عالية الدقة، والسرعة الفائقة، والتصوير ثلاثي الأبعاد الفيديو مع تقنيات الإسقاط هامش الرقمية

الهدف العام من هذا الإجراء هو التقاط فيديو ثلاثي الأبعاد عالي الدقة بسرعة في الوقت الفعلي أو أعلى. يتم تحقيق ذلك عن طريق عرض صور نمط الهامش الجيبي أولا على الموضوع بسرعة عالية باستخدام جهاز عرض رقمي لمعالجة الضوء. يتم عرض ثلاثة أنماط مشتركة متغيرة بالتسلسل لتحقيق دقة عالية.

يتم استخدام الكاميرا لالتقاط هذه الصور من زاوية عرض أخرى. الخطوة الثانية هي حساب المرحلة الملفوفة من كل مجموعة من ثلاث صور نمط هامشية. يتم تحقيق ذلك باستخدام وظيفة ظل القوس وقيم شدة الصورة.

بعد ذلك ، يتم فك المراحل لإزالة انقطاعي pi الناتجين عن دالة ظل القوس. الخطوة الأخيرة هي استرداد العمق من المرحلة غير المغلفة للموضوع. هذا هو الفرق بين خرائط الطور غير المغلفة للموضوع ومستوى المعايرة الذي تم تحجيمه وترجمته بشكل مناسب بواسطة الثوابت الموجودة باستخدام كائن مرجعي.

في النهاية ، يمكن عرض إطارات البيانات الناتجة باستخدام برامج الرسومات. الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الأخرى الموجودة مثل المسح بالليزر ، هي أنها قادرة على الدقة العالية والسرعة العالية. نظرا لعرض الأنماط الجيبية المعروفة على الموضوع ، يمكن استرداد نقطة بيانات ثلاثية الأبعاد لكل بكسل من الكاميرا المستخدمة مع كاميرا 5 76 × 5 76.

يمكننا استرداد أكثر من 300 ، 000 نقطة بيانات ثلاثية الأبعاد لكل إطار. على الرغم من أن هذه الطريقة لها تطبيقات طبية محتملة مثل التقاط تكوين تعابير الوجه أو السطح النابض للقلب ، إلا أنه يمكن تطبيقها أيضا على العديد من مجالات الدراسة الأخرى. يتيح التقاط حركة الوجه عالية الدقة لاستخدامها في الأفلام وألعاب الفيديو ، أو طريقة محسنة لمؤتمرات الفيديو.

يمكن استخدامه أيضا للكشف عن العيوب في بيئة التصنيع. يعد العرض المرئي لهذه الطريقة أمرا بالغ الأهمية كمعايرة. يصعب تعلم خطوات المعالجة بسبب العمر المرئي للنظام وقياساته.

أبسط وأسهل طريقة لاكتشاف المشكلات هي الفحص البصري المدرب. تتمثل الخطوة الأولى في إنشاء الأنماط الهامشية التي سيتم توقعها. يتم إعدادها مسبقا باستخدام بيئة برمجة الصور هنا ، matlab.

سيركز هذا الفيديو على استخدام الأنماط الثنائية. لإنتاج نمط ثنائي غير مركز، استخدم تقنية التذبذب لإنشاء أنماط جيبية باستخدام وحدات بكسل سوداء وبيضاء نقية فقط. قم بعمل ثلاث صور للنمط الذي تم إزاحته في الطور من بعضها البعض بمقدار اثنين من pi على ثلاثة ، كما هو مطلوب من قبل خوارزمية تحويل الطور ثلاثي الخطوات.

في هذا العرض التوضيحي ، يتم إنتاج مجموعتين إضافيتين من ثلاثة لتقنية الترددات المتعددة ، والتي يمكنها التقاط تغييرات أكثر حدة في العمق. بعد ذلك ، حدد جهاز عرض معالجة الضوء الرقمي عالي السرعة بإعداد أحادي اللون. قم بتسهيل البرنامج المزود مع جهاز العرض لتحميل الصور لتغيير الطور.

الآن ، اختر كاميرا C أو CD أو COS بالأبيض والأسود مع معدل الالتقاط الصحيح للنظام. ضع في اعتبارك أن الكاميرا ستحتاج إلى التقاط مجموعة كاملة من الصور الهامشية لكل إطار فيديو للعثور على المسافة التي يجب أن يوضع فيها جهاز العرض من الكائن. حرك جهاز العرض بالنسبة إلى سطح مستو كبير عندما يكون المدى الرأسي والأفقي للصورة أكبر قليلا من الكائن المراد دراسته.

قم بقياس مسافة جهاز العرض إلى الحائط. استخدم مجال الرؤية المطلوب على هذه المسافة وحجم مستشعر الكاميرا للعثور على البعد البؤري للعدسة. تتمثل خطوة التكوين الأخيرة في تحديد الفصل الزاوي بين جهاز العرض والكاميرا بزاوية كبيرة بين هذه المكونات.

التثليث بين نقاط الميزة واضح ، لكن المزيد من الميزات تضيع في الظل. بزاوية صغيرة ، يصبح التثليث صعبا مما يزيد من الضوضاء في النتائج. عادة ما تكون 10 إلى 15 درجة حلا وسطا جيدا.

من الأفضل إجراء المعايرة قبل التقاط البيانات مباشرة. بالنسبة لنظام إلغاء التركيز البؤري الثنائي ، قم بإلغاء تركيز عدسة الإسقاط حتى تشبه الأنماط الموجودة في مستوى التصوير الجيوب الأنفية عالية الجودة. قد يتطلب ذلك عملية تكرارية لفحص بيانات الاختبار وضبط العدسة.

إذا كانت الأطراف ضبابية معا ، فإن جهاز العرض غير مركزي للغاية. إذا كانت النقاط مرئية داخل النمط ، فهذا يعني أن جهاز العرض شديد التركيز. الآن ، ضع لوحا مسطحا في مجالات رؤية كل من الكاميرا وجهاز العرض.

اعرض أول الصور الهامشية على السبورة. ثم التقطها باستخدام مشروع الكاميرا وسجل الصور الهامشية المتبقية. بنفس الطريقة ، احفظ هذه الصور الهامشية لخطوة معالجة البيانات ، وقم بتسميتها على أنها مستوى المعايرة.

بعد ذلك ، ضع كائنا ذا أبعاد معروفة في مجال رؤية النظام. هنا ، يتم استخدام مكعب رغوة صلب مغطى بمربعات من الرغوة اللاصقة المنتشرة. اعرض نفس سلسلة الصور الهامشية على المكعب.

التقاط كل منها بالكاميرا. احفظ الصور الملتقطة لخطوة المعالجة ، وقم بتسميتها على أنها مكعب معايرة. لجمع البيانات.

ضع الهدف في المستوى البؤري للكاميرا ، واعرض الصور الهامشية على الهدف والتقطها. عادة ما تكون السرعة العالية مطلوبة لالتقاط الحركة الصحيحة بسرعة عالية. يمكن للعين البشرية أن ترى فقط الهامش.

في التدخل الزمني. استخدم الصور الملتقطة للمساعدة في إجراء تعديلات على فتحة الكاميرا. لتحسين مستوى الضوء ، يجب أن تكون الصور الهامشية ساطعة قدر الإمكان ، ولكن ليست مشبعة.

الخطوة التالية هي المعالجة اللاحقة للبيانات. في خوارزمية تحويل الطور المكونة من ثلاث خطوات ، فإن المرحلة هي وسيطة دالة cosign التي تحدد موضع النقطة داخل النمط الجيبي. تم تنفيذ خوارزمية لتحديد هذه المرحلة في كل نقطة من الصور الهامشية ، وهذه المرحلة الملفوفة المحسوبة في الفاصل الزمني.

يطبق PI السالب إلى PI هذه الخوارزمية على مستوى المعايرة والمكعب وبيانات الموضوع. ثم قم بفك خرائط الطور باستخدام خوارزمية أخرى لإضافة أو طرح اثنين من pi عند قفزات الطور في تقنية التردد المتعدد ، يتم دمج خرائط الطور الملفوفة لكل تردد للحصول على خريطة طور واحدة غير مغلفة ، في هذه المرحلة ، من المهم إعادة النظر في خطوة المعايرة. خذ مقطعا عرضيا أفقيا من مركز خريطة الطور لمستوى المعايرة.

قم بإزالة ملف التعريف المجمع للحصول على تقدير خطأ المرحلة. إذا كان النمط المتوقع مركزا للغاية ، فسيكون الخطأ كبيرا. اضبط عدسة جهاز العرض حسب الحاجة للحصول على خطأ داخل النطاق.

سالب 0.1 إلى 0.1 راديان. بعد ذلك ، تحسب خوارزمية ثالثة عمق مكعب المعايرة. هذا هو الفرق بين مكعب المعايرة وخرائط طور المستوى المرجعي.

من هذا ، يتم تحديد عامل المقياس. يتم العثور على عمق الموضوع عن طريق طرح خريطة الطور للمستوى المرجعي من خريطة الموضوع وتطبيق عامل المقياس. يمكن الآن حفظ البيانات للتصور في MATLAB أو برامج رسومية ثلاثية الأبعاد أخرى.

تسمح هذه التقنية بالتصوير ثلاثي الأبعاد بسرعة عالية في الوقت الفعلي لوجه بشري بدقة عالية بما يكفي للكشف عن التفاصيل الدقيقة. المجموعة المكونة من ثلاث صور على اليسار هي الوجه الكامل المعروض في أوضاع ثنائية الأبعاد ، والملمس ، والتراكب ، والتظليل ، والإضاءة والإطار السلكي. يوجد في الوسط عرض إطار سلكي عن قرب لمنطقة الأنف.

لاحظ أن كثافة النقاط على اليمين هي منظر عن قرب للمنطقة المحيطة بالعين. تم إنتاج هذه الصور باستخدام أنماط هامشية جيبية. يظهر هنا مقطع فيديو ثلاثي الأبعاد لتشكيل ابتسامة.

تم التقاط الفيديو عند 60 هرتز بدقة 640 × 480 تم استخدام أنماط هامشية جيبية. من الممكن عمل فيديو ثلاثي الأبعاد مباشر ، والالتقاط ، والمعالجة ، والعرض. في هذا الفيديو ، يتم عرض القياسات ثلاثية الأبعاد عند 30 هرتز على شاشة الكمبيوتر.

كمثال أخير على قدرات هذه الطريقة ، يوضح هذا تصوير الفيديو ثلاثي الأبعاد لقلب أرنب حي. باستخدام إلغاء التركيز البؤري الثنائي ، كان معدل ضربات القلب حوالي 200 نبضة في الدقيقة. كان معدل الالتقاط ثلاثي الأبعاد 166 هرتز بدقة 576 × 576.

كانت السرعة العالية ضرورية لمنع القطع الأثرية للحركة. بمجرد إتقان المعايرة ، يمكن التقاط البيانات ومعالجتها في غضون ساعات قليلة إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. من خلال برامج المعالجة المصممة للسرعة ، يمكن عرض العديد والعديد من نتائج المعالج على شاشة الكمبيوتر في الوقت الفعلي بعد تطويرها.

مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال ميكانيكا سطح القلب للتحقيق في هندسة السطح الديناميكية لقلب الأرنب النابض باستخدام بيانات فيديو ثلاثية الأبعاد عالية الدقة. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم أساسي لكيفية تصميم وتشغيل نظام فيديو ثلاثي الأبعاد عالي الدقة وعالي السرعة. على وجه الخصوص ، يجب أن تكون على دراية بالمفاهيم الكامنة وراء الإسقاط الهامشي الرقمي باستخدام الأنماط الثنائية المركزة وطريقة معايرة المستوى المرجعي.

يجب أن تكون قادرا أيضا على التعرف على الفرق بين خرائط الطور غير المغلفة الجيدة والسيئة.