Elektronika.lt
 2024 m. kovo 29 d. Projektas | Reklama | Žinokite | Klausimai | Prisidėkite | Atsiliepimai | Kontaktai
Paieška portale
EN Facebook RSS

 Kas naujo  Katalogas  Parduotuvės  Forumas  Tinklaraščiai
 Pirmas puslapisSąrašas
 NaujienosSąrašas
 StraipsniaiSąrašas
 - Elektronika, technika
 - Kompiuterija
 - Telekomunikacijos
 - Įvykiai, visuomenė
 - Pažintiniai, įdomybės
 Vaizdo siužetaiSąrašas
 Nuolaidos, akcijosSąrašas
 Produktų apžvalgosSąrašas
 Naudingi patarimaiSąrašas
 Vykdomi projektaiSąrašas
 Schemų archyvasSąrašas
 Teorija, žinynaiSąrašas
 Nuorodų katalogai
 Įvairūs siuntiniai
 Bendravimas
 Skelbimai ir pasiūlymai
 Elektronikos remontas
 Robotų kūrėjų klubas
 RTN žurnalo archyvas






 Verta paskaityti
Kovo 28 d. 20:32
„Elektrum Lietuva“ į elektromobilių įkrovimo tinklo plėtrą šiemet investuos 9 mln. eurų
Kovo 28 d. 17:25
NASA „BurstCube“ palydovas paleistas tirti galingiausius sprogimus kosmose
Kovo 28 d. 14:50
„Logitech“ pristato „Signature Slim“ klaviatūrą ir darbo bei gyvenimo derinį prie rašomojo stalo
Kovo 28 d. 11:17
Kaip atrodys mokslai, studijos ir darbas DI eroje: pagrindiniai parodos „Karjera & studijos Lietuvoje“ akcentai
Kovo 28 d. 08:52
Jungikliai pagaminti iš atliekų – naujovė tvariems namams
Kovo 27 d. 20:30
Saulės elektrinė – daugiabučio balkone: ar tai įmanoma Lietuvoje? (1)
Kovo 27 d. 18:19
4 išmanūs sprendimai, leidžiantys efektyviai taupyti elektrą
Kovo 27 d. 16:36
Ekspertė apie dirbtinį intelektą ir darbuotojų produktyvumą: „Svarbu suprasti, jog nėra vieno stebuklingo įrankio, kuris išspręstų visas problemas“
Kovo 27 d. 14:14
„Philips Monitors“ E1 serija turės tris naujus daugiafunkcinius modelius, skirtus hibridiniam ir nuotoliniam darbui
Kovo 27 d. 12:43
Reikalavimas elektrifikuoti penktadalį stovėjimo vietų glumina verslą: nukentės galutiniai vartotojai
FS 22 Tractors
Farming Simulator 19 Mods, FS 22 Maps, FS22 Mods
ETS2 Mods
ETS2 Trucks, ETS2 Bus, Euro Truck Simulator 2 Mods
FS22 Tractors
Farming Simulator 22 Mods, FS22 Maps, FS22 Trucks
VAT calculator
VAT number check, What is VAT, How much is VAT
Paskola internetu
Vartojimo paskola, paskola automobiliui, paskola būsto remontui
Thermal monocular
Thermal vision camera,
Night vision ar scope,
Night vision spotting scope
FS22 Mods
FS22 Harvesters, FS22 Tractors Mods, FS22 Maps Mods
FS22 Mods
FS22 Maps,
FS22 Harvesters,
FS22 Tractors
Dantų protezavimas
All on 4 implantai,
Endodontija mikroskopu,
Dantų implantacija
Sims 4 Mods
Sims 4 CC Clothes,
Sims 4 Hair CC,
Sims 4 Skill Cheat
Optic sight
Binoculars for hunting elk,
Best compact binoculars,
Riflescope hunting
Reklama
 Straipsniai » Ryšio technologijos Dalintis | Spausdinti

Dviejų kamerų tarpusavio padėties įtaka trimačių vaizdų rekonstrukcijai

Publikuota: 2006-03-16 07:33
Tematika: Ryšio technologijos
Skirta: Profesionalams
Autorius: el. paštas A. Serackis, D. Navakauskas
Aut. teisės: el. paštas ©Elektronika ir elektrotechnika
Inf. šaltinis: el. paštas Elektronika ir elektrotechnika

Stereoskopijoje trimačiai vaizdai rekonstruojami atsižvelgiant į žmogaus akių fiziologines savybes – regos disparatiškumą ir siekiant gauti kuo tikroviškesnį vaizdą. Aplinkos analizei taikomos trimačių vaizdų rekonstrukcijos tikslas yra priešingas – kiek įmanoma tikslesnė aplinkoje esančių objektų trimatė rekonstrukcija, kad juos būtų galima įvertinti ar atpažinti.

 Rodyti komentarus (2)
Įvertinimas:  1 2 3 4 5 

Įvadas

Stereoskopijoje trimačiai vaizdai rekonstruojami atsižvelgiant į žmogaus akių fiziologines savybes – regos disparatiškumą [1] ir siekiant gauti kuo tikroviškesnį vaizdą. Aplinkos analizei taikomos trimačių vaizdų rekonstrukcijos tikslas yra priešingas – kiek įmanoma tikslesnė aplinkoje esančių objektų trimatė rekonstrukcija, kad juos būtų galima įvertinti ar atpažinti. Šio tipo trimatės rekonstrukcijos taikymo sritys yra įvairios. Iš jų galima būtų išskirti nedestruktyviąją medžiagotyrą, mechatroniką, mediciną. Būtent šioje plotmėje toliau pažvelgiami atlikto darbo rezultatai.

Rekonstruojant trimačius vaizdus, reikia įvertinti daugybę įvairiausių parametrų. Tokie parametrai kaip kameros židinio nuotolis, jutiklių matricos skyra, apžvalgos kampas ir pan. dažnai laikomi nekintamais. Tuo tarpu kiti parametrai: kampas ir atstumas tarp kamerų, atstumas nuo kameros iki rekonstruojamo objekto, vaizdų sutapdinimo klaidos ir pan., gali keistis. Pastaruosius rekonstrukcijos parametrus galima sąlygiškai išskirti į dvi rūšis: valdomus (kampas ir atstumas tarp dviejų kamerų, atstumas nuo kameros iki objekto ir t. t.) ir nevaldomus (kamerų judėjimas, būdingųjų taškų paieškos ir sutapdinimo klaidos ir t. t.). Toliau bus analizuojama nevaldomų parametrų įtaka rekonstrukcijai, kai yra keičiamas kampas tarp dviejų kamerų.

Rekonstrukcijai naudojant dvi kameras, visų pirma reikia nuspręsti, kaip jos bus išdėstytos viena kitos atžvilgiu, – parinkti kampą tarp jų. Idealiu atveju, kai nėra kamerų kalibravimo ir taškų koordinačių nustatymo netikslumų ir nejuda nei objektas, nei kamera, galima nustatyti kiekvieno taško, matomo abiem kameromis, padėtį erdvėje. Realiai susiduriama su nepakankamai tiksliu kamerų kalibravimu, iškraipymais, kuriuos lemia būdingųjų taškų paieškos ir vienas kitą atitinkančių taškų paieškos sistemos, kvantavimo iškraipymai ir kamerų vibracija. Nepageidaujamas kamerų vibravimas ir tokio pobūdžio triukšmų įtakos mažinimas literatūroje retai minimi, todėl toliau tam bus skirta nemažai dėmesio.

Kamerų išdėstymas taip pat lemia svarbų trimatei vaizdų rekonstrukcijai parametrą – minimalų pastebimą paviršiaus pokytį. Jis priklauso nuo kameros vidinių parametrų ir atstumo nuo kameros iki analizuojamo objekto. Taigi atsižvelgiant į kameros parametrus, reikia parinkti tokį kamerų išdėstymą, kad analizuojamo paviršiaus trimatė rekonstrukcija būtų atlikta kuo tiksliau.

Kameros vibravimo įtaka vaizdo tikslumui

Vibruojant kamerai atsiranda iškraipymų, kuriuos galima vertinti kaip netikslų taško koordinačių nustatymą kamera gautame vaizde. Žinant kameros polinkio kampą δ ir remiantis [2], tikslus sąryšis tarp taško koordinačių x, y, z erdvėje ir taško koordinačių xδ , yδ kameros plokštumoje išreiškiamas lygtimis:

čia f – kameros židinio nuotolis. Savo ruožtu kameros vibravimas gali būti aprašytas nurodant kameros pasukimus apie vieną iš trijų koordinačių ašių ir kameros poslinkį – koordinačių pradžios taško judėjimą. Sakykime, kad kameros koordinačių pradžios taškas nejuda ir iškraipymus lemia tik kameros pasukimai apie x, y, z ašis. Taip gaunamos atitinkamai εx , εy , εz taško koordinačių klaidų dedamosios. Norint jas įvertinti, (1) išraišką galima apibendrinti taip:

čia a koeficientai sudaro objekto vaizdo transformacijos į kameros koordinačių sistemą A matricą; xε ir yε yra taško koordinatės, gautos įvertinant kameros vibraciją.


1 pav. Neapibrėžtumo sritis, gaunama dėl kamerų judėjimo

Koeficientai a gali būti išreikšti kameros polinkio kampu δ ir iškraipymų dedamosiomis εx , εy , εz :

Sakykime, kad kamera vibruoja tik z ašyje. Kadangi šiuo atveju paskutinėje išraiškoje yra tik viena klaidos dedamoji εz , pertvarkius (1) išraišką, gaunama:

Kaip matyti iš šių išraiškų, kameros judėjimas apie z ašį turi įtakos taško koordinačių nustatymo tikslumui ir kitose ašyse – x ir y . Į tai būtina atsižvelgti kuriant ir diegiant trimačių vaizdų rekonstrukcijos sistemas.

Neapibrėžtumo sritį veikiantys veiksniai

Esant iškraipymų dėl nepageidaujamo kamerų sukimosi apie z ašį trimačių vaizdų rekonstrukcijos sistemoje, sudarytoje iš dviejų kamerų, atsiranda neapibrėžtumo – kameros jutiklių neregistruojama – sritis (1 pav.). Šios srities plotas Sz priklauso nuo b atstumo tarp kamerų bei nuo γ kampo tarp jų [3].

Žinant priklausomybes tarp neapibrėžtumo srities, gaunamos judant kameroms bei keičiantis atstumui ir kampui tarp kamerų, galima būtų parinkti tokį kamerų išsidėstymą, kad neapibrėžtumo sritis neviršytų norimos ribos. Iš 2 pav. pateiktų modeliavimo rezultatų matyti, kad, mažinant atstumą arba kampą tarp dviejų kamerų, galima sumažinti neapibrėžtumo sritį – kameros sukimosi apie z ašį įtaką trimačių vaizdų rekonstrukcijai.


2 pav. Neapibrėžtumo srities ploto charakteristikos

Trimačių vaizdų rekonstrukcijoje taip pat reikia įvertinti rekonstruojamo objekto paviršiaus struktūrą ir aplinkos įtaką (objekto apšvietimą, įvairius atspindžius ir pan.). Aplinkos įtaka kameroms vienodėja, kameras išdėstant lygiagrečiai bei artinant vieną prie kitos.

Mažiausią pastebimą pokytį veikiantys veiksniai

Kameros apžvalgos laukas nurodo taškus, kurie yra matomi kameroje . Apžvalgos stereolaukas nurodo tuos objekto taškus, kurie yra matomi abiejų kamerų. Reikia atkreipti dėmesį į tai, kad nepriklausomai nuo kameros lęšių, tik tam tikru atstumu nutolę objekto taškai bus ryškiai matomi. Visi kiti taškai bus daugiau ar mažiau susilieję.

Dviejų kamerų apžvalgos stereolaukas yra plačiai aprašytas [4]. Tarkime, kad analizuojami objektai yra nutolę nuo kameros tik du kartus didesniu atstumu nei kameros, nutolusios viena nuo kitos. Galima nesunkiai įsitikinti, kad sumažinus kampą tarp kamerų 30º , apžvalgos laukas padidėja 2,5 karto. Kartu sumažėja nepageidaujamo kamerų judėjimo įtaka.

Norint kuo tiksliau rekonstruoti trimačius vaizdus, reikia įvertinti mažiausius analizuojamo objekto paviršiaus pokyčius ir kiek įmanoma tiksliau išskirti būdinguosius taškus, kuriuos vėliau galima naudoti trimačių vaizdų rekonstrukcijai. Mažiausias pastebimas analizuojamo paviršiaus pokytis taip pat priklauso nuo minimalaus kampo pokyčio, kurį galima pastebėti [5]. Šis parametras taip pat priklauso ir nuo kameros jutiklio matricos skyros.

Mažiausias pastebimas pokytis D (3 pav.) gali būti išreikštas mažiausiu pastebimu kampo pokyčiu:

čia d – plotis srities, kurią dengia vienas jutiklis. Šis parametras gali būti apskaičiuotas pagal formulę

čia α – kameros apžvalgos kampas; h ir v – atitinkamai jutiklių skaičius kameros jutiklių matricos horizontalėje ir vertikalėje.


3 pav. Mažiausio pastebimo pokyčio iliustracija

Remiantis (5) ir (6) išraiškomis ir 3 pav. matyti, kad esant pastoviam h ir v mažiausias pastebimas pokytis mažėja, kai didinamas atstumas tarp kamerų arba mažinamas atstumas nuo kamerų iki objekto, arba mažinamas mažiausias pastebimo pokyčio kampas. Dar vienas būdas sumažinti dydį D – didinti γ kampą tarp kamerų centrinių ašių (1 pav.).

Objekto stebėjimo kampo įtaka būdingųjų taškų paieškai vaizde

Trimačių vaizdų rekonstrukcijoje dviejų kamerų vaizduose ieškoma būdingųjų taškų ir jų tarpusavio atitikmens ir tuo remiantis sprendžiama apie objekto ir jo paviršiaus struktūrą. Rekonstruojamo objekto tipas dažnai lemia būdingųjų taškų parinkimo algoritmą, pvz., veido būdingiems taškams išskirti naudojami vaizdu pagrįsti, požymiais pagrįsti ar kombinuoti metodai [6].

Tolesniuose tyrimuose taikytas Harris ir Stephens [7] pasiūlytas būdingųjų taškų paieškos algoritmas. Šis algoritmas remiasi vaizdų autokoreliacijos skaičiavimu. Prieš tai vaizdai dar filtruojami:

čia I – pradinis vaizdas; M – filtro kaukė; C – nufiltruotas vaizdas; x ir y atitinkamai nurodo apdorojamo vaizdo taško eilutės ir stulpelio numerį; i ir j – atitinkamai filtro kaukės stulpelių ir eilučių indeksai.

Vaizdui sulieti dažniausiai taikomos šios kaukės: diferencinė, centruota, paprastoji suliejimo, Gauso. Šiuose tyrimuose naudosime Gauso vaizdo suliejimo kaukę:

čia σ2 – dispersija. Naudojantis šia kauke, vaizdas kraštuose suliejamas švelniai, o visi smulkūs elementai mažesni už pasirinktą kaukės dydį efektyviai pašalinami. Vaizdų spalvų suliejimas yra išsamiai aprašytas [8,9].

Vaizdo autokoreliacija gali būti išreikšta kaip atskirų taškų intensyvumų skirtumų kvadratų suma:

Eksperimentams naudotas Rubiko kubas, fotografuotas sukant jį apie vertikaliąją ašį kas 5º nuo 0º iki 90º. Gautuose vaizduose analizuota viena iš kubo plokštumų, ieškant būdingųjų taškų, nekeičiant filtro parametrų. Gauso filtro kaukės plotis parinktas lygus 9, remiantis bandymais su įvairaus pobūdžio vaizdais [10].

Dydis σ pariktas lygus 4, kadangi ši vertė bandymų metu lėmė didesnį rastų naudingų būdingųjų taškų skaičių. Parinktame būdingųjų taškų skaičiavimo algoritme galima nurodyti leistinų rasti būdingųjų taškų skaičių. Parinkę per didelį šį skaičių, galima gauti daug nepageidaujamų taškų (žr. 4 pav.). Nagrinėjamu atveju maksimalus leistinų rasti būdingųjų taškų skaičius 150 leido nustatyti daugiausiai naudingųjų taškų beveik visame stebėjimo kampų intervale, sukant kubą nuo 0º iki 60º.


4 pav. Būdingųjų taškų paieškos rezultatai esant maksimaliam leistinų rasti taškų skaičiui: a – 150; b – 350

Trimačių vaizdų rekonstrukcijoje reikia rasti kuo daugiau būdingųjų taškų, siekiant kuo tiksliau apibrėžti paviršiaus struktūrą. Būdingųjų taškų paieškos eksperimentų rezultatai yra pateikti 5 paveiksle.

Kai nustatytas maksimalus leistinų rasti būdingųjų taškų skaičius viršija 140–150, naudingų taškų skaičius labai kinta. Pavyzdžiui, jei parenkamas maksimalus taškų skaičius lygus 200, naudingų būdingųjų taškų skaičius kinta nuo 140 iki 200, objektą pasukus vos 5º kampu (5 pav.). Atliktų eksperimentų metu nustatyta, kad pagal pasirinktą algoritmą kubo vaizde randama ne daugiau kaip 210 naudingųjų būdingųjų taškų. Kaip matyti 5 paveiksle, kai leistinų rasti būdingųjų taškų skaičius yra artimas 150, randami tik naudingieji taškai stebėjimo kampui kintant nuo 0º iki 60º. Tai yra apie 70 % visų galimų rasti naudingų būdingųjų taškų.


5 pav. Naudingų būdingųjų taškų paieškos rezultatai

Kitas trimačių vaizdų rekonstrukcijos etapas yra vienas kitą atitinkančių būdingųjų taškų paieška. Šiame etape kamerų tarpusavio padėtis taip pat yra vienas iš labai svarbių sutapdinimo tikslumą lemiančių veiksnių. Kadangi taškams sutapdinti naudojami koreliacija pagrįsti algoritmai, kampo tarp kamerų centrinių ašių padidinimas lemia nevienodas objekto paviršiaus apšvietimo sąlygas bei didelius perspektyvos kitimus. Todėl, naudojant koreliacija pagrįstus būdingųjų taškų sutapdinimo metodus, kameras rekomenduojama išdėstyti taip, kad kampas tarp centrinių ašių neviršytų 20º [11].

Išvados

Iškraipymus, gautus dėl nepageidautino kamerų judėjimo apie vertikaliąją ašį, galima sumažinti padidinus kampą tarp kamerų centrinių ašių.

Padidinus kampą tarp kamerų centrinių ašių, esant nedideliems atstumams iki objekto, stereolaukas padidėja. Trimačių vaizdų rekonstrukcijos tikslumas didėja didinant kampą tarp kamerų centrinių ašių ir mažinant atstumą iki objekto.

Keičiant kampą tarp kamerų nuo 0º iki 60º, keičiasi ir objekto stebėjimo kampas, o kartu gaunami naudingi taškai sudaro iki 70 % visų galimų rasti būdingųjų taškų.

Literatūra

  1. Stanikūnas R., Bliznikas Z., Vaitkevičius H., Švegžda A. Objekto trimačio vaizdo atkūrimas iš jo dviejų kontūrų neturinčių dvimačių atvaizdų // Elektronika ir elektrotechnika. – Kaunas: Technologija, 2002. – Nr. 1(36). – P. 43–47.
  2. Schalkoff R. J. Digital image processing and computer vision // New York: Wiley, 1989. – P. 30–39.
  3. Serackis A., Navakauskas D. Investigation of uncertainties in 3D reconstruction // Известия Белорусской инженерной академии. – Минск, 2005 (in press).
  4. Roberts D. R., Marshall A. D. Viewpoint Selection for Complete Surface Coverage of Three Dimensional Objects // Proceedings of the British Machine Vision Conference. – Southampton, 1998. – Vol. 2. – P. 740–750.
  5. Шмаков П. В., Колинб К. Т., Джакония В. Е. Стереотелевидение // Связь, 1968. – P. 22–27.
  6. Dervinis D. Būdingų veido taškų išskyrimas dvimačiame vaizde // Elektronika ir elektrotechnika. – Kaunas: Technologija, 2004. – Nr.5(54). – P. 18–22.
  7. Harris C., Stephens M. A combined corner and edge detector // In Proceedings Alvey Conference, 1987. – P. 189–192.
  8. Valantinas J., Morkevičius N. Smoothness Analysis of Two-dimensional Gray-level Images // Information technology and control – Kaunas: Technologija, 2000. – No.1(14). – P. 15–24.
  9. Morkevičius N., Valantinas J. On the Application of Image Smoothness Estimates to Adaptive Coding of Gray-Scale Images // Information Technology and Control – Kaunas: Technologija, 2002. – No. 1(22). – P. 13–21.
  10. Torr P. H. S. A structure and motion toolkit in Matlab // Microsoft Research, 2002. – P. 7–13.
  11. Serackis A., Navakauskas D. Influence of object view angle to 3D stereo reconstruction // Scientific announcements of the Scientific-Technical Union of Mechanical Engineering. – Bulgaria, 2005 (in press).

A. Serackis, D. Navakauskas. Dviejų kamerų tarpusavio padėties įtaka trimačių vaizdų rekonstrukcijai // Elektronika ir elektrotechnika. – Kaunas: Technologija, 2006. – Nr. 1(65). – P. 77–80.





Draudžiama platinti, skelbti, kopijuoti
informaciją su nurodyta autoriaus teisių žyma be redakcijos sutikimo.

Global electronic components distributor – Allicdata Electronics

Electronic component supply – „Eurodis Electronics“

LOKMITA – įvairi matavimo, testavimo, analizės ir litavimo produkcija

Full feature custom PCB prototype service

GENERAL FINANCING BANKAS

Mokslo festivalis „Erdvėlaivis Žemė

LTV.LT - lietuviškų tinklalapių vitrina

„Konstanta 42“

Technologijos.lt

Buitinė technika ir elektronika internetu žemos kainos – Zuza.lt

www.esaugumas.lt – apsaugok savo kompiuterį!

PriedaiMobiliems.lt – telefonų priedai ir aksesuarai

„Deinavos baldai“ — šeimos baldai


Reklama
‡ 1999–2024 © Elektronika.lt | Autoriaus teisės | Privatumo politika | Atsakomybės ribojimas | Reklama | Turinys | Kontaktai LTV.LT - lietuviškų tinklalapių vitrina Valid XHTML 1.0!
Script hook v, Openiv, Menyoo
gta5mod.net
Farming Simulator 2019 Mods, FS22 Mods, FS22 Maps
farmingsimulator19mods.fr
Optical filters, UV optics, electro optical crystals
www.eksmaoptics.com
Reklamos paslaugos
SEO sprendimai

www.addad.lt
Elektroninių parduotuvių optimizavimas „Google“ paieškos sistemai
www.seospiders.lt
FS22 mods, Farming simulator 22 mods,
FS22 maps

fs22.com
Reklama


Reklama