio que permite la entan

ni

u

qura

és


40

MOTOR: Dispositivo mecánico contro do por una arreglo circuital electrónico.

nstalado en

la PICK-UP: Tipo de motor ocupado principalmente en la captura óptica de datos, i

un lector de CD-s

RASTREO DE IMÁGENES: Procedimiento realizado para visualizar una imagen de la forma más nítida posible SIMULADOR WORKBENCH: Herramienta de simulación


41

ANEXO C MANUALES


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43


44


45


46


47


48

NTE3120 Silicon NPN Phototransistor Detector

Features:

• High Sensitivity • GaAs LED-Wide Spectral Range, with GaAs LED • Low dark Current • Side-View Plastic Package

Absolute Maximum Ratings: (TA = +25°C unless otherwise specified) Collector-Emitter Voltage, VCEO 20VEmitter-Collector Voltage, VECO 5VCollector Current, IC 20mACollector Dissipation, PC 100mWOperating Temperature Range, Topr -25° to +85°CStorage Temperature Range, Tstg -30° to +100°C

Electro-Optical Characteristics: (TA = +25°C unless otherwise specified)

Parameter Symbol Test Conditions Min Typ Max Unit

Dark Current ICEO VCE = 10V - 0.01 1.0 µAPhoto Current Current ICE(L) VCE = 10V, L = 500 1x, Note 1 1 3 - mAPeak Sensitivity Wavelength VCE = 10V - 800 - nmAcceptance Half Angle Note 2 - 32 - degRise Time tr - 4 10 µs Fall Time tf

ICE(L) = 5mA, VCC = 10V, RL = 100 Ohms - 4 10 µs

Collector-Emitter Saturation VOltage

VCE(sat) ICE(L) = 1mA, L = 1000 1x, Note 1 - - 0.4 V

Note 1. Source: Tungsten 2856 °K. Note 2. The angle when the light current is halved.


49

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