Aplicación de sensores de flujo óptico para el desarrollo de nuevos sistemas de medida de bajo coste

Abstract

En aquesta memòria es presenten diversos treballs relacionats amb la utilització dels sensor de flux òptic de baix cost pel desenvolupament de nous sistemes de mesura compactes i de molt baix cost. Les aplicacions plantejades permeten aprofitar tot el potencial industrial d’aquest tipus de sensors. Els sensors de flux òptic tenen la peculiaritat d’incorporar dins d’un únic encapsulat un sistema d’adquisició d’imatges i un processador digital preprogramat per a realitzar el còmput de flux òptic (optical flow) de la imatge. D’aquesta manera, aquest tipus de sensors no requereixen cap sistema processador addicional i, en alguns casos, poden funcionar sense cap altre element addicional de control. Actualment, l’èxit dels sensors de flux òptic ha facilitat la seva producció industrial massiva amb costos de fabricació molt baixos el que ha incentivat el desenvolupament de noves aplicacions en camps tan diversos com la robòtica on el cost és un element fonamental en les aplicacions destinades a un mercat de consum. En aquesta memòria es presenta, per una banda, l’anàlisi de l’estat de l’art dels sensors de flux òptic i les seves aplicacions, i per l’altra, el treball de recerca realitzat sobre l’ús d’aquest sensor per a desenvolupar un codificador rotatiu incremental, un codificador absolut, un sistema de detecció de monedes falses de 2 euros, i per a realitzar el seguiment de la pupil•la de l’ull d’una persona amb discapacitat. Els resultats obtinguts a partir de les proves experimentals realitzades amb els diferents sensors de flux òptics utilitzats als dispositius proposats han permès validar les propostes realitzades i la versatilitat del disseny del sensor.

En esta memoria se presentan diversos trabajos de investigación relacionados con la utilización de sensores de flujo óptico de bajo coste para el desarrollo de nuevos sistemas de medida compactos y de muy bajo coste. Las aplicaciones planteadas permiten aprovechar todo el potencial industrial de este tipo de sensores. Los sensores de flujo óptico tienen la particularidad de incorporar dentro de un único encapsulado un sistema de adquisición de imágenes y un procesador digital preprogramado para realizar el cómputo de flujo óptico (optical flow) de la imagen. De esta manera, este tipo de sensores no requieren ningún sistema procesador adicional y, en algunos casos, pueden funcionar sin ningún otro elemento adicional de control. Actualmente, el éxito comercial de los sensores de flujo óptico ha facilitado su producción industrial masiva con costes de fabricación muy bajos lo que ha incentivado el desarrollo de nuevas aplicaciones en campos tan diversos como la robótica donde el coste es un elemento fundamental en las aplicaciones destinadas a un mercado de consumo. En esta memoria se presenta, por un lado, el análisis del estado del arte de los sensores de flujo óptico y sus aplicaciones, y por el otro, el trabajo de investigación realizado sobre la utilización del sensor para el desarrollo de un codificador rotativo incremental, un codificador absoluto, un sistema de detección de monedas falsas de 2 euros y para realizar el seguimiento de la pupila del ojo de una persona con el fin de desarrollar un dispositivo apuntador que pueda ser de utilidad para una persona con discapacidad. Los resultados obtenidos en las pruebas experimentales realizadas con los diferentes sensores de flujo óptico utilizados en los dispositivos propuestos han permitido validar las propuestas realizadas y la versatilidad del diseño del sensor.

This work presents the research performed with optical flow sensors and the proposal of several new compact and low cost applications developed to take full advantage of the industrial potential of these sensors. Optical flow sensors include into the same chip an image acquisition system and a digital signal processor programmed to compute the optical flow of the image acquired. These sensors do not require additional post-processing and can operate without any other additional external control or processing device. Currently, the commercial success of the optical flow sensors has fostered its massive industrial production and has reduced its final cost. This characteristic, combined with the versatility of the design of the sensor, has also fostered the development of a huge range of new applications in different areas, such as robotics, where the cost is a fundamental factor that prone the development and commercialization of new consumer applications. This works presents, in one hand, a review of the state of the art of the research and development related with optical flow sensors and, in the other hand, a set of new applications proposed to take full advantage of the characteristics of the sensor. The new applications proposed are: a relative encoder, an absolute encoder, a counterfeit system for the 2€ case, and an accessibility device that tracks the pupil of the user to control pointer displacement in a computer screen. This device has been designed specifically to help people with mobility impairments in the upper extremities that cannot use the computer mouse. In all cases, the experimental results achieved with the different optical flow sensors used in the new applications proposed have validated the utility and versatility of each proposal and the utility and versatility of the design of this optical sensor.