Mašinska vizija Dr Nenad Jovičić 2017. tnt.etf.rs/~mv
Camera Obscura Camera Obscura, Gemma Frisius, 1558
Model Pinhole kamere image plane y r ( x, y, z) optical axis effective focal length, f z x pinhole r' ( x', y', f ') r' f ' r z x' f ' x z y' f ' y z
Primeri
Uvećanje image plane f optical axis y x z Pinhole planar scene A B A B d d z y y f y y z x x f x x z y f y z x f x ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' From perspective projection: Magnification: z f y x y x d d m ' ) ( ) ( ') ( ') ( ' 2 2 2 2 ),, ( ),, ( z y y x x B z y x A ') ', ' ', ' '( ') ', ', '( f y y x x B f y x A 2 m Area Area scene image
Problemi Otvor (apeertura) mora biti veoma mali da bi slika bila oštra. Ali, sa smanjivanjem otvora smanjuje se količina svetlosti koja prolazi kroz otvor. Ako je otvor uporediv sa talasnom dužinom nastupa difrakcija koja blur-uje sliku. Najjasnija slika se dobija kada je zadovoljeno: Primer: ako je f = 50mm, λ = 600nm (red), d = 0.36mm d 2 f '
Model tankog sočiva Sočiva se uvode da bi se rešili problemi prisutni kod pinhole kamere. Sočivo obezbeđuje da kroz njega prođe više svetlosti, ali i da ta svetlost može da se fokusira Jednačina tankog sočiva: Ravan površine senzora Apertura (blenda) Tačkasti izvor Efektivno uvećanje: za
F-broj F broj je praktično odnos žižine daljine i efektivnog prečnika sočiva. F-broj: Vrednosti F brojeva su standardizovane Površina otvora se pri svakom povećavanju n za 1 prepolovi.
Fokus Kod pinhole kamere slika se uvek stvara na istom mesto, dok se u slučaju sočiva ravan slike menja... Izoštravanje tj. fokusiranje se vrši efektivnim pomeranjem sočiva u odnosu na površinu senzora. Za obejkte koju su u beskonačnosti površina senzora treba da se nalazi u žiži sočiva. Jednačina tankog sočiva: sledi Uvećanje: za
Dubina polja
Dubina polja (Depth of field - DOF) Apertura (blenda) Tačkasti izvor Ravan površine senzora Početne jednačine: Rezultat:
Dubina polja (Depth of field - DOF) Dubina polja je veća što je otvor blende manji. Dubina polja je asimetrična Ukoliko hoćemo da svi objekti udaljeniji od objekta koji je trenutno u fokusa budu jasni dobijamo: Takozvana hiperfokalna udaljenost
Vidno polje Angular Field of View Vidno polje uglavna mera koja pokazuje koliko široko vidi vaš sistem, i direktno zavisi od dimenzija senzora i parametara sočiva
Kako biramo sočivo Najčešće se kreće od poznate veličine senzora. Sočivo mora da pokriva izabrani senzor. Sledeći parametar sočiva je žižina daljina. Najčešće su poznati radni uslovi tj. radna udaljenost objekta od sočiva i veličina objekta. Na osnovu tih parametara moguće je odrediti željenu ugaonu širinu polja.
Kako biramo sočivo Primer: Senzor je Sony ICX274 dimenzija 8.50mm (H) 6.80mm (V) Radna udaljenost je WD=300mm Dominantna je širina objekta od FOV=100mm AFOV=2*atan(FOV/2WD)=18.92 deg Ako se koristi aproksimacija da je WD>>f dobija se da je potrebno f=h/2*tan(afov/2)= 51mm
Biramo sočivo - veće ili manje f? Izbor sočiva zavisi i od osvetljenja.
Rezolucija Mera sposobnosti sistema da izdvaja detalje. Često se izražava preko frekvencije koja se definiše kao broj parova crno-belih linija po milimetru (lp/mm).
Senzor i objekat Rezolucija u prostoru slike je praktično rezolucija senzora tj. definisana je veličinom piksela. Rezolucija u prostoru objekta tj. Scene je definisana demenzijom detalja na samom objektu. PMAG primary magnification
Da li je veća rezolucija bolja?
Kako se testira rezolucija? USAF1951 target Vertikalne i horizontalne linije različitih frekvencija.
Isto sočivo različite kamere Analogna i digitalna kamera u boji Senzori iste veličine ali različite rezolucije Vidljivi kolor artefakti Vidljiv astigmatizam kod analogne kamere zbog pravougaonih piksela 0.3Mpix analog 1.3Mpix digital
Isti senzor a različita sočiva Naizgled identična kvalitet...
Isti senzora a različita sočiva Levo sočivo je čak i skuplje od desnog. Suština je u tome da levo sočivo ima lošiji kontrast... Levo sočivo prikazuje detalje ali ima slabiji kontrast...
Značaj kontrasta Tipična aplikacija sortiranja na osnovu boje.
Značaj kontrasta Slab kontrast otežava dalje procesiranje. Na primer automatsko postavljanje praga za binarizaciju.
Šta je kontrast Kontrast je mera separacije intenziteta najtamnijeg i najsvetljijeg dela slike.
Veza rezolucije i kontrasta Rezolucija i kontrast su tesno povezani. Efektivna rezolucija se definiše na određenom nivou kontrasta. U sistemima mašinske vizije rezolucija se definiše na nivou kontrasta od 10-20% Ljudsko oko reaguje na kontrast koji je za red veličine manji 1-2%
Kako kontrast zavisi od frekvencije Idealna tačka na objektu se uvek transformiše u razmrljanu tačku na senzoru, po nekoj Gausovskoj krivo. Razlozi leže u neidealnoj optici, otvoru blende, samom senzoru i slično. Sa približavanjem tačaka smanjuje se kontrast među njima. Za definisan granični kontrast dolazi se do granične efektivne rezolucije.
Ronchi rulling ili Ronkijeva rešetka
Poređenje različitih sočiva
Frekvencija i Modulaciona Transfer Funkcija (MTF)
Koja MTF je bolja? Zavisi od aplikacije Ako radimo sa velikim objektima plava je bolje, a ako radimo sa malim crvena je bolja
Šta sve ima MTF Svaka komponenta vision sistema ima svoju MTF: socivo, senzor, monitor..itd Primer MTF-a tipičnog ccd senzora:
Šta sve ima MTF Svaka komponenta vision sistema ima svoju MTF: socivo, senzor, monitor..itd Primer MTF-a tipičnog ccd senzora:
Poređenje dva različita sočiva Primer iz centra slike Rezolucija je 0.02 Sločivo B ima 5% bolji kontrast na ovim učestanostima
Poređenje dva različita sočiva Primer iz ugla slike Rezolucija je 0.02 Sločivo A ima 35% bolji kontrast na ovim učestanostima
Poređenje dva različita sočiva Primer iz centra slike Rezolucija je 0.0067 Sločivo A ima 40% bolji kontrast na ovim učestanostima
Poređenje dva različita sočiva Primer iz ugla slike Rezolucija je 0.0067 Sločivo A ima 50% bolji kontrast na ovim učestanostima
Da li MTF zavisi od ugla tj. orjentacije? Start target je zgodna je istovremeno daje informaciju o ponašanju na različitim učestanostima, ali i u različitim pravcima.
Različita sočiva
Različita sočiva
Više krivih za različite udaljenosti od centra T- tangecijalna ravan S-sagitlna ravan Crna linija - difrakciona granica Čitanje MTF
Uticaj talasne dužine na MTF Gornji grafik je za svetlost talasne dužine 660nm (crvena), a donji za širokopojasn u belu svetlost. Treba mi neka legenda o nacinu citanja MTF i ovim linijama i bojama.
MTF zavisi i od radne udaljenosti Gornji grafik je za 6 a donji za 14.