Computer Stereo Vision teknikleri alt milimetre ölçümleri için uygun mu?

Bir nesneyi hayal etmek ve bu görüntüdeki özelliklerin yüksekliklerini milimetre alt kesinlik hassasiyetine türetmek istediğim bir projem var (tam olarak ne kadar kesin olarak henüz kesin olarak belirleneceği, ancak şimdilik 100 milimetrelik bir diyelim) .

Daha önce doğrudan lazer ölçüm tekniklerinin uygun olmayacağı konusunda bilgilendirildim.

• seyahat süresi çok küçük olacak ve bu nedenle hassas hesaplamalar yapmak için çok fazla hassasiyet gerektirecek
• Küçük titreşimler (cihazın yakınında yürüyen bir kişi gibi) sonuçları bozacaktır

Hassasiyeti başarabilen yaklaşık 1000 dolara satılan ancak titreşim probleminden muzdarip bir lazer cihazı gördüm (bu iyi, cihazın mekanik olarak izole edilmesi başka bir tartışma).

Daha uygun maliyetli ve stereo vizyonu alternatif olarak kabul edilen bir sonuç elde etmeyi tercih ederim. Bu alana yeni başlayan biri olarak, istenen hassasiyetin elde edilip edilemeyeceğinden emin değilim.

İstenen hassasiyet (en azından) teorik olarak ulaşılabilir mi?

Bu konuyu daha fazla açıklamaya yardımcı olacak tavsiye edilen bir kaynak veya kaynak var mı?

Ek Notlar

Söz konusu nesneler, bazen çok düşük kalınlıkta (1/16 "?) Yaklaşık 1/2" kare ila yaklaşık 2 1/2 "kare arasında değişecektir. Yüzeyin büyük bir yüzdesi düz olmalıdır, ancak bir test olacaktır bu iddiayı doğrulamak için olsun. Özellikler oldukça kaba (genellikle keskin geçişler) olacaktır. ^{17 Ağustos 11:00}

"Sert" ilginç nesnelerden biri yaklaşık 20 mm kare, 1,25 mm yükseklikte olacaktır. Söz konusu yüzey özellikleri tahmin ediyorum .1 - .3mm sırasına göre olacaktır. Kamera pozisyonu yukarıdaki 6 "sırasına göre olacaktır. Bu size daha iyi bir fikir veriyor mu? ^{17 Ağu, 15:15}

Tek bir profil / rölyef ölçümü yapmak istemiyorum, bunun yerine nesnenin yüzey yüksekliğini haritası oluşturmaya çalışıyorum. Nesnenin yüzey özellikleri ve ayrıca genel profil, önemli bir ilgi alanıdır.

Stereo görüntüleme

İstediğiniz doğruluk ve ne kadar yakın olmanız gerektiğine ilişkin ihtiyacınız olan geniş görüş alanı göz önüne alındığında, stereo görüntülemenin zorlu olabileceğini düşünüyorum, bu yüzden ölçmeye çalıştığınız farklılıkları bir şekilde arttırmanız gerekir .

Yapısal aydınlatma

Esasen bir nesnenin profilini ölçmeye çalışıyorsanız, tek bir yüksek çözünürlüklü kamera ve yapılandırılmış ışıklandırma düşündünüz mü?

^{Bu görüntünün loopteknolojisi sayesinde, izinsiz kullanılamaz, ancak umarım atıf yeterli olacaktır.}

Sığma açısı ne kadar sığ olursa, ölçebildiğiniz hassasiyet o kadar yüksek olur, ancak desteklenen alan derinliği ne kadar düşük olursa, uygulamanız için ihtiyaçlarınız için optimize etmeniz veya sisteminizi ayarlanabilir hale getirmeniz gerekir (0 için bir lazer açısı) -500um, 500-1500um ve diğerleri için başka). Yine de bu durumda, lazer pozisyonunu her değiştirdiğinizde muhtemelen kalibre etmeniz gerekecektir.

Bu arada, bunu denemenin çok ucuz bir yolu , bir temel çizgi lazer LED'i içeren bir çift Lazer Makası almak olacaktır .

Son olarak, titreşim problemini birden çok kez örnekleyerek, aykırı değerleri reddederek ve daha sonra ortalamalarını alarak giderebilirsiniz. Yine de daha iyi bir çözüm, tüm test cihazını bir granit bloğuna monte etmek olacaktır. Bu, geçmişte çalıştığım, fabrikalarda bile olsa mikron seviyesi pozisyonu ve odak derinliği gerektiren lazer mikro işleme aletleri için işe yaradı.

Bazı zarf hesaplamalarının arkası.

Yataydan 10 derecelik bir olay açısı ve 640x480 çözünürlük ve 87 x 65mm görüş alanına sahip bir kamera varsayalım. Eğer ışını, numunesiz olarak dikey çerçevenin altına gelecek şekilde yerleştirirsek ve numuneyi ışının üstünü çizecek şekilde yerleştirirsek, bu bize yaklaşık 15 mm'lik bir maksimum yükseklik ve dolayısıyla 24um civarında düzeltilmemiş bir çözünürlük vermelidir. Her piksel için çizgi ekranı yukarı yürür . Bu kurulumda, 0.1 mm'lik bir varyasyon, pozisyonda 4 piksellik bir değişken olarak görünmelidir.

Benzer şekilde, yataydan 2 derecelik bir olay açısı kullanırsak, bu daha sonra bize daha fazla fark edilir 20 için maksimum 3mm (Tan (2deg) * 87mm) yüksekliğe ve dolayısıyla piksel başına yaklaşık 4.7um'lik düzeltilmemiş bir çözünürlük verir. piksel atlayışı . Ancak bu muhtemelen çok daha doğru bir çizgi lazeri gerektirir.

Kamera yeterince yakınsa, çizginin gerçek konumunu temel çizgiye göre belirlemek için, kamera yüksekliğini kullanarak ikinci bir trig hesaplama yapmanız gerekebilir.

Ayrıca mutlak gerekmiyorsa unutmayın doğruluğunu ve yerel tekrarlanabilirlik yeterlidir sonra sadece olabilir lazer çizgisinin göreli konumunu görmek mümkün varlık (bunu verilen toleranslar dahilinde olduğundan emin olmak için bir numunenin düzlük profilleme söylüyorlar) yeterli.

Stereo sistemin kesinliği piksel boyutuyla sınırlıdır. Teorik olarak yüksek kaliteli kameralar bu hassasiyet için yeterli piksel yoğunluğuna sahip olmalıdır. Tabii ki, kameraların kalibre edilmesi ve nesnenin kameralara oldukça yakın olması gerekecektir.

Geometriye bağlıdır, ama kesinlikle prensipte.

Nesnelerinizin, tanımlayıcı özellikleri bir kameradan diğerine eşleştirebileceğiniz yeterli bir "dokuya" sahip olması gerekir ve ardından kameralarınızın, görüntü üzerine yansıtıldığında 0,01 mm'lik bir derinlik uyuşmazlığının> 1 piksele tekabül ettiği yeterli sayıda piksele sahip olmaları gerekir. uçak.

Lens distorsiyonlarını belirlemek, normalde bu ölçeklerde olduğundan daha büyük bir sorun olabilir.

Çok iyi çözünürlük için, en iyi seçeneğiniz muhtemelen Keyence'dan ucuz ve kolayca temin edilebilen bir lazer derinlik göstergesidir. Çalışıyorlar, nispeten ucuzlar ve bir endüstri standardı. http://www.keyence.com/products/measure/laser/laser.php

En ucuz 2D optik teknik, Ronchi kararlarını kullanarak bir "gölge Moire" sistemi oluşturmak olabilir. Birkaç yıl önce bir optik mühendisinin rehberliğinde, mat metal yüzeylerdeki küçük deformasyonları ölçmek için bazı taşınabilir cihazlar tasarladım. Yaklaşık 100 mikron (0,1 milimetre) derinlik değişikliklerini oldukça kolayca tespit edebildik ve tam olarak hatırlamama rağmen, yaklaşık 10 - 20 mikron arasındaki derinlik farklılıklarını tespit edebilirdik. Saçak deseni yorumlanması kolaydır ve aynı zamanda uygun bir yükseklik haritası sağlar.

İşte gölge Moire tekniğinin makul bir açıklaması: http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn787/idn787.htm

Bir Ronchi kararı 100 $ 'a mal olabilir: http://www.edmundoptics.com/products/displayproduct.cfm?productid=1831

Cihazın kendisi bir Ronchi rulosundan (hassas biriktirilmiş çizgilerden oluşan bir cam levhadır), cihaza sabit bir açıyla monte edilmiş bir ışık kaynağı ve aynı zamanda cihaza göre kesin bir açıya ayarlanmış bir görüntüleme tüpünden oluşur. Cihazımız yüzeye doğrudan temas ettiğinde, ancak temassız bir cihaz da yaratabilirsiniz.

Cihazı bir araya getirdikten sonra kalibre etmek istersiniz. Milimetrik başına beklenen saçak sayısı matematiğe göre ne olursa olsun, yine de kalibre etmeniz gerekir. Kalibrasyon için ince ayar blokları kullandık, en ince kısmı 1/2 mil (0.0005 inç, yaklaşık 12.5 mikron) bilinen bir kalınlığa sahip mylar tabaka idi. Cihazı, rulmanı, rulonun bir kenarı altına yerleştirilmiş mastarlı, yarı yansıtıcı bir yüzeye yerleştirirsiniz. Bu bir dizi saçak oluşturur. Ölçer bloğunun yüksekliğini ve cetvelin uzunluğunu biliyorsunuz, bu nedenle küçük bir trigonometri kullanarak milimetre başına saçak sayısını hesaplayabilirsiniz.

Tek kameralı lazer üçgenleme de bir seçenektir, ancak genellikle ilk göründüğünden daha zordur. Lazer üçgenleme kullanarak yaklaşık 0,1 mm'lik bir derinlik doğruluğu elde etmek çok fazla zaman alabilir ve bunlarla ilgili çok az şey vardır.

Yüksek hassasiyetli yüzey taraması için konfokal mikroskopi üzerine kurulu gerçekten güzel bir sistem satın almak için 100 bin dolara kadar para harcayabilirsiniz. Çok fenalar. http://en.wikipedia.org/wiki/Confocal_microscopy

Teoride seni durduracak hiçbir şey yok. Bununla birlikte, en azından bu ölçekte kendini gösterecek bir kaç görüntü yakalama sorununu düşünebilirim. Mikroskopi konusunda uzman değilim, işte birkaç sorun:

• Görüş hattındaki derinlik değişimi kameradan nesneye olan mesafeyle karşılaştırılabilir mi? Ölçeklendirilmiş ortografik kısıtlamalar altında düzeltme daha kolay olsa da (nesnenin derinlik değişimi, görüş hattı boyunca nesneden kameraya kadar olan mesafeye kıyasla küçüktür), bu size istenen ayrıntıyı vermez. Bu yüzden kameranın nesneye oldukça yakın olması gerekir.

• Nesnenin boyutuyla karşılaştırıldığında temel ne olurdu? Geniş taban çizgileri zordur, dar taban çizgileri için iyi teknikler vardır. Bu ölçekte ses fiziksel olarak birbirine yakın iki kamerayı bulmak zor olabilir.

(Cevabım bu site için konuyla ilgili olmasa da, bu cevabı OP’ye yardımcı olma umuduyla gönderme)

Düzenlendi: Aşağıdaki hesaplarım, resim boyunca yatay ve dikey ölçümler içindi. Stereo bazlı derinlik tahmini için geçerli değiller. Stereo-temelli derinlik tahmini için geçerli bir hesaplama görmek için, bkz. Martin Thompson'ın cevabı .

Wikipedia'ya göre, konfokal lazer tarama mikroskopisi yüzey profili oluşturmak için kullanışlıdır .

10μm (milimetrenin 100'ü) her tür mikroskopi cihazının kullanışlılığının başlangıç ​​noktasıdır, çünkü dijital görüntüleme cihazlarının kullanışlılığının altında sadece bir büyüklük sırasıdır (piksel başına yaklaşık 100μm, belki de 10 - 20 cm mesafede).

Varsayımlarım:

• Obje uzaklığı: 15cm
• görüş alanı: 10cm
• piksel cinsinden görüntü genişliği: 3000
• ham çözünürlük gücü: mm başına 30 piksel
• Doğru odaklanmış ve gürültü, optik ve sıkıştırma eserleri nedeniyle,
  • (nokta yayma işlevi) nesneler birbirinden 5 piksele kadar bulanık olabilir
• tahmini çözünürlük gücü: mm başına 6 piksel (160μm)

Bununla birlikte, gerekli işleme hassasiyetinde bir dizi lazer, optik ve görüntüleme bileşeni (ve çok önemli olan muhafaza) oluşturma meselesidir. Fakir bir adamın konfokal lazer tarama mikroskopisini yapmanın mümkün olup olmadığından emin değilim. (Ayrıca bu tür makinelerin ikinci el fiyatını da bilmiyorum.)

Böyle bir çözünürlükte, özel bir ışık kaynağı (yapılandırılmış ışık, lazer, vb.) Olmadan tek başına stereo vizyon, "doku eksikliği" sorunundan muzdarip olacaktır.

Teorik olarak mümkün. Pratik olarak ... çok yüksek çözünürlüklü stero kameralar gerektiren ve bazı matematik denklemlerini ortaya çıkaran zor bir problem gibi görünüyor.

Özellikle, ihtiyacınız olan minimum çözünürlüklü stereo kameranın ne olduğunu bulmak için en azından bir matematik denklemine ihtiyacınız olacak. Daha sonra, ne tür değişken algoritmaya ihtiyaç duyduğunuzu ve ne kadar iyi bir kalite ölçüme ihtiyacınız olduğunu bulmanız gerekecektir, böylece ölçtüğünüzü ölçtüğünüzü ölçersiniz.

Fakat sonuçta teorik olarak stereo kameralar kullanarak altı milimetreyi ölçmek mümkün ... bu denemek ve işe almak için daha fazla bir "mühendislik" problemi.

Metrolojide geçmişte çalıştım. Sistem l bu bir ike iki 1 mikron hassasiyet (alt piksel doğruluk) ila yaklaşık elde etmek için üç boyutlu görünüş ve iddia kullanın.

Bir lazer tarayıcı ve bir kodlayıcı içeren çözüm başka bir çözüm olabilir.

Benim işim bu sistemleri test etmekti. İstenen hassasiyeti güvenilir bir şekilde elde etmek mümkün değildi. Aslında, çoğu satıcı yapay olarak sayılarını arttırıyordu.

Mikroskoba gitmeyi öneririm. Otomatikleştirilmiş yol, ihtiyaç duyduğunuz hassasiyeti elde etmenizi kısıtlayan çok sayıda faktöre bağlıdır. Havacılık endüstrisi, 100k $ 'dan daha iyi olan ve kontrollü atmosferik basınç ve nemi olan kontrollü bir sıcaklık odasında bu hassasiyeti elde etmek için zorlanan zamanları ölçmek için CMM'leri kullanır . Ayrıca bu sistemler yıpranmaya maruz kalır ve her zaman yeniden kalibre edilmesi gerekir.

Ancak her şeyden önce, bu sistemlerin tüm ticari sırları kalibrasyon algoritmalarındadır. Bu gerçekten gizli sosu yapar ve yazılımın ve birkaç 5k yapmasını sağlar.$cameras can sell for over 100k$