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Engineering

De alta resolução, de alta velocidade, de imagens de vídeo tridimensional com Franja Digital Técnicas de Projeção

Published: December 3, 2013 doi: 10.3791/50421
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
13D Machine Vision Laboratory, Department of Mechanical Engineering, Iowa State University

Abstract

Projeção franja Digital (DFP) técnicas fornecer medições 3D densas de mudar dinamicamente as superfícies. Como os olhos humanos e cérebro, DFP usa a triangulação entre os pontos correspondentes em duas vistas da mesma cena em ângulos diferentes para calcular a profundidade. No entanto, ao contrário de um método baseado em estéreo, o DFP usa um projetor de vídeo digital para substituir uma das câmeras 1. O projetor rapidamente projeta um padrão sinusoidal conhecido no assunto, ea superfície do assunto distorce esses padrões no campo de visão da câmera. Três padrões distorcidos (imagens franja) da câmera pode ser usada para calcular a profundidade usando triangulação.

Ao contrário de outros métodos de medição em 3D, técnicas de DFP levar a sistemas que tendem a ser mais rápido, mais baixo custo do equipamento, mais flexível e mais fácil de desenvolver. Sistemas DFP também pode alcançar a mesma resolução de medição como a câmera. Por esta razão, DFP e outras técnicas digitais de luz estruturada foram recentementefoco de intensa pesquisa (conforme resumido em 1-5). Aproveitando DFP, a unidade de processamento gráfico e algoritmos otimizados, temos desenvolvido um sistema capaz de aquisição de 30 Hz 3D vídeo dados, reconstrução e visualização de mais de 300.000 pontos de medição por quadro 6,7. Métodos desfoque DFP binários podem alcançar velocidades ainda maiores 8.

Diversas aplicações podem se beneficiar de técnicas de DFP. Nossos colaboradores têm utilizado os nossos sistemas para análise da função facial 9, animação facial 10, estuda mecânica cardíaca de 11, e medições de superfície do fluido, mas existem muitas outras aplicações potenciais. Este vídeo vai ensinar os fundamentos das técnicas de DFP e ilustrar o projeto e operação de um sistema de DFP desfoque binário.

Materials

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References

  1. Salvi, J., Fernandez, S., Pribanic, T., Llado, X. A state of the art in structured light patterns for surface profilometry. Patt. Recogn. 43, 2666-2680 (2010).
  2. Gorthi, S. S., Rastogi, P. Fringe projection techniques: Whither we are. Opt. Laser Eng. 48 (2), 133-140 (2010).
  3. Zhang, S. Recent progresses on real-time 3-D shape measurement using digital fringe projection techniques. Opt. Laser Eng. 48 (2), 149-158 (2010).
  4. Su, X., Zhang, Q. Dynamic 3-D shape measurement method: A review. Opt. Laser Eng. 48 (2), 191-204 (2010).
  5. Geng, J. Structured-light 3D surface imaging: a tutorial. Adv. Opt. Photonics. 3 (2), 128-160 (2011).
  6. Zhang, S., Yau, S. -T. High-resolution, real-time 3-D absolute coordinate measurement based on a phase-shifting method. Opt. Express. 14 (7), 2644-2649 (2006).
  7. Zhang, S., Royer, D., Yau, S. -T. GPU-assisted high-resolution, real-time 3-D shape measurement. Opt. Express. 14 (20), 9120-9129 (2006).
  8. Lei, S., Zhang, S. Flexible 3-D shape measurement using projector defocusing. Opt. Lett. 34 (20), 3080-3082 (2009).
  9. Mehta, R. P., Zhang, S., Hadlock, T. A. Novel 3-D video for quantification of facial movement. Otolaryngol. Head Neck Surg. 138 (4), 468-472 (2008).
  10. Wang, Y., et al. High resolution acquisition, learning and transfer of dynamic 3D facial expressions. Comput. Graph. Forum. 23 (3), (2004).
  11. Laughner, J. I., Zhang, S., Li, H., Efimov, I. R. Mapping cardiac surface mechanics with structured light imaging. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. , in press (2012).
  12. Ekstrand, L., Wang, Y., Karpinsky, N., Zhang, S. Superfast 3D profilometry with digital fringe projection and phase-shifting techniques. Handbook of 3-D machine vision: Optical metrology and imaging. , Taylor & Francis. Boca Raton, FL. (2012).
  13. Zhang, S., Huang, P. S. High-resolution real-time three-dimensional shape measurement. Opt. Eng. 45 (12), 123-601 (2006).
  14. Li, Y., Zhao, C., Qian, Y., Wang, H., Jin, H. High-speed and dense three-dimensional surface acquisition using defocused binary patterns for spatially isolated objects. Opt. Express. 18, 21-635 (2010).
  15. Wang, Y., Zhang, S. Superfast multifrequency phase-shifting technique with optimal pulse width modulation. Opt. Express. 19 (6), 5143-5148 (2011).
  16. Zhang, S., Huang, P. S. Novel method for structured light system calibration. Opt. Eng. 45 (8), 083601 (2006).
  17. Merner, L., Wang, Y., Zhang, S. Accurate calibration for 3D shape measurement system using a binary defocusing technique. Opt. Laser Eng. 51 (5), 514-519 (2013).
  18. Optical Shop Testing. Malacara, D. , 3rd, John Wiley and Sons. New York. (2007).
  19. Wang, Y., Zhang, S. Three-dimensional shape measurement with binary dithered patterns. Appl. Opt. 51 (27), 6631-6636 (2012).
  20. Ekstrand, L., Zhang, S. Autoexposure for three-dimensional shape measurement with a digital-light-processing projector. Opt. Eng. 50 (12), 123-603 (2011).
  21. Huang, P. S., Zhang, S. Fast three-step phase-shifting algorithm. Appl. Opt. 45 (21), 5086-5091 (2006).
  22. Zhang, S., Li, X., Yau, S. -T. Multilevel quality-guided phase unwrapping algorithm for real-time 3-D shape reconstruction. Appl. Opt. 46 (1), 50-57 (2007).
  23. Xu, Y., Ekstrand, L., Dai, J., Zhang, S. Phase error compensation for 3-D shape measurement with projector defocusing. Appl. Opt. 50 (18), 2572-2581 (2011).
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Ekstrand, L., Karpinsky, N., Wang, Y., Zhang, S. High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques. J. Vis. Exp. (82), e50421, doi:10.3791/50421 (2013).

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