H I S TO R I A T É C N I C A D E LPROCESAMIENTO DE IMÁGENES            LENTES                                VOL. 2
A fin de lograr un procesamiento de imágenes estable, es esencial disponer de la seleccióncorrecta de los lentes más adecu...
2. Usos de los lentes cóncavos y convexosEl lente ha evolucionado en dos ámbitos: en los anteojos que usamos a diario en n...
(a) Mecanismo de la presbicia                                      (b) Corregido con un lente convexo         La imagen de...
Todos los lentes de abajo utilizan refracción en su superficie.                  Eje óptico                            (a)...
4. Cambio en el material de los lentes: de vidrio a plásticoLos primeros lentes y el cristal eran artículos de lujo que no...
6. Lo último en tecnología de lentesLos lentes se utilizan en casi todos los dispositivos electrónicos: por ejemplo, el le...
C O N T A C T A R N O S                A L                                                                                ...
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Historia de la Visión Artificial, Capítulo 2

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Historia de la Visión Artificial.
Capítulo 2: objetivos y lentes

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  1. 1. H I S TO R I A T É C N I C A D E LPROCESAMIENTO DE IMÁGENES LENTES VOL. 2
  2. 2. A fin de lograr un procesamiento de imágenes estable, es esencial disponer de la seleccióncorrecta de los lentes más adecuados para cada aplicación, con base en el conocimiento delas características del lente. Existen muchos tipos de lentes diferentes, de los cuales cada unoofrece efectos distintos, y se clasifican según su forma y características de sus materiales. Estefolleto presenta la historia del lente desde sus orígenes hasta la actualidad.1. Creación de lentes cóncavos y convexosLa palabra lente proviene del nombre en latín de la lenteja, nativa de la zona del Mediterráneo. Es un ejemplo deuna palabra importada por Japón, que durante la Segunda Guerra Mundial se llamaba ‘tokio (espejo transparente)’.Su origen se remonta a las bolas de cristal o de vidrio utilizadas como herramientas para hacer fuego enceremonias religiosas o como accesorios en las civilizaciones antiguas. Se acepta generalmente que el origen dellente se remonta al filósofo romano Séneca, que describe hace unos 2000 años que “las letras se podían magnificarmediante una bola de cristal”.El lente funciona con un principio conocido como la “refracción” de la luz: la luz se pliega cambiando la direcciónde su trayectoria. El lente convexo, de forma esférica con la parte media más gruesa, converge los rayos de luz;mientras que el lente cóncavo, con forma de reloj de arena y más grueso en su periferia, diverge los rayos de luz. Cuando se ve Cuando se ve Trayectoria de los rayos de luz un objeto cercano un objeto distante A A Función del lente convexo A A Rayos de luz convergentes hacia un punto A A Función del lente cóncavo A A Rayos de luz divergentes Fig. 1 Mecanismo de refracción y funciones de los lentes cóncavos y convexos 2
  3. 3. 2. Usos de los lentes cóncavos y convexosEl lente ha evolucionado en dos ámbitos: en los anteojos que usamos a diario en nuestras vidas, y en aplicacionesde herramientas tales como los lentes utilizados para los microscopios, telescopios y cámaras. Los primerosanteojos, puestos en uso práctico en el siglo 13, eran en realidad un vidrio de lectura (lupa simple), que empleaba unlente convexo. Al principio, se le llegó a considerar “instrumento del diablo”. Mientras tanto, aparecieron los anteojoscon dos lentes, y en el siglo 16 se inventaron las gafas para la miopía (visión corta), que utilizan lentes cóncavos.¿Qué se inventó primero, el microscopio o el telescopio?La respuesta correcta es: el microscopio, que se inventó a finales del siglo 16. Posteriormente un inglés, Hooke,desarrolló un microscopio compuesto empleando dos lentes convexos (objetivo y ocular), y en casi el mismo período,se desarrolló por primera vez un microscopio de un solo lente en los Países Bajos. El telescopio fue inventado por unholandés, Lippershey, que utilizó un lente convexo como el objetivo y uno cóncavo, como el lente ocular. Fue Galileoquien de inmediato refinó este invento y lo utilizó para sus observaciones astronómicas; con este dispositivo pudodescubrir los anillos de Saturno. Además, un astrónomo alemán, Johannes Kepler, ideó el telescopio Kepler queutiliza lentes convexos para el objetivo y ocular. (A) Mecanismo de la miopía (b) Corregido con un lente cóncavo La imagen de un objeto distante se forma La imagen de un objeto distante se forma sobre delante de la retina. la retina, después de la divergencia con un lente cóncavo. Globo ocular Lente cóncavo Lente cristalino Retina Retina La imagen se forma aquí. La imagen se forma aquí. Más de varios metros 25 cm Punto lejano Punto cercano Rango de visión clara Fig. 2 Mecanismos de miopía y anteojos con lentes cóncavos 3
  4. 4. (a) Mecanismo de la presbicia (b) Corregido con un lente convexo La imagen de un objeto cercano se forma detrás La imagen se forma sobre la retina, al prevenir de la retina. que un punto cercano se haga más distante, mediante un lente convexo. Lente convexo La imagen se forma aquí. La imagen se forma aquí. 25 cm Punto cercano Rango de visión clara Fig. 3 Mecanismos de la presbicia (hipermetropía) y anteojos con lentes convexos3. Tipos de lentesLos lentes cóncavos y convexos se subdividen en muchos tipos diferentes, que incluyen: el lente esférico desuperficie redondeada; asférico de perfil curveado pero no esférico; cilíndrico con perfil de lomo de cerdo; toroidalcon la forma de parte de una dona; y el lente de Fresnel con una superficie como tabla de lavar. En estos lentesla luz se refracta en la superficie del lente. Si bien existen otros tipos de lentes, incluyendo el lente GRIN (degradiente de índice) que produce efectos ópticos, al proporcionar una variación gradual del índice de refracciónal material del lente y no por la refracción en la superficie del lente, o el lente difractivo que utiliza el fenómeno dela propagación de las ondas de luz. El lente GRIN se utiliza comúnmente para endoscopias y el difractivo en losreproductores de CD y DVD. Lente esférico Lente asférico Lente con refracción en la superficie Lente cilíndrico Lente toroidal Lente de Fresnel Lente con un mecanismo distinto a la Lente GRIN (gradiente de índice) refracción superficial Lente difractivo 4
  5. 5. Todos los lentes de abajo utilizan refracción en su superficie. Eje óptico (a) Lente convexo (b) Lente cóncavo Punto focal Punto focal Eje óptico Eje óptico Lente asférico Lente de Fresnel El lente delgado de la derecha se forma cortando finamente el lente grueso de la izquierda. El efecto de ambos lentes es equivalente al del otro. Punto focal Este lente se utiliza para los faros, ya que puede proyectar una fuerte luz paralela a distancias lejanas. t1 t2 t1 > t 2 Superficie toroidal Lente cilíndrico Este recorte se Superficie A-B: lente convierte en un lente. Superficie C-D: sin efecto de lente Vista ampliada D A Curvatura amplia(parte de un lente en forma dedona) B C Curvatura Forma de lomo de cerdo cerrada Superficie toroidal Un lente con una cara cilíndrica se utiliza comúnmente cuando se necesita leer marcas de escala muy finas. Fig. 4 Tipos de formas de lentes 5
  6. 6. 4. Cambio en el material de los lentes: de vidrio a plásticoLos primeros lentes y el cristal eran artículos de lujo que no se obtenían fácilmente. La producción de lentes de cristalcomenzó a aumentar gracias a las mejoras en las técnicas de fabricación del vidrio en el siglo 12, y posteriormente en elsiglo 19 cuando se inventó el lente de vidrio de alta transparencia óptica. El lente óptico jugó el papel clave en el siglo 20, yahora hay más de 200 tipos de ellos. Se pueden dividir principalmente en dos tipos: el de vidrio de corona con bajo índicede refracción que contiene cal sodada, y el de vidrio de pedernal con un índice de refracción más alto que contiene plomo.El lente óptico de plástico apareció en el siglo 20, pero la tasa de transmisión de la luz y el índice de refracción fueron bajosen los primeros modelos. Se extendió rápidamente después de que se desarrollara el plástico termoestable en la décadade los 40. A raíz de este nuevo desarrollo, se logró que los lentes termoplásticos tuvieran una transparencia similar a la delvidrio óptico, pero sólo la mitad del peso. Este lente de plástico contribuyó al desarrollo de los lentes de contacto y de lascámaras instantáneas, ya que es fácil de moldear, difícil de romper y económico de producir. Recientemente, estos lentes sehan utilizado en las gafas y en las cámaras de los teléfonos celulares. Otros materiales para los lentes son el cuarzo, la fluorita,cerámicas ópticamente transparentes, halita con transparencia infrarroja, el silicio y el germanio. Fig. 5 Lente óptico (vidrio de corona, vidrio de pedernal) Índice de refracción Número de Abbe (Dispersión) Propiedades de los materiales Vidrio de corona Pequeño Grande (pequeño) Duro y ligero Vidrio de pedernal Grande Pequeño (grande) Suave y pesado5. Cambio en los lentes de las cámaras: del enfoque único al zoomCuando un lente consta de un solo elemento óptico, se denomina “lente simple”; un lente compuesto por unnúmero de elementos ópticos se llama “lente compuesto”. Después de 1839, cuando se inventó la primera cámarade haluro de plata, un daguerrotipo, la tecnología del lente compuesto mejoró enormemente, estimulando eldesarrollo de nuevos tipos de lentes. Estos lentes incluyen el tipo Davidson, en el que dos lentes meniscos unidosse colocan simétricamente; el tipo Petzval que acortó el tiempo requerido para fotografiar; el tipo triplete con treslentes separables, que sucedió al tipo Petzval; el tipo Tessar y el Sonnar. En el siglo 20, se inventó el lente zoom. Lallegada del lente zoom que puede cambiar la longitud focal dentro de un lente, marcó un hito en el desarrollo delos lentes de alto rendimiento. Estos lentes abarcan un amplio campo de visión utilizando longitudes estándar, degran angular y de teleobjetivo, así como de gran aumento. Subsecuentemente se han desarrollado muchos tiposde variantes, gracias a la ampliación mejorada aún más, la reducción del peso y la miniaturización. El mundo de loslentes también ha entrado en un período de sistematización. Plano de formación de la imagen La distancia entre estos dos Cañón del Cañón del La distancia entre estos dos Cañón del lentes es corta. objetivo objetivo lentes es larga. objetivo (a) Lente de gran angular Ángulo amplio de visión (b) Lente estándar (c) Lente teleobjetivo Ángulo estrecho de visión Fig. 6 Mecanismos de diversos lentes de cámara y de zoom 6
  7. 7. 6. Lo último en tecnología de lentesLos lentes se utilizan en casi todos los dispositivos electrónicos: por ejemplo, el lente de colimación en las unidadesde CD-ROM, que leen rayos láser de LED rojos; el lente de barrido, en las impresoras láser; y el lente en el campode la fibra óptica, que se utiliza para los lectores de códigos de barras y endoscopios. Otro ejemplo es el lente deproyección de un stepper de vanguardia (sistema de exposición de proyección de paso y repetición), que permiteel procesamiento de semiconductores en la escala del micrón, y es un lente de precisión hecho de capas de sílicevítrea de alta calidad. Se le conoce como el “rey de los lentes”.En resumen, uno se podría preguntar “¿Cuál es el mejor lente en la historia humana?” La respuesta es el “ojohumano (lente cristalino)”, que ajusta libremente su grosor para obtener la longitud focal apropiada. De hecho, unlente de tecnología de punta, inspirado en el lente cristalino, está ahora en fase de desarrollo. Se le ha denominadolente líquido. Este lente hecho de dos clases de líquido con diferente conductividad, propiedad de aislamiento eíndice de refracción, puede cambiar libremente la longitud focal ajustando su espesor y forma, utilizando efectosde tensión superficial. Dado que no requiere un mecanismo de enfoque, ni de una unidad que lo maneje, seespera que sea utilizado en una variedad de aplicaciones a lo largo de una amplia gama de industrias, desde laelectrónica para el hogar y equipos médicos hasta el campo de la seguridad. Cuando no se aplica voltaje Cuando se aplica voltaje Aislante Membrana Luz incidente hidrofóbica Fluido aislante Electrodo Fluido conductor Vidrio La luz diverge. La luz converge. Fig. 7 Mecanismos de la tecnología del lente líquido 7
  8. 8. C O N T A C T A R N O S A L www.keyence.com.mx AVISO DE SEGURIDAD ( 8 1) 8 2 2 0 - 7 9 0 0 Por favor lea cuidadosamente el manual de E-mail : keyencemexico@keyence.com instrucciones para operar de manera segura cualquier producto KEYENCE.KEYENCE MÉXICO S.A. DE C.V.Corporativo Mariano Escobedo 476 Piso 1, Col. Nueva Anzures, México, D.F. CP 11590, México Teléfono (81)8220-7900 Fax (81)8220-9097 OFICINAS LOCALES San Pedro Garza García, Nuevo León Ciudad Juárez, Chihuahua León, Guanajuato Tijuana, Baja CaliforniaKEYENCE CORPORATION1-3-14, Higashi-Nakajima, Higashi-Yodogawa-ku, Osaka, 533-8555, Japan Teléfono +81-6-6379-2211 KMX1-1072La información publicada en este documento se basa en evaluaciones e investigaciones hechas por KEYENCE al momento del lanzamiento del producto y puede cambiar sin previo aviso.Copyright (c) 2012 KEYENCE CORPORATION. All rights reserved. TechHistory2-KMX-EN0911-MX 1092-1 E 613191 Printed in Japan * 6 1 3 1 9 1 *

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