18 algoritmos de visión artificial que debes conocer

La visión artificial consiste en enseñar a las computadoras a ver el mundo como nosotros. Su objetivo es imitar el sistema visual humano, permitiendo que las máquinas vean imágenes o vídeos digitales y comprendan realmente lo que ven. Pero no se trata solo de capturar imágenes, sino de interpretarlas y tomar decisiones inteligentes basadas en lo detectado. Esto es lo que hace que la visión artificial sea tan potente en aplicaciones del mundo real como los coches autónomos, el reconocimiento facial, las imágenes médicas y mucho más. En este artículo, analizaremos los algoritmos principales que lo hacen posible. Desde técnicas sencillas como la detección de bordes y características hasta herramientas más avanzadas para la detección de objetos, la segmentación de imágenes e incluso la generación de nuevas imágenes, explicaremos su funcionamiento de forma sencilla, sin necesidad de un doctorado.

Adaptación de algoritmos de visión artificial a las empresas: el enfoque de AI Superior

IA superior – una empresa tecnológica centrada en aprovechar algoritmos de visión artificial y aprendizaje automático de última generación, que van desde técnicas tradicionales como la Transformada de Hough hasta arquitecturas modernas como los Transformadores de Visión.

Nuestros servicios de visión artificial abarcan una amplia gama de capacidades, incluyendo análisis de video, detección de objetos, segmentación y clasificación de imágenes. Una de nuestras principales fortalezas reside en la adaptación de algoritmos complejos a las necesidades específicas de cada negocio. Por ejemplo, desarrollamos un sistema basado en aprendizaje profundo para detectar daños en carreteras, lo que ha ayudado a los gobiernos locales a optimizar la supervisión y el mantenimiento de las infraestructuras. En el sector de la construcción, nuestra solución, impulsada por drones, puede identificar 25 tipos diferentes de escombros mediante modelos de detección de objetos basados en YOLO, ahorrando a los clientes más de 320 horas de trabajo al mes. También desarrollamos un sistema OCR para un cliente corporativo, reduciendo significativamente los errores de entrada manual de datos mediante técnicas precisas de reconocimiento de texto.

Nuestros sistemas escalables y adaptables están diseñados para evolucionar según las necesidades del negocio, ya sea reconocimiento facial para seguridad, clasificación contextual de imágenes para comercio electrónico o análisis emocional para obtener información del cliente. En AI Superior, no solo implementamos algoritmos, sino que los convertimos en herramientas prácticas que marcan la diferencia. Contáctenos hoy y permítanos desarrollar soluciones de visión artificial personalizadas para su negocio.

Profundicemos en los algoritmos de visión artificial: ¿qué tipos existen y en qué se diferencian? A continuación, un análisis paso a paso de cada uno:

1. Detección de bordes (Canny, Sobel)

Los algoritmos de detección de bordes identifican los límites o contornos de los objetos en una imagen detectando cambios significativos en la intensidad de los píxeles. El operador Sobel utiliza métodos basados en gradientes para resaltar los bordes calculando los cambios de intensidad en direcciones horizontales y verticales, lo que lo hace simple pero sensible al ruido. El detector de bordes Canny, un enfoque más avanzado, aplica reducción de ruido, cálculo de gradientes, supresión no máxima y seguimiento de bordes para producir bordes precisos y conectados, lo que lo convierte en un estándar de excelencia para las tareas de detección de bordes.

Características principales:

• Sobel: Detección de bordes simple basada en gradientes
• Canny: proceso de varias etapas con suavizado de ruido y rastreo de bordes
• Alta sensibilidad a los cambios de intensidad.
• Produce mapas de bordes binarios
• Canny reduce los falsos positivos mediante una supresión no máxima

Ámbito de uso:

• Preprocesamiento de imágenes para la detección de objetos
• Análisis de forma en la inspección industrial
• Detección de carril en vehículos autónomos
• Imágenes médicas para la detección de límites de órganos
• Robótica para el mapeo del entorno

2. Umbralización (Método de Otsu)

La umbralización convierte las imágenes en escala de grises en imágenes binarias (blanco y negro) estableciendo un umbral de brillo que separa el primer plano del fondo. El método de Otsu automatiza este proceso seleccionando un umbral óptimo que minimiza la varianza intraclase y maximiza la separación entre las clases de píxeles. Esto lo hace muy eficaz para segmentar imágenes con distintas distribuciones de intensidad, como texto o exploraciones médicas, aunque puede presentar dificultades con iluminación irregular.

Características principales:

• Selección automática de umbral mediante el método de Otsu
• Convierte imágenes en escala de grises a binarias
• Computacionalmente eficiente
• Sensible a las variaciones de iluminación
• Ideal para histogramas de intensidad bimodal

Ámbito de uso:

• Escaneo de documentos para extracción de texto
• Imágenes médicas para aislar regiones de interés
• Control de calidad industrial para la detección de defectos
• Eliminación del fondo en fotografía
• Preprocesamiento para sistemas de visión artificial

3. Operaciones morfológicas (erosión, dilatación)

Las operaciones morfológicas manipulan las formas en imágenes binarias o en escala de grises para mejorar o depurar las regiones segmentadas. La erosión reduce las regiones blancas (en primer plano), eliminando el ruido leve o desconectando las estructuras delgadas. La dilatación expande las regiones blancas, rellenando huecos o conectando componentes cercanos. Estas operaciones, que suelen utilizarse en combinación (p. ej., abriendo o cerrando), son cruciales para refinar la segmentación de imágenes en entornos ruidosos.

Características principales:

• La erosión elimina pequeños ruidos y adelgaza las estructuras.
• La dilatación rellena huecos y expande regiones.
• Admite imágenes binarias y en escala de grises.
• Altamente personalizable con elementos estructurantes.
• Rápido y computacionalmente simple

Ámbito de uso:

• Reducción de ruido en la segmentación de imágenes binarias
• Recuento celular en microscopía médica
• Refinamiento de la forma de los objetos en la automatización industrial
• Mejora de huellas dactilares en biometría
• Limpieza de texto en reconocimiento óptico de caracteres (OCR)

4. Ecualización del histograma

La ecualización de histograma mejora el contraste de la imagen redistribuyendo los valores de intensidad de los píxeles para aprovechar al máximo el rango de brillo. Al estirar el histograma de intensidades de píxeles, se hacen más visibles los detalles en zonas oscuras o sobreexpuestas. Este algoritmo es especialmente útil para mejorar imágenes con bajo contraste, como exploraciones médicas o grabaciones de vigilancia, pero en algunos casos puede amplificar el ruido.

Características principales:

• Mejora el contraste redistribuyendo las intensidades.
• Funciona con imágenes en escala de grises y en color.
• Computacionalmente ligero
• Mejora la visibilidad en regiones de bajo contraste.
• Puede aumentar el ruido en áreas uniformes.

Ámbito de uso:

• Imágenes médicas para una mejor visualización de los tejidos
• Vigilancia para mejorar las imágenes con poca luz
• Imágenes satelitales para análisis del terreno
• Fotografía para posprocesamiento
• Preprocesamiento para algoritmos de detección de características

5. SIFT (Transformación de características invariantes de escala)

SIFT detecta y describe puntos clave en una imagen que se mantienen constantes ante cambios de escala, rotación e iluminación. Identifica características distintivas mediante el análisis de los extremos del espacio de escala y calcula descriptores robustos para la correspondencia. La invariancia de SIFT a las transformaciones lo hace ideal para tareas como el reconocimiento de objetos, la unión de imágenes y la reconstrucción 3D, aunque requiere un alto consumo computacional en comparación con métodos más recientes.

Características principales:

• Invariancia de escala, rotación e iluminación
• Detecta puntos clave distintivos con descriptores robustos
• Alta precisión de coincidencia en todas las transformaciones
• Computacionalmente intensivo
• Patentado, limitando el uso comercial sin licencia

Ámbito de uso:

• Unión de imágenes para fotografía panorámica
• Reconocimiento de objetos en realidad aumentada
• Reconstrucción de escenas 3D en robótica
• Odometría visual en la navegación autónoma
• Recuperación de imágenes basada en contenido

6. SURF (Funciones robustas aceleradas)

SURF es una alternativa más rápida a SIFT, diseñada para aplicaciones en tiempo real. Detecta puntos clave mediante un enfoque basado en matrices hessianas y genera descriptores con una complejidad computacional reducida. Si bien mantiene la robustez a la escala y la rotación, la velocidad de SURF lo hace adecuado para tareas como el seguimiento de movimiento y el reconocimiento de objetos en entornos con recursos limitados, aunque puede ser menos preciso que SIFT en algunos escenarios.

Características principales:

• Más rápido que SIFT con detección basada en Hessian
• Robusto a cambios de escala y rotación
• Cálculo eficiente de descriptores
• Un poco menos preciso que SIFT
• Patentado, requiere licencia para uso comercial

Ámbito de uso:

• Seguimiento del movimiento en tiempo real en robótica
• Reconocimiento de objetos en aplicaciones móviles
• Estabilización de vídeo en dispositivos de consumo
• Realidad aumentada para la correspondencia de características
• Vehículos autónomos para la navegación visual

7. ORBE (Orientado RÁPIDO y Rotado BREVE)

ORB combina la detección rápida de puntos clave con descriptores breves, añadiendo invariancia de orientación para crear una alternativa rápida y eficiente a SIFT y SURF. Diseñado para aplicaciones en tiempo real, ORB es ligero y libre de regalías, lo que lo hace ideal para sistemas embebidos y proyectos de código abierto. Si bien es menos robusto ante transformaciones extremas, su velocidad y simplicidad lo hacen popular para tareas como SLAM y coincidencia de imágenes.

Características principales:

• Combina detección RÁPIDA y descriptores BREVES
• Invariancia de orientación para robustez de rotación
• Extremadamente rápido y ligero.
• Libre de regalías y de código abierto.
• Menos robusto a los cambios de escala que SIFT/SURF

Ámbito de uso:

• Localización y mapeo simultáneos (SLAM) en robótica
• Coincidencia de imágenes en tiempo real en dispositivos móviles
• Realidad aumentada para el seguimiento de funciones
• Odometría visual en drones
• Sistemas de visión integrados de bajo consumo

8. Detector de esquinas Harris

El Detector de Esquinas de Harris identifica las esquinas de una imagen, características estables útiles para el seguimiento o la coincidencia. Analiza los cambios de intensidad en la vecindad de un píxel para detectar puntos con variaciones significativas en todas las direcciones. Aunque es más antiguo y menos robusto que métodos modernos como SIFT, su simplicidad y velocidad lo hacen eficaz para aplicaciones que requieren detección básica de características, como la estimación de movimiento.

Características principales:

• Detecta esquinas mediante variaciones de intensidad.
• Computacionalmente simple y rápido
• Resistente a pequeñas rotaciones y traslaciones
• Sensible al ruido y a los cambios de escala.
• No se genera descriptor, lo que requiere procesamiento adicional

Ámbito de uso:

• Estimación de movimiento en el procesamiento de vídeo
• Seguimiento de características en robótica
• Alineación de imágenes para mosaicos
• Reconstrucción 3D en gráficos por computadora
• Inspección industrial para mediciones en esquinas

9. HOG (Histograma de gradientes orientados)

HOG describe las formas de los objetos analizando la distribución de las direcciones de los bordes (gradientes) en parches de imagen localizados. Crea histogramas de las orientaciones de los gradientes, lo que lo hace robusto para la detección de objetos estructurados como peatones o vehículos. Ampliamente utilizado en los primeros procesos de detección de objetos, HOG es computacionalmente eficiente, pero menos efectivo para objetos complejos o deformables en comparación con los métodos de aprendizaje profundo.

Características principales:

• Captura la forma a través de histogramas de orientación de gradiente
• Resistente a la iluminación y pequeñas deformaciones.
• Computacionalmente eficiente
• Ideal para objetos estructurados como humanos o vehículos.
• A menudo se combina con SVM para la clasificación.

Ámbito de uso:

• Detección de peatones en vehículos autónomos
• Detección de vehículos en la monitorización del tráfico
• Reconocimiento de gestos en la interacción humano-computadora
• Vigilancia para análisis de multitudes
• Preprocesamiento para canales de detección de objetos tradicionales

10. Viola-Jones

El algoritmo Viola-Jones es un método pionero de detección facial que utiliza características similares a las de Haar y una cascada de clasificadores para lograr un rendimiento en tiempo real. Escanea imágenes a múltiples escalas, rechazando rápidamente las regiones que no representan rostros y refinando las detecciones. Su velocidad y precisión lo convirtieron en un pilar de los primeros sistemas de detección facial, como el detector facial de OpenCV, aunque presenta dificultades con rostros no frontales o fondos complejos.

Características principales:

• Utiliza funciones similares a Haar para una detección rápida
• Clasificador en cascada para mayor eficiencia
• Rendimiento en tiempo real en dispositivos de bajo consumo
• Ideal para detección de rostros frontales
• Sensible a las variaciones de pose e iluminación.

Ámbito de uso:

• Detección de rostros en cámaras digitales
• Vigilancia en tiempo real para reconocimiento facial
• Control de acceso en sistemas de seguridad
• Redes sociales para etiquetar rostros automáticamente
• Interacción humano-computadora para el seguimiento de la mirada

11. Búsqueda selectiva (propuesta de región)

La Búsqueda Selectiva genera propuestas de regiones agrupando jerárquicamente los píxeles según sus similitudes de color, textura y tamaño. Utilizada en marcos de detección temprana de objetos como R-CNN, propone posibles ubicaciones de objetos, que posteriormente son clasificadas por una red neuronal. Si bien es más lenta que los modelos modernos de detección de extremo a extremo, su capacidad para generar propuestas de alta calidad la hace valiosa para la investigación y las aplicaciones que requieren una localización precisa.

Características principales:

• Agrupación jerárquica para propuestas de regiones
• Considera las señales de color, textura y tamaño.
• Produce candidatos a objetos de alta calidad
• Computacionalmente intensivo
• Se utiliza en tuberías de detección de dos etapas.

Ámbito de uso:

• Detección de objetos en sistemas basados en R-CNN
• Segmentación de imágenes para investigación
• Inspección industrial para identificación de piezas
• Imágenes médicas para proponer regiones de interés
• Análisis de contenido en buscadores visuales

12. Algoritmo de cuenca hidrográfica

El algoritmo Watershed trata una imagen como un mapa topográfico, donde la intensidad de los píxeles representa la altura, y la segmenta en regiones mediante la "inundación" de las cuencas con marcadores. Es excelente para separar objetos que se tocan o se superponen, como células en imágenes microscópicas, pero requiere una colocación cuidadosa de los marcadores para evitar la sobresegmentación. Su enfoque intuitivo lo hace popular para tareas de segmentación complejas.

Características principales:

• Segmenta imágenes mediante inundación topográfica
• Eficaz para separar objetos en contacto.
• Requiere marcadores para guiar la segmentación
• Propenso a la sobresegmentación sin ajuste
• Admite imágenes en escala de grises y en color.

Ámbito de uso:

• Segmentación celular en microscopía médica
• Conteo de objetos en imágenes agrícolas
• Inspección industrial para la separación de componentes
• Imágenes satelitales para la segmentación de parcelas de tierra
• Análisis de documentos para separar regiones de texto

13. Recortes de gráficos

Graph Cuts formula la segmentación de imágenes como un problema de optimización de grafos, donde los píxeles son nodos y los bordes representan similitudes entre píxeles. Minimiza una función de energía para "cortar" el grafo, separando el primer plano del fondo. Este método produce segmentaciones de alta calidad, especialmente para objetos con límites claros, pero es computacionalmente costoso para imágenes grandes, lo que lo hace más adecuado para el procesamiento sin conexión.

Características principales:

• Segmentación basada en energía mediante optimización de gráficos
• Alta precisión para límites claros de objetos
• Computacionalmente intensivo
• Requiere puntos de semilla para la inicialización
• Resistente al ruido con una afinación adecuada

Ámbito de uso:

• Imágenes médicas para la segmentación de órganos
• Edición de fotografías para la extracción del primer plano
• Segmentación de vídeo para seguimiento de objetos
• Inspección industrial para el aislamiento preciso de defectos
• Investigación para la evaluación comparativa de algoritmos de segmentación

14. GrabCut

GrabCut es un algoritmo de segmentación interactivo que refina un cuadro delimitador proporcionado por el usuario para aislar un objeto mediante cortes de gráficos y optimización iterativa. Modela el primer plano y el fondo con modelos de mezcla gaussiana, actualizándolos para mejorar la precisión. GrabCut es fácil de usar y eficaz para la edición de fotos, aunque requiere cierta entrada manual y puede presentar dificultades con fondos complejos.

Características principales:

• Segmentación interactiva con cuadro delimitador de usuario
• Utiliza cortes de gráficos y modelos de mezcla gaussiana
• Refina iterativamente la segmentación
• Fácil de usar pero requiere entrada manual
• Sensible a fondos complejos

Ámbito de uso:

• Edición de fotografías para eliminar el fondo
• Imágenes médicas para la segmentación semiautomática de órganos
• Realidad aumentada para la extracción de objetos
• Comercio electrónico para el aislamiento de la imagen del producto
• Edición de vídeo para la separación del primer plano

15. Redes neuronales convolucionales (CNN)

Las redes neuronales convolucionales (CNN) son la base de la visión artificial moderna, ya que utilizan capas convolucionales para extraer características espaciales como bordes, texturas y patrones de imágenes. Destacan en tareas como la clasificación, la detección y la segmentación mediante el aprendizaje de representaciones jerárquicas de características. Las CNN son muy precisas, pero requieren importantes recursos computacionales y grandes conjuntos de datos etiquetados para su entrenamiento, lo que las hace ideales para aplicaciones complejas con gran cantidad de datos.

Características principales:

• Extracción de características jerárquicas mediante convoluciones
• Admite clasificación, detección y segmentación.
• Alta precisión con arquitecturas profundas
• Requiere grandes conjuntos de datos y potencia computacional
• Transferencia de aprendizaje para tareas personalizadas

Ámbito de uso:

• Clasificación de imágenes en vehículos autónomos
• Detección de objetos en sistemas de vigilancia
• Imágenes médicas para el diagnóstico de enfermedades
• Reconocimiento facial en sistemas de seguridad
• Realidad aumentada para la comprensión de la escena

16. RNN/LSTM (para secuencias)

Las redes neuronales recurrentes (RNN) y las redes de memoria a largo plazo (LSTM) están diseñadas para datos secuenciales, como vídeos o imágenes de series temporales. Mantienen la memoria de fotogramas anteriores, capturando dependencias temporales para tareas como el reconocimiento de acciones o el subtitulado de vídeos. Si bien son potentes para el análisis de vídeo, requieren un alto consumo computacional y son menos efectivas para imágenes estáticas que las CNN.

Características principales:

• Captura dependencias temporales en secuencias
• Los LSTM mitigan los problemas de gradiente de desaparición
• Adecuado para vídeo y datos de series temporales.
• Computacionalmente complejo
• A menudo se combina con CNN para la extracción de características.

Ámbito de uso:

• Reconocimiento de acciones en videovigilancia
• Subtítulos de vídeo para accesibilidad
• Predicción de movimiento en la conducción autónoma
• Reconocimiento de gestos en la interacción humano-computadora
• Análisis de vídeo médico para monitorización quirúrgica

17. Modelos basados en transformadores (ViT, DETR)

Los modelos basados en transformadores, como el Transformador de Visión (ViT) y el Transformador de Detección (DETR), utilizan mecanismos de atención para modelar relaciones globales en imágenes o secuencias. ViT divide las imágenes en parches, tratándolos como tokens para el procesamiento de transformadores, lo que resulta excelente en la clasificación. DETR aplica transformadores a la detección de objetos, eliminando las propuestas de regiones para la detección de extremo a extremo. Estos modelos ofrecen alta precisión, pero requieren recursos computacionales considerables.

Características principales:

• Mecanismos de atención para el contexto global
• ViT: Clasificación de imágenes basada en parches
• DETR: Detección de objetos de extremo a extremo
• Alta precisión con grandes conjuntos de datos
• Computacionalmente intensivo

Ámbito de uso:

• Clasificación de imágenes en el diagnóstico médico
• Detección de objetos en vehículos autónomos
• Segmentación semántica para la planificación urbana
• Análisis de vídeo para el reconocimiento de acciones
• Investigación para el avance de los modelos de visión

18. Transformada de Hough

La Transformada de Hough es una técnica de extracción de características que se utiliza para detectar formas paramétricas, como líneas, círculos o elipses, en imágenes. Transforma los puntos de los bordes en un espacio paramétrico, identificando las formas mediante la búsqueda de picos en una matriz de acumuladores. Ampliamente utilizada por su robustez al ruido y a las oclusiones parciales, la Transformada de Hough requiere un alto consumo computacional, pero es eficaz para aplicaciones como la detección de carriles o el reconocimiento de formas, especialmente en entornos estructurados.

Características principales:

• Detecta formas paramétricas como líneas y círculos.
• Resistente al ruido y a las oclusiones parciales
• Utiliza el espacio de parámetros para la votación de formas
• Computacionalmente intensivo
• Requiere imágenes con detección de bordes como entrada

Ámbito de uso:

• Detección de carril en vehículos autónomos
• Reconocimiento de formas en la inspección industrial
• Análisis de documentos para detección de tablas o líneas
• Imágenes médicas para detectar estructuras circulares
• Robótica para el mapeo del entorno

Conclusión

Los algoritmos de visión artificial pueden parecer términos tecnológicos complejos y de moda, pero en esencia son herramientas inteligentes que ayudan a las máquinas a interpretar lo que ven. Ya sea detectar los bordes de una forma, rastrear el movimiento en un video o reconocer un rostro familiar, cada algoritmo desempeña un papel específico al enseñar a las computadoras a "mirar" el mundo y comprenderlo. Estos algoritmos son la base de muchas de las cosas que ahora damos por sentadas, como desbloquear el teléfono con la cara, obtener filtros personalizados en redes sociales o que los médicos usen IA para analizar radiografías con mayor rapidez y precisión. A medida que la tecnología evoluciona, también lo hace el potencial para resolver problemas del mundo real de formas más inteligentes, rápidas y humanas. Así que, ya sea que sientas curiosidad, estés trabajando en tu primer proyecto o estés profundizando en la IA, comprender estos algoritmos fundamentales es un excelente punto de partida para tu aventura en la visión artificial.