Imaging video tridimensionale ad alta risoluzione e ad alta velocità con tecniche di proiezione digitale con frangia

L'obiettivo generale di questa procedura è acquisire video 3D ad alta risoluzione a velocità pari o superiore a quella in tempo reale. Ciò si ottiene proiettando prima immagini con motivo di frangia sinusoidale sul soggetto ad alta velocità utilizzando un proiettore digitale per l'elaborazione della luce. Tre modelli di cosign spostati vengono proiettati in sequenza per ottenere un'elevata precisione.

Una fotocamera viene utilizzata per catturare queste immagini da un altro angolo di visione. Il secondo passaggio consiste nel calcolare la fase di wrapping da ciascun set di tre immagini di pattern di frange. Ciò si ottiene utilizzando la funzione arco tangente e i valori di intensità dell'immagine.

Successivamente, le fasi vengono srotolate per rimuovere le due discontinuità pi greco che risultano dalla funzione arco tangente. Il passaggio finale consiste nel recuperare la profondità dalla fase di srotolamento del soggetto. Questa è la differenza tra le mappe di fase non avvolte del soggetto e il piano di calibrazione opportunamente scalato e tradotto da costanti trovate utilizzando un oggetto di riferimento.

In definitiva, i fotogrammi di dati risultanti possono essere visualizzati utilizzando un software di grafica. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ad altri metodi esistenti come la scansione laser, è che è in grado di offrire sia un'alta risoluzione che un'alta velocità. Poiché i modelli sinusoidali noti vengono proiettati sul soggetto, è possibile recuperare un punto dati 3D per ogni pixel della fotocamera utilizzata con una fotocamera 5 76 x 5 76.

Siamo in grado di recuperare oltre 300.000 punti dati 3D per fotogramma. Sebbene questo metodo abbia potenziali applicazioni mediche come catturare la formazione delle espressioni facciali o la superficie pulsante di un cuore, può essere applicato anche a numerose altre aree di studio. Consente l'acquisizione del movimento facciale ad alta risoluzione per l'uso in film e videogiochi o un metodo avanzato di videoconferenza.

Potrebbe anche essere utilizzato per rilevare difetti in un ambiente di produzione. La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale come calibrazione. Le fasi di elaborazione sono difficili da apprendere a causa dell'età visiva del sistema e delle sue misurazioni.

Il modo più semplice e facile per rilevare i problemi è con un esame visivo addestrato. Il primo passo consiste nel generare i pattern di frangia che verranno proiettati. Questi vengono preparati in anticipo utilizzando un ambiente di programmazione delle immagini qui, matlab.

Questo video si concentrerà sull'uso dei modelli binari. Per produrre un pattern binario sfocato, utilizzare una tecnica di dithering per generare pattern sinusoidali utilizzando solo pixel di nero puro e bianco puro. Crea tre immagini del modello spostate in fase l'una dall'altra di due pi greco su tre, come richiesto dall'algoritmo di sfasamento a tre fasi.

In questa dimostrazione, vengono prodotti due set aggiuntivi di tre per la tecnica multifrequenza, in grado di catturare cambiamenti più nitidi in profondità. Quindi, selezionare un proiettore digitale ad alta velocità con un'impostazione monocromatica. Facilita il caricamento delle immagini da parte del software fornito con il proiettore per lo sfasamento.

A questo punto, scegliete una fotocamera C, CD o COS in bianco e nero con la velocità di acquisizione corretta per il sistema. Tieni presente che la fotocamera dovrà acquisire l'intero set di immagini marginali per ogni fotogramma video per trovare la distanza alla quale il proiettore deve essere posizionato dall'oggetto. Spostare il proiettore rispetto a un'ampia superficie piana quando l'estensione verticale e orizzontale dell'immagine è leggermente più grande dell'oggetto da studiare.

Misurare la distanza del proiettore dalla parete. Utilizzare il campo visivo desiderato a questa distanza e le dimensioni del sensore della fotocamera per trovare la lunghezza focale dell'obiettivo. L'ultimo passaggio della configurazione consiste nel determinare la separazione angolare tra il proiettore e la telecamera con un angolo elevato tra questi componenti.

La triangolazione tra i punti caratteristica è ovvia, ma più caratteristiche si perdono nell'ombra. Con un piccolo angolo, la triangolazione diventa difficile aumentando il rumore nei risultati. In genere, da 10 a 15 gradi è un buon compromesso.

È consigliabile eseguire la calibrazione appena prima dell'acquisizione dei dati. Per un sistema di sfocatura binaria, sfocare l'obiettivo di proiezione fino a quando i modelli sul piano di imaging non assomigliano a sinusoidi di alta qualità. Ciò potrebbe richiedere un processo iterativo di esame dei dati di test e regolazione dell'obiettivo.

Se le frange si confondono, il proiettore è troppo sfocato. Se all'interno del motivo sono visibili dei punti, il proiettore è troppo a fuoco. Ora, posiziona una lavagna piatta nei campi visivi sia della fotocamera che del proiettore.

Proietta la prima delle immagini marginali sulla lavagna. Quindi catturalo con il progetto della fotocamera e registra le immagini marginali rimanenti. Allo stesso modo, salvare queste immagini marginali per la fase di elaborazione dei dati, etichettandole come piano di calibrazione.

Quindi, posizionate un oggetto di dimensioni note nel campo visivo del sistema. Qui viene utilizzato un cubo di schiuma rigida ricoperto da quadrati di schiuma adesiva diffusa. Proietta la stessa serie di immagini marginali sul cubo.

Catturando ciascuno con la fotocamera. Salvare le immagini acquisite per la fase di elaborazione, etichettandole come cubo di calibrazione. Per raccogliere dati.

Posiziona il soggetto sul piano focale della fotocamera, proietta le immagini marginali sul soggetto e catturale. L'alta velocità è in genere richiesta per una corretta acquisizione del movimento ad alta velocità. L'occhio umano può vedere solo le frange.

Nell'interferenza temporale. Utilizzare le immagini acquisite per facilitare la regolazione dell'apertura della fotocamera. Per ottimizzare il livello di luce, le immagini con frange devono essere il più luminose possibile, ma non sature.

Il passo successivo è la post-elaborazione dei dati. Nell'algoritmo di sfasamento a tre fasi, la fase è l'argomento della funzione di cosegno che determina la posizione di un punto all'interno del modello sinusoidale. È stato implementato un algoritmo per determinare questa fase in ogni punto dalle immagini marginali, questa fase di avvolgimento calcolata è nell'intervallo.

PI negativo a PI applica questo algoritmo al piano di calibrazione e al cubo e ai dati del soggetto. Quindi srotolare le mappe di fase utilizzando un altro algoritmo per aggiungere o sottrarre due pi greco ai salti di fase Nella tecnica multifrequenza, le mappe di fase avvolte per ciascuna frequenza vengono combinate per produrre un'unica mappa di fase non avvolta, a questo punto è importante rivedere la fase di calibrazione. Prendere una sezione trasversale orizzontale dal centro della mappa di fase del piano di calibrazione.

Rimuovere il profilo bulk per ottenere una stima dell'errore di fase. Se il modello proiettato era troppo focalizzato, l'errore sarà grande. Regolare l'obiettivo del proiettore secondo necessità per ottenere l'errore all'interno dell'intervallo.

Da 0,1 a 0,1 radianti negativi. Successivamente, un terzo algoritmo calcola la profondità del cubo di calibrazione. Questa è la differenza tra il cubo di calibrazione e le mappe di fase del piano di riferimento.

Da questo, viene determinato un fattore di scala. La profondità del soggetto si trova sottraendo la mappa delle fasi del piano di riferimento da quella del soggetto e applicando il fattore di scala. I dati possono ora essere salvati per la visualizzazione in MATLAB o in altri software di grafica 3D.

La tecnica consente l'imaging tridimensionale in tempo reale ad alta velocità di un volto umano a una risoluzione sufficientemente alta da rivelare dettagli fini. Il set di tre immagini a sinistra è il volto intero visualizzato in modalità 2D, texture, sovrapposizione, ombreggiatura e illuminazione e wireframe. Al centro c'è un primo piano della vista wireframe dell'area del naso.

Si noti che la densità dei punti a destra è una vista ravvicinata della regione intorno all'occhio. Queste immagini sono state prodotte utilizzando modelli di frange sinusoidali. Qui viene mostrato un video 3D della formazione di un sorriso.

Il video è stato catturato a 60 hertz con una risoluzione di 640 per 480: sono stati utilizzati modelli di frange sinusoidali. È possibile eseguire video 3D dal vivo, acquisizione, elaborazione e rendering. In questo video, le misurazioni 3D vengono visualizzate a 30 hertz sullo schermo del computer.

Come ultimo esempio delle capacità di questo metodo, questo mostra l'imaging video 3D di un cuore di coniglio vivo. Utilizzando la sfocatura binaria, la frequenza cardiaca era di circa 200 battiti al minuto. La velocità di acquisizione 3D era di 166 hertz con una risoluzione di 576 x 576.

Era necessaria un'alta velocità per evitare artefatti di movimento. Una volta padroneggiata la calibrazione, l'acquisizione e l'elaborazione dei dati possono essere eseguite in poche ore se eseguite correttamente. Con il software di elaborazione progettato per la velocità, molti, molti risultati del processore possono essere visualizzati sullo schermo del computer in tempo reale dopo il suo sviluppo.

Questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della meccanica delle superfici cardiache per studiare la geometria dinamica della superficie di un cuore di coniglio che batte utilizzando dati video 3D ad alta risoluzione. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una conoscenza di base di come progettare e utilizzare un sistema video 3D ad alta risoluzione e ad alta velocità. In particolare, è necessario avere familiarità con i concetti alla base della proiezione digitale a frange con i pattern binari focalizzati e il metodo di calibrazione del piano di riferimento.

Dovresti anche essere in grado di riconoscere la differenza tra mappe di fase scartate buone e cattive.