Высокое разрешение, высокая скорость, Трехмерная Видео Формирование изображений с цифровой Fringe методы проекции

Это видео описывает основы методов цифровой проекции полос, которые обеспечивают плотные 3D-измерения динамически изменяющихся поверхностей. Оно также демонстрирует конструкцию и работу высокоскоростной системы двоичной расфокусировки, основанной на этих методах.

Общая цель этой процедуры заключается в захвате 3D-видео с высоким разрешением со скоростью реального времени или выше. Это достигается путем проецирования изображений синусоидального рисунка бахромы на объект с высокой скоростью с помощью проектора с цифровой обработкой света. Для достижения высокой точности последовательно проецируются три сдвинутых сосигнатурных шаблона.

Камера используется для захвата этих изображений под другим углом обзора. Второй шаг заключается в вычислении фазы обертывания по каждому набору из трех изображений узора бахрома. Это достигается с помощью функции дуговой касательной и значений интенсивности изображения.

Затем фазы разворачиваются для устранения двух разрывов числа пи, возникающих в результате функции касательной дуги. Последним шагом является извлечение глубины из фазы раскрытия объекта. Это разница между развернутыми фазовыми картами объекта и калибровочной плоскостью, соответствующим образом масштабированной и переведенной константами, найденными с помощью опорного объекта.

В конечном счете, полученные кадры данных могут быть отображены с помощью графического программного обеспечения. Основное преимущество этой методики перед другими существующими методами, такими как лазерное сканирование, заключается в том, что она способна как на высокое разрешение, так и на высокую скорость. Поскольку известные синусоидальные узоры проецируются на объект, точка 3D-данных может быть получена для каждого пикселя камеры, используемой с камерой 5 76 на 5 76.

Мы можем получить более 300 000 точек 3D-данных за кадр. Хотя этот метод имеет потенциальное медицинское применение, такое как фиксация формирования мимики или бьющейся поверхности сердца, он также может быть применен во многих других областях исследований. Он позволяет захватывать движение лица с высоким разрешением для использования в фильмах и видеоиграх, а также является усовершенствованным методом видеоконференций.

Он также может быть использован для обнаружения дефектов в производственной среде. Визуальная демонстрация этого метода имеет решающее значение в качестве калибровки. Этапы обработки данных сложны для изучения из-за визуального возраста системы и ее измерений.

Самый простой и легкий способ обнаружить проблемы – это обученный визуальный осмотр. Первым шагом является создание узоров на бахроме, которые будут проецироваться. Они заранее подготовлены с помощью среды программирования изображений здесь, matlab.

В этом видео речь пойдет об использовании бинарных паттернов. Чтобы создать расфокусированный двоичный образец, используйте метод сглаживания для создания синусоидальных узоров, используя только чистые черные и чисто белые пиксели. Создайте три изображения паттерна, сдвинутого по фазе друг от друга на два пи на три, как того требует трехступенчатый алгоритм фазового сдвига.

В этой демонстрации были созданы два дополнительных набора из трех наборов для многочастотной техники, которая может захватывать более резкие изменения глубины. Далее выберите высокоскоростной проектор с цифровой обработкой света с монохроматической настройкой. Упростите загрузку изображений с помощью программного обеспечения, поставляемого с проектором, для фазового сдвига.

Теперь выберите черно-белую камеру C, CD или COS с правильной скоростью захвата для системы. Имейте в виду, что камере потребуется захватить весь набор изображений полосы для каждого видеокадра, чтобы найти расстояние, на котором проектор должен быть размещен от объекта. Перемещайте проектор относительно большой плоской поверхности, когда вертикальная и горизонтальная протяженность изображения немного больше изучаемого объекта.

Измерьте расстояние от проектора до стены. Используйте нужное поле зрения на этом расстоянии и размер сенсора камеры, чтобы найти фокусное расстояние объектива. Последним этапом настройки является определение углового расстояния между проектором и камерой под большим углом между этими компонентами.

Триангуляция между характерными точками очевидна, но больше объектов теряется в тени. При малом угле триангуляция становится затруднительной, увеличивая шум в результатах. Как правило, от 10 до 15 градусов является хорошим компромиссом.

Лучше всего выполнять калибровку непосредственно перед сбором данных. Для бинарной системы расфокусировки расфокусируйте проекционный объектив до тех пор, пока узоры на плоскости изображения не станут напоминать высококачественные синусоиды. Для этого может потребоваться итеративный процесс изучения данных испытаний и регулировки объектива.

Если бахромы расплываются, проектор слишком расфокусирован. Если в узоре видны точки, проектор слишком сфокусирован. Теперь разместите плоскую доску в поле зрения камеры и проектора.

Спроецируйте первое из изображений с бахромой на доску. Затем запечатлейте его с помощью проекта камеры и запишите оставшиеся изображения с бахромой. Таким же образом сохраните эти изображения полос для этапа обработки данных, пометив их как калибровочную плоскость.

Затем поместите объект известных размеров в поле зрения системы. Здесь используется жесткий пенопластовый куб, покрытый квадратами диффузной клеевой пены. Спроецируйте ту же серию изображений с бахромой на куб.

Снимаем каждого на камеру. Сохраните захваченные изображения для этапа обработки, пометив их как калибровочный куб. Для сбора данных.

Расположите объект в фокальной плоскости камеры, спроецируйте изображения с полосой на объект и сделайте их съемку. Высокая скорость обычно требуется для корректного захвата движения на высокой скорости. Человеческий глаз может видеть только бахрому.

Во временной интерференции. Используйте отснятые изображения для корректировки диафрагмы камеры. Чтобы оптимизировать уровень освещенности, изображения с бахромой должны быть максимально яркими, но не насыщенными.

Следующим этапом является постобработка данных. В трехступенчатом алгоритме фазового сдвига фаза является аргументом кознаковой функции, определяющей положение точки в синусоидальной структуре. Реализован алгоритм для определения этой фазы в каждой точке по изображениям полосы, эта вычисленная обернутая фаза находится в интервале.

Отрицательный PI в PI применяет этот алгоритм к калибровочной плоскости, кубу и испытуемым данным. Затем разверните фазовые карты с помощью другого алгоритма для сложения или вычитания двух пи при фазовых скачках В многочастотном методе обернутые фазовые карты для каждой частоты объединяются для получения одной развернутой фазовой карты, на этом этапе важно вернуться к этапу калибровки. Возьмите горизонтальное поперечное сечение от центра фазовой карты калибровочной плоскости.

Удалите его объемный профиль, чтобы получить оценку фазовых ошибок. Если спроецированный шаблон был слишком сфокусированным, ошибка будет большой. При необходимости отрегулируйте объектив проектора, чтобы получить ошибку в этом диапазоне.

Отрицательные от 0,1 до 0,1 радиан. Далее третий алгоритм вычисляет глубину калибровочного куба. В этом и заключается разница между картами фаз калибровочного куба и фазовой плоскости отсчета.

Исходя из этого, определяется масштабный коэффициент. Глубина объекта определяется путем вычитания фазовой карты плоскости отсчета из карты объекта и применения масштабного коэффициента. Теперь данные можно сохранить для визуализации в MATLAB или другом программном обеспечении для 3D-графики.

Этот метод позволяет с высокой скоростью получать трехмерное изображение человеческого лица в режиме реального времени с разрешением, достаточно высоким, чтобы выявить мелкие детали. Набор из трех изображений слева — это анфас, отображаемый в режимах 2D, текстуры, наложения, затенения, освещения и каркаса. В центре представлен вид на проволочный каркас крупным планом области носа.

Обратите внимание, что плотность точек справа — это крупный план области вокруг глаза. Эти изображения были получены с использованием узоров синусоидальной каймы. Здесь показано 3D видео формирования улыбки.

Видео было снято на частоте 60 герц с разрешением 640 на 480 пикселей, были использованы синусоидальные узоры бахромы. Есть возможность делать живое 3D-видео, захватывать, обрабатывать и рендерить. В этом видео 3D-измерения отображаются на экране компьютера с частотой 30 герц.

В качестве последнего примера возможностей этого метода можно привести 3D-видеоизображение живого кроличьего сердца. При использовании бинарной расфокусировки частота сердечных сокращений составляла примерно 200 ударов в минуту. Скорость захвата 3D составила 166 герц с разрешением 576 на 576.

Высокая скорость была необходима для предотвращения артефактов движения. После того, как вы освоите калибровку, сбор и обработка данных могут быть выполнены за несколько часов при правильном выполнении. С помощью программного обеспечения для обработки, разработанного для обеспечения скорости, многие, многие результаты процессора могут отображаться на экране компьютера в режиме реального времени после его разработки.

Этот метод проложил путь исследователям в области механики сердечной поверхности к исследованию динамической геометрии поверхности бьющегося сердца кролика с использованием 3D-видеоданных с высоким разрешением. После просмотра этого видео у вас должно быть базовое представление о том, как проектировать и эксплуатировать высокоскоростную 3D-видеосистему с высоким разрешением. В частности, вы должны быть знакомы с концепциями, лежащими в основе цифровой проекции полос с сфокусированными двоичными шаблонами и методом калибровки в плоскости отсчета.

Вы также должны уметь распознавать разницу между хорошими и плохими картами фаз без упаковки.