Marcador fiducial

En la microscopía óptica de alta resolución , se pueden utilizar marcadores fiduciales para estabilizar activamente el campo de visión. Se puede lograr una estabilización mejor que 0,1  nm. ^{[ 1 ]}

En física , gráficos 3D por computadora y fotografía , los puntos de referencia son puntos de referencia fijos: puntos o líneas fijas dentro de una escena con los que se pueden relacionar otros objetos o contra los cuales se pueden medir objetos.

Las cámaras equipadas con placas Réseau producen estas marcas de referencia (también llamadas cruces Réseau ) y son utilizadas habitualmente por la NASA . Dichas marcas están estrechamente relacionadas con las marcas de sincronización utilizadas en el reconocimiento óptico de marcas .

En los estudios geofísicos aéreos , el término «punto de referencia» también se utiliza como número de referencia secuencial para la medición de diversos instrumentos geofísicos durante un vuelo de reconocimiento. Esta aplicación del término evolucionó a partir de los números de fotograma de las fotografías aéreas que se utilizaban originalmente para ubicar las líneas de prospección geofísica en los inicios de los estudios geofísicos aéreos. Si bien este método de posicionamiento ha sido reemplazado por el GPS , el término «punto de referencia» se sigue utilizando como referencia temporal para los datos medidos durante los vuelos.

En las aplicaciones de realidad aumentada , los marcadores fiduciales ayudan a resolver varios problemas de integración entre la visión del mundo real y las imágenes sintéticas que la complementan. ^{[ 2 ]} Los marcadores fiduciales de patrón y tamaño conocidos pueden servir como anclas del mundo real para la ubicación, la orientación y la escala. Pueden establecer la identidad de la escena o de los objetos dentro de la escena. Por ejemplo, un marcador fiducial impreso en una página de un libro desplegable de realidad aumentada identificaría la página para permitir que el sistema seleccione el contenido de la ampliación. También serviría para anclar las coordenadas del contenido aumentado a la ubicación, orientación y escala tridimensionales del libro abierto, lo que ayuda a crear una fusión estable y precisa de imágenes reales y sintéticas.

Un ejemplo un poco más complejo serían varios marcadores de referencia, cada uno unido a una pieza individual en un juego de mesa de realidad aumentada .

La presencia de marcadores en las imágenes puede servir como referencia para el escalado o permitir la correlación entre la imagen y el objeto físico, o entre varias imágenes independientes . Al colocar marcadores fiduciales en ubicaciones conocidas de un sujeto, la escala relativa de la imagen resultante puede determinarse comparando la ubicación de los marcadores en la imagen y el sujeto. En aplicaciones como la fotogrametría , las marcas fiduciales de una cámara de topografía pueden ajustarse para definir el punto principal, en un proceso denominado « colimación ». Este sería un uso creativo del término «colimación» en su sentido convencional.

Algunos lectores de códigos de barras pueden estimar la traslación, la orientación y la profundidad vertical de un código de barras de tamaño conocido en relación con el lector de códigos de barras. ^{[ 3 ]}

Algunos conjuntos de marcadores fiduciales están diseñados específicamente para permitir la detección rápida y de baja latencia de la estimación de posición 6D (ubicación 3D y orientación 3D) y la identidad de cientos de marcadores fiduciales únicos. ^{[ 4 ]} Por ejemplo, los marcadores ArUco, ^{[ 5 ]} el marcador WhyCon, ^{[ 6 ]} los marcadores WhyCode, ^{[ 4 ]} los marcadores fiduciales reacTIVision "amoeba", los marcadores fiduciales d-touch, ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} o las etiquetas de código de barras circulares TRIP (códigos de anillo). ^{[ 10 ]}

Los marcadores fiduciales se utilizan en una amplia gama de aplicaciones de imagen médica . Las imágenes de un mismo sujeto obtenidas con dos sistemas de imagen diferentes pueden correlacionarse colocando un marcador fiducial en el área captada por ambos sistemas. En este caso, debe utilizarse un marcador visible en las imágenes obtenidas con ambas modalidades de imagen. Mediante este método, la información funcional de la SPECT o la tomografía por emisión de positrones puede relacionarse con la información anatómica proporcionada por la resonancia magnética (RM). ^{[ 11 ]}

De manera similar, los puntos de referencia establecidos durante la resonancia magnética pueden correlacionarse con imágenes cerebrales generadas por magnetoencefalografía para localizar la fuente de la actividad cerebral. Estos puntos o marcadores de referencia se crean a menudo en imágenes tomográficas, como tomografía computarizada , resonancia magnética y tomografía por emisión de positrones , utilizando dispositivos como el localizador N ^{[ 12 ]} y el localizador Sturm-Pastyr ^{[ 13 ] .}

En electrocardiografía (ECG), los puntos de referencia son puntos de referencia en el complejo ECG, como la línea isoeléctrica (unión PQ) y el inicio de ondas individuales como PQRST.

En procesos que implican el seguimiento de una molécula marcada a medida que se incorpora a un polímero más grande, estos marcadores pueden utilizarse para observar la dinámica de crecimiento/contracción del polímero, así como su movimiento. Los marcadores fiduciales más comunes son monómeros de biopolímeros marcados con fluorescencia. La tarea de medir y cuantificar lo que les sucede se basa en métodos de la física y la imagen computacional, como la imagen de moteado .

Los sistemas automatizados de seguimiento del comportamiento se utilizan para estudiar la organización de las colonias de insectos sociales y el comportamiento de los miembros individuales de la colonia. Estos sistemas combinan marcadores fiduciales y visión artificial para proporcionar la ubicación y orientación de los miembros de la colonia varias veces por segundo y, entre otros hallazgos, han revelado la estructura de la red social de la hormiga Camponotus fellah . ^{[ 14 ]}

En radioterapia y radiocirugía, los puntos de referencia son puntos de referencia en el tumor que facilitan la localización precisa de los objetivos del tratamiento. En neuronavegación , se utiliza un sistema de coordenadas espaciales de referencia, en neurocirugía, para describir la posición de estructuras específicas en la cabeza o en otras partes del cuerpo. Estos puntos de referencia se crean a menudo en imágenes de resonancia magnética y tomografía computarizada mediante el localizador N o el localizador Sturm-Pastyr.

En la fabricación de placas de circuito impreso (PCB), las marcas fiduciales, también conocidas como marcas de reconocimiento de patrones de circuito, permiten que los equipos de montaje superficial (SMT) ubiquen y coloquen con precisión los componentes en las placas. Estos dispositivos localizan el patrón del circuito proporcionando puntos comunes medibles. Generalmente, se crean dejando un área circular de la placa sin recubrimiento de máscara de soldadura . Dentro de esta área hay un círculo que expone el recubrimiento de cobre subyacente. Este disco metálico central puede estar recubierto de soldadura, chapado en oro o tratado de otra manera, aunque el cobre desnudo es lo más común si no se trata de un contacto conductor de corriente. Alternativamente, es posible utilizar laca de máscara de soldadura transparente para cubrir las marcas fiduciales. Para minimizar los errores de redondeo, era una buena práctica colocar las marcas fiduciales en la misma cuadrícula (o un múltiplo de ella) que se utilizaba para colocar los componentes; sin embargo, esto no siempre es posible en placas de alta densidad ni es un requisito con las máquinas modernas de alta precisión.

La mayoría de las máquinas de colocación reciben las placas para su ensamblaje mediante una cinta transportadora , y la placa se sujeta en la zona de ensamblaje de la máquina. Cada placa se sujeta de forma ligeramente diferente a las demás, y esta variación —que generalmente es de solo décimas de milímetro— es suficiente para dañar una placa sin la calibración adecuada. Por consiguiente, una PCB típica tendrá múltiples marcas de referencia que permiten a los robots de colocación determinar con precisión la orientación de la placa. Al medir la ubicación de las marcas de referencia con respecto al plano de la placa almacenado en la memoria de la máquina, esta puede calcular con fiabilidad el grado de desplazamiento de los componentes con respecto al plano, denominado offset , para garantizar una colocación precisa.

El uso de tres marcas de referencia permite a la máquina determinar el desplazamiento de la PCB en los ejes X e Y, así como determinar si la placa ha girado durante la sujeción, lo que permite a la máquina rotar las piezas para que coincidan. Las marcas de referencia son un componente clave del archivo Gerber que se utiliza en la fabricación de placas de circuito impreso en una línea SMT. Estas marcas de referencia también se denominan marcas de referencia globales. Las marcas de referencia globales también se utilizan junto con la impresión por estarcido . Sin ellas, la impresora no imprimiría la pasta de soldadura con la alineación exacta con las almohadillas. Las piezas que requieren un grado muy alto de precisión de colocación, como los encapsulados de matriz de rejilla de bolas , pueden tener marcas de referencia locales adicionales cerca del área de colocación del encapsulado en la placa para ajustar aún más la alineación. Sin embargo, las marcas de referencia locales no se pueden utilizar en el proceso de impresión por estarcido.

Por el contrario, las placas de gama baja y baja precisión pueden tener solo dos marcas de referencia, o utilizar marcas de referencia aplicadas durante el proceso de serigrafía que se aplica a la mayoría de las placas de circuitos. Algunas placas de gama muy baja pueden usar los orificios metalizados de los tornillos de montaje como marcas de referencia, aunque esto resulta en una precisión muy baja.

Para la creación de prototipos y la producción en lotes pequeños, el uso de una cámara de referencia puede mejorar considerablemente el proceso de fabricación de placas. Al localizar automáticamente los marcadores de referencia, la cámara automatiza la alineación de la placa. Esto facilita las aplicaciones de montaje frontal a posterior y multicapa, eliminando la necesidad de pines de ajuste. ^{[ 15 ]}

En el uso de robots de construcción , se utilizan marcadores visuales fiduciales para gestionar el seguimiento espacial y el ensamblaje automatizado de componentes de construcción prefabricados mediante manipuladores robóticos. Debido a que los entornos de construcción no estructurados presentan desafíos operativos únicos, como polvo en suspensión, iluminación ambiental variable y posibles oclusiones de la línea de visión de la cámara, depender únicamente de marcadores visuales fiduciales estándar puede provocar fallos de puntería. Para garantizar la seguridad del seguimiento bajo estas variables, los sistemas sensoriales pueden fusionar datos de entradas de nubes de puntos 3D de alta densidad con matrices de seguimiento de marcadores visuales fiduciales localizados, lo que facilita una configuración espacial fiable y la alineación de componentes durante las operaciones de ensamblaje robótico. ^{[ 16 ]}

En la impresión en color , las marcas de referencia —también llamadas " negro de registro "— se utilizan en el borde de las planchas de impresión cian, magenta, amarillo y negro ( CMYK ) para que puedan alinearse correctamente entre sí.