CurriculumCurrículoSTEMGrades 9 to 12Grados 9 a 12STEM-HS-08
Camera and Vision SystemsCámaras y sistemas de visión
Learn optics by experiment, bring up a camera module, and build a rig with a job, a timelapse, a motion trap or a microscope adapter, that runs on its own.Aprenda óptica con experimentos, ponga en marcha un módulo de cámara y construya un equipo con una tarea, una secuencia a intervalos, una trampa de movimiento o un adaptador para microscopio, que funcione solo.
- Ways in:Formas de empezar:
- Read, 1 minuteLeer, 1 minuto
- Do, 270 minutesHacer, 270 minutos
- Simulate, 5 minutesSimular, 5 minutos
- GradesGrados
- Grades 9 to 12, and any learner ready for itGrados 9 a 12, y cualquier persona lista para ello
- TimeTiempo
- 6 sessions of about 45 minutes6 sesiones de unos 45 minutos
- CostCosto
- Needs equipmentNecesita equipo
The MESH'D components this unit uses:Los componentes MESH'D que usa esta unidad:ManufacturingManufacturaElectronicsElectrónicaSoftwareSoftware
The driving questionLa pregunta central
How does a machine see?¿Cómo ve una máquina?
Optics by experiment, then a camera rig with a job: a timelapse rig, a motion capture trap, or a microscope adapter. This unit owns capture and optics; teaching a machine to recognize what it sees belongs to the study of AI.Óptica con experimentos y luego un equipo de cámara con una tarea: un equipo de fotografía a intervalos, una trampa de cámara por movimiento o un adaptador para microscopio. Esta unidad se encarga de la captura y la óptica; enseñar a una máquina a reconocer lo que ve corresponde al estudio de la inteligencia artificial.
Learners will be able toAl terminar se podrá
- Relate focal length and exposure to results by experiment.Relacionar la distancia focal y la exposición con los resultados mediante experimentos.
- Bring up a camera module and script a capture.Poner en marcha un módulo de cámara y programar una captura.
- Run a rig unattended for a purpose and use its images.Hacer funcionar un equipo sin supervisión con un propósito y usar sus imágenes.
Where the math isDónde están las matemáticas
Exposure arithmetic, capture intervals, and storage math: the number of images times the size of each image.Aritmética de la exposición, intervalos de captura y cálculo de almacenamiento: el número de imágenes por el tamaño de cada imagen.
Texas standards, strand levelEstándares de Texas, por componente
- Science: Force, Motion, and EnergyCiencias: Fuerza, movimiento y energía
- Technology Applications: Computational ThinkingAplicaciones tecnológicas: Pensamiento computacional
Session by sessionSesión por sesión
What to doQué hacer
- Explore optics by experiment: change the focal length and the exposure and compare the results.Explore la óptica con experimentos: cambie la distancia focal y la exposición y compare los resultados.
- Bring up a camera module on a single-board computer and write a script that captures an image.Ponga en marcha un módulo de cámara en una computadora de placa única y escriba un programa que capture una imagen.
- Pick the rig's job: a timelapse rig, a motion capture trap, or a microscope adapter.Elija la tarea del equipo: fotografía a intervalos, una trampa de cámara por movimiento o un adaptador para microscopio.
- Build the rig.Construya el equipo.
- Run the rig on its own and harvest the images.Deje funcionar el equipo solo y recoja las imágenes.
- Demo the rig and show how its images served the purpose you chose.Haga una demostración del equipo y muestre cómo sus imágenes cumplieron el propósito que eligió.
What you needLo que necesita
- A camera module, one per teamUn módulo de cámara por equipo
- Memory cardsTarjetas de memoria
- Mounts, which you can design and print yourself as in the CAD and Fabrication unitSoportes, que puede diseñar e imprimir usted mismo como en la unidad CAD y fabricación
EquipmentEquipo
- A single-board computerUna computadora de placa única
- LensesLentes ópticos
- TripodsTripiés
Needs equipment.Necesita equipo.
Finish the tool and soldering certification from the Workshop Bootcamp unit before any hands-on work here. Ladders are for adults only. Weatherproofed rigs have no exposed sharp edges, and an adult knows where every outdoor rig is placed. All learner electrical work is low-voltage direct current, twelve volts or less; wall power is never learner work.Termine la certificación de herramientas y soldadura de la unidad Campamento de taller antes de cualquier trabajo práctico aquí. Las escaleras son solo para adultos. Los equipos protegidos contra la intemperie no tienen bordes filosos expuestos, y un adulto sabe dónde está colocado cada equipo al aire libre. Todo trabajo eléctrico de los estudiantes es de corriente directa de bajo voltaje, doce voltios o menos; la electricidad de la pared nunca es trabajo de estudiantes.
What learners make and showLo que se hace y se muestra
A working vision rig and its harvest: it ran unattended, one optics choice is explained, and its images were used for the stated purpose.Un equipo de visión que funciona y su cosecha de imágenes: funcionó sin supervisión, se explica una decisión de óptica y sus imágenes se usaron para el propósito declarado.
Mix-ups to expectConfusiones que esperar
- The camera sees like I do. Exposure math says otherwise: a camera records only the light that reaches its sensor during the exposure, so too little or too much light changes the image.La cámara ve como yo. Los cálculos de exposición dicen lo contrario: una cámara registra solo la luz que llega a su sensor durante la exposición, así que muy poca o demasiada luz cambia la imagen.
- More megapixels solve it. More pixels do not fix blur, poor focus or a bad exposure.Más megapíxeles lo resuelven. Más píxeles no corrigen una imagen movida, un mal enfoque ni una mala exposición.
- Vision means recognition. Seeing starts with capturing a good image; recognizing what is in it is a separate skill that belongs to the study of AI.Visión significa reconocimiento. Ver empieza por capturar una buena imagen; reconocer lo que contiene es una habilidad aparte que corresponde al estudio de la inteligencia artificial.
At homeEn casa
Try it at the kitchen tablePruébelo en la mesa de la cocina
Point a phone camera at a bright window and then at a dark corner, and watch how the picture changes. Talk about why the camera has to adjust its exposure.Apunte la cámara de un teléfono hacia una ventana luminosa y luego hacia un rincón oscuro, y observe cómo cambia la imagen. Conversen sobre por qué la cámara tiene que ajustar su exposición.
Simulate, 5 minutesSimular, 5 minutos
Mixing light and mixing paintMezclar luz y mezclar pintura
Shine red, green and blue flashlights on a wall and watch light add up, then mix cyan, magenta and yellow paint and watch it take light away. Then match a target color both ways.Ilumine una pared con linternas roja, verde y azul y vea cómo la luz se suma; luego mezcle pintura cian, magenta y amarilla y vea cómo quita luz. Después iguale un color meta de las dos maneras.
The drawing shows where it starts. It runs here once its script has loaded.El dibujo muestra dónde empieza. Funciona aquí una vez que carga su código.
Your challengeSu reto
- Mix red and green light to make yellow.Mezcle luz roja y verde para hacer amarillo. Not done yet.Todavía no.
- Turn all three lights up to make white.Suba las tres luces para hacer blanco. Not done yet.Todavía no.
- Mix cyan and yellow paint to make green.Mezcle pintura cian y amarilla para hacer verde. Not done yet.Todavía no.
- Match the target color, with light or with paint.Iguale el color meta, con luz o con pintura. Not done yet.Todavía no.
Every challenge done. Now try it for real at home.Todos los retos logrados. Ahora pruébelo de verdad en casa.
How close your mix is to the targetQué tan cerca está su mezcla de la meta
Your mix isSu mezcla es ; the target isla meta es
As a screen stores it:Como la guarda una pantalla:
A screen pixel is three tiny lights, red, green and blue, each stored as a number from none to full strength. The paints are cyan, magenta and yellow: each one soaks up one color of light.Un píxel de pantalla son tres lucecitas, roja, verde y azul, cada una guardada como un número, desde nada hasta toda su fuerza. Las pinturas son cian, magenta y amarilla: cada una absorbe un color de luz.
What is happeningQué está pasando
Light mixes by adding. Shine a red and a green flashlight on the same spot of a white wall and the spot looks yellow; add blue and it looks white. Your eye has three kinds of color sensors, tuned to red, green and blue light, and your brain reads the mix of their signals as one color.La luz se mezcla sumando. Si ilumina el mismo punto de una pared blanca con una linterna roja y una verde, el punto se ve amarillo; si agrega azul, se ve blanco. Su ojo tiene tres tipos de sensores de color, para la luz roja, la verde y la azul, y su cerebro lee la mezcla de sus señales como un solo color.
A screen uses the same trick. Every pixel is three tiny lights, red, green and blue, too small to see apart. A picture is stored as three numbers for every pixel, how bright each light should be, from zero to two hundred fifty-five.Una pantalla usa el mismo truco. Cada píxel son tres lucecitas, roja, verde y azul, demasiado pequeñas para verlas por separado. Una imagen se guarda como tres números para cada píxel, qué tan brillante debe estar cada luz, de cero a doscientos cincuenta y cinco.
Paint works the other way, by taking away. White paper bounces back every color of the light that falls on it. Cyan paint soaks up red light, magenta soaks up green, and yellow soaks up blue. Mix cyan and yellow and only green is left to bounce back, so you see green; mix all three and almost nothing bounces back, so it looks black.La pintura funciona al revés, quitando. El papel blanco devuelve todos los colores de la luz que le cae. La pintura cian absorbe la luz roja, la magenta absorbe la verde y la amarilla absorbe la azul. Si mezcla cian y amarilla, solo queda el verde para devolverse, así que ve verde; si mezcla las tres, casi nada se devuelve, así que se ve negro.
That is why a printer uses cyan, magenta and yellow ink, and a screen uses red, green and blue light.Por eso una impresora usa tinta cian, magenta y amarilla, y una pantalla usa luz roja, verde y azul.
Things to tryCosas para probar
- Turn on only red and green light, then add a little blue. What happens to the yellow?Encienda solo la luz roja y la verde, y luego agregue un poco de azul. ¿Qué le pasa al amarillo?
- Mix cyan and yellow paint. Which color of light is left to bounce back?Mezcle pintura cian y amarilla. ¿Qué color de luz queda para devolverse?
- Make the target with light, then make it again with paint, and compare the amounts.Haga la meta con luz, luego hágala otra vez con pintura, y compare las cantidades.
- Turn all three lights down to half. What happens to white?Baje las tres luces a la mitad. ¿Qué le pasa al blanco?
This is a model. Its lights are the pure red, green and blue a screen uses, and its paints are perfect inks that each soak up exactly one color of light. Real flashlights and paints are less pure: three real paints mixed together make a dark, muddy brown rather than black, which is why printers add black ink.Esto es un modelo. Sus luces son el rojo, el verde y el azul puros que usa una pantalla, y sus pinturas son tintas perfectas que absorben cada una exactamente un color de luz. Las linternas y las pinturas reales son menos puras: tres pinturas reales mezcladas dan un café oscuro y turbio en lugar de negro, y por eso las impresoras agregan tinta negra.
Open the simulation on its own pageAbrir la simulación en su propia página
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The credit to copyEl crédito para copiar
Free BYRD, CC BY. “Camera and Vision Systems” from the Byrd Academy STEM Curriculum by Byrd EDU, byrdathome.org.Free BYRD, CC BY. “Cámaras y sistemas de visión”, del Currículo STEM de Byrd Academy, de Byrd EDU, byrdathome.org.
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