Léeres távolságmérés mérési útmutató késült: IIT MoMic labor Lassó András. September 19.
Háromdimeniós látórendserek működése Általános alapelvek A ipar gyors fejlődése olyan módserek kifejlestését kívánja meg, amelyek kellőképpen rugalmasak, képesek alkalmakodni a váltoó körülményekhe, igényekhe. E a követelmény csak úgy teljesíthető, ha a folyamatokat irányító rendserek elegendő információt tudnak sereni a környeetükből. A ember, bár igen sokféle érékservvel rendelkeik a külvilágot leíró ismereteinek 9%-át a látás útján seri; és egyre inkább kitűnik, hogy a műsaki alkalmaások sem tudják nélkülöni a információserésnek et a formáját. Besl [] serint, egy mesterséges látórendser kellő rugalmasságáho, hogy különböő problémák megoldásáho ugyanaokat a eskööket hasnálhassuk, a rendelkeésre álló adatok feldolgoását - különösen a kedeti lépéseket - a lehető legkevesebb speciális, a adott feladatra jellemő, a priori ismeret felhasnálásával kell elvégeni e a úgyneveett adatveérelt feldolgoás, data driven processing. Eek a adatok solgálnak bemenetül a feldolgoás aon réséhe, amely felhasnálja a környeetről és a feladatról rendelkeésre álló információkat e a modellveérelt feldolgoás, model driven processing. A első mesterséges látórendserek a emberi sem által is érékelt látványból, a klassikus fényképeési eljárások útján késült képekből indultak ki. Eek a úgyneveett intenitásképek intensity image, melyek képek a só könapi értelmében; aa a egyes pontok fényessége attól függ, hogy a környeet adott pontnak megfelelő helyéről a érékelőbe mennyi fény jut. A intenitáskép a tárgyat megvilágító fénynek a érékelőbe való vissaverődéséből alakul ki. Mind a fényforrás, mind a érékelő modelleése igen bonyolult feladat, a objektumról pedig általános esetben semmilyen információ nem áll rendelkeésünkre, eért intenitáskép alapján nehé feladat a látott objektumok alakját, térbeli elhelyekedését meghatároni, és a adatok általában nem értelmehetők egyértelműen. Egyre sélesebb körben alkalmanak eért olyan eskööket, amelyek követlenül alkalmasak távolság mérésére. Eek a visgált térrésről úgyneveett távolságképet range image, depth map késítenek, melynek pontmátrixában távolságmérések eredményei serepelnek például a kép x1,y1 koordinátájú pontjának értéke: a objektum magassága - aa a xy síktól való távolsága - a x1,y1 pontban. A távolságkép aonban igen sok - általános célú módserek kidolgoásáho nélkülöhetetlen - információt nem tartalma a objektumról pl. felületének mintáata, anyagi minősége, és a képek bionyos kedveőtlen tulajdonságai pl. nem absolút integrálható megneheítik a feldolgoásukat. A intenitás- és távolságkép köötti kapcsolat Egy térbeli felület ideális esetben, x, y, Descartes koordináta rendserben matematikailag egy, a x, y síkbeli tartományon értelmeett = f x, y alakú egyenlettel írható le. A ideális távolságkép x,y koordinátájú pontjának a értéke ebben a esetben tehát a távolságkép a f függvény mintáit tartalmaa. A =fx,y távolságfüggvényt matematikailag visgálva: a értelmeési tartománya a alkalmaott felvételi módsertől függően a xy sík nem bitosan egyseresen össefüggő tartománya lehet, hogy egyes pontokról nem tudunk információt sereni, a értékkéslete pedig nem véges a távolság értéke végtelen is lehet. A függvény így nem absolút integrálható, eért nem Fourier-transformálható, een alapuló feldolgoási módserek csak korlátoottan alkalmahatóak. Ebből a ideális távolságkép alapján meghatároható a ideális intenitáskép, a megvilágítás és a reflexiós modell megadásával. A Lambert-féle reflexiós modell serint: I = ρ n s Ahol I itt a pont fényessége, ρ a vissaverődési tényeő a felület anyagi minőségétől, serkeetétől és a fény hullámhossától függő, n a felületi egységnormális, s a megvilágítás irányvektora. A normálvektor a f felületre:
így: n = f f x x, f x y + f, 1 y y + 1 s1, s, s3 f x, f y, 1 I = ρ f + f + 1 Ha ρ és s állandó, akkor a x,y pontban a intenitás a f függvény lényegében a távolságkép x és y koordináták serinti parciális deriváltjaival arányos. A ideális intenitáskép x,y koordinátájú pontjának a értéke tehát: I = I f x, f y Távolságképek késítése Távolságképek késítésére sok módser ismert, eeket a alábbi ábrán foglaltuk össe [6] alapján. A passív technikákban olyan képekkel dolgounk, amelyek a visgált területet megvilágító termésetes vagy mesterséges fények vissaverődéséből alakulnak ki. Általában több ilyen kép alapján határounk meg mélységi információt térben, időben felvett képsoroatból, vagy a intenitásképből kinyerhető más jellemőkből árnyékolás, kontúr stb.. [1] A aktív technikák esetén meghatároott jellel tapogatjuk le a visgált területet, leggyakrabban ultrahanggal vagy léerrel. Eek a módserek általában megbíhatóbb távolságadatokat solgáltatnak, mint a passív technikák. 3D távolságmérési módserek Aktív Passív Strukturált fényes Direkt Binokuláris stereo Monokuláris Pontonénti letapogatás, Csík vetítés, Össetett fény Lidar, Fáismodulációs Fókus, Árnyékolás, Interferencia, Mogás alapján Távolság mérésére hasnált módserek mesterséges látórendserekben A trianguláció elvét alkalmaó strukturált fényes módser egyes váltoatait ismertetjük és hasonlítjuk össe a követkeő résben [5] serinti ostályoást követve. 3
Pontonkénti léer letapogatás A trianguláció elvén alapuló legegyserűbb távolságérékelő érékelő válatos felépítése látható a alábbi ábrán. Léersugárral megvilágítjuk a visgált felület egy pontját, a onnan vissaverődő fényt egy gyűjtőlencsével a poícióérékelőre fókusáljuk. Annak alapján, hogy a poícióérékelő mely pontjára jut fény, a vissaverődés helye megállapítható. Pontonkénti léer letapogatás modellje Fénykés A pontonkénti letapogatás módosított váltoata, pontserű megvilágítás helyett a objektumra egy csíkot vetítünk, ahogy a alábbi ábrán látható. A csík előállítható gyorsan mogó léerpont segítségével, vagy egyéb fényforrás alkalmaásával. Egy felvételből a csík össes pontjának térbeli koordinátái meghatárohatóak, és e a pontonkénti letapogatásnál nagyobb sebességet tes lehetővé, a sámítási idő növekedése árán. Fénykéses megvilágítás Össetett fény A visgált területre egy időben több csíkot vetítünk, és eel egy lépésben a egés térrésről információt kapunk. Össetett fényes megvilágítás 4
A módser hátránya aonban, hogy a adatok kiértékelése nem minden esetben veet egyértelmű eredményhe, mint ahogy a a alábbi ábrán látható lépcsős felületnél megfigyelhető. A csíkok ugyanis a ugrás jellegű éleknél eltűnnek, majd a követkeő látható felületrésen bionyos eltolással ismét megjelennek. A eltolás mértéke a felület ismerete nélkül nem sámítható ki, eért a csíkok össekeveredhetnek, végigkövetésük nem lehetséges, a távolságmérés nem végehető el. Egyserre több csíkot vetítve a egyes csíkok menete nem minden esetben követhető végig egyértelműen Kódolt fény, és módosított váltoatai A előő pontban bemutatott módsernél leírt többértelműség kiküsöbölésére fejlestették ki et a eljárást. A visgált felületre itt is egyserre több csíkot vetítünk, de a területről több felvétel is késül és a egyes felvételeken a össes csík köül csak egyeseket jelenítünk meg, bionyos kódolás serint. Minden csíknak egyedi sötét/világos soroat felel meg, így eek egymástól egyértelműen elkülöníthetők. Kódolt fény: a egyes csíkokat bionyos kódolás serint világítjuk meg Lehetséges kódolás különböő sínek illetve sürkeárnyalatok alkalmaásával sínkódolás, eek a módserek aonban igen érékenyek a felületek minőségének, sínének váltoásaira, a környeetből sármaó fényhatásokra, eért csak speciális esetekben hasnálhatóak. Ha a csíkok intenitásának váltoása kosinus jellegű függvényt követ, és a függvény fáisát időben folyamatosan módosítjuk, akkor a ilyen módon megvilágított felületről késült néhány felvétel alapján, egyserű sámításokkal nyerhetünk igen pontos információkat a visgált felületről. Aonban többértelműségi problémák ennél a módsernél is felléphetnek, eért absolút távolság mérésére csak korlátoottan hasnálható. A csíkok intenitásának váltoása kosinusos függvényt követ 5
Alkalmaák e előbbi módserek kombinációit is: Sínkódolt fáistolás: egyserre vetítünk fel háromféle, fáisában eltolt intenitás-eloslást, különböő sínekkel, így egy felvételből meghatárohatjuk a térbeli információkat; a módser előnye, hogy nagyon gyors, így mogó tárgyak esetén is alkalmaható Fáistolás és kódolt fény kombinációja: a többértelműségek kisűrhetők és a kódolt fény módsernél pontosabb eredményekhe jutunk. A módserek össehasonlítása A előő pontokban leírt módserek jellemőit a alábbi tábláatban foglalhatjuk össe [5]: Módser Felbontás Korlátoó tényeők Sebesség Pontonkénti letapogatás Nagyon magas Mechanika Nagyon lassú Fénykés Köepes Mechanika és a Lassú kamera felbontása Kódolt fény Köepes Megvilágítás és a Köepes kamera felbontása Fáistolás Magas Sürkeárnyalatok Gyors képése és a kamera felbontása Sínkódolt Nagyon fáistolás gyors Magas többértelműség előfordulhat Sínek előállítása és a kamera felbontása Össetett fény Alacsony Megvilágítás és a kamera felbontása Sínkódolás Köepes Sínek előállítása és a kamera felbontása Nagyon gyors Nagyon gyors Mogó tárgyak mérése Nem lehetséges Korlátoásokkal Nem lehetséges Nem lehetséges Lehetséges Lehetséges Lehetséges Visgálható tárgyakra vonatkoó megkötések Kevés Kevés Köepes Köepes Nagyon sigorú a tárgy felülete nem tartalmahat lyukakat, árkokat Sigorú Sigorú a tárgy felülete egysínű kell legyen 6
A alkalmaott esköök és módserek ismertetése A mérőrendser felépítése és működése A mérőrendser sinkroniált triangulációt alkalma, ahol a sinkroniáció at jelenti, hogy a érékelő geometriai helyetét a letapogató léersugár mogatásával sinkronban váltotatjuk. Így a mérőrendserhe a detektált fénysugár eltérítő mechanimusa is hoátartoik. A mérőrendser felépítését a alábbi ábrán mutatjuk be. A 5mW-os HeNe léerforrásból 1 a fény a kétoldalas x irányú eltérítő tükörre, majd a 3 állótükrön megtörve a 4 y irányú eltérítő tükörre jut. A léerfénnyel megvilágított tárgyponton sétsóródó fény egy rése a 5, 6 és tükrökön kerestül a gyűjtőlencsébe 7 jut. A lencse a fényt a CCD érékelőre 9 fókusálja. A eltérítő tükröket a 1, 11, 1 galvánmotoros eltérítő egységek mogatják. A x irányú sinkroniációt a kétoldalas tükör automatikusan bitosítja. A y irányú sinkroniációt a 4 és 5 eltérítő tükrök mogatásának sinkroniálásával oldjuk meg. Így e a sinkron nem automatikus, és nem is tökéletes Egydimeniós CCD vonalérékelő alkalmaása esetén eért hengerlencse 8 elhelyeése sükésges, amely a gyűjtőlencséről érkeő fényt a érékelési sakasra merőleges fénycsíkba fókusálja. A mérőrendser felépítése A sinkroniált pontonkénti léer letapogatás geometriája A kétdimeniós geometriai modell A alábbi ábrán látható elrendeésben a x tengely d; pontjából vetítjük a letapogató léersugarat. A koordinátarendser origójában helyekedik el a kamera gyűjtőlencséjének geometriai köéppontja. Célunk, hogy a detektor egyenesére illestett P tengelyen meghatárouk a léerfény által megvilágított tárgypont képpontjának helyét. A P tengely pontja a P tengely és a lencse geometriai tengelyének metséspontjában van. A egyserűbb geometriai leírást segíti, hogy a detektor egyenesét a x síkban a origó körül elforgatjuk -9 -kal sinkroniáció, így a P tengely mindig párhuamos les a x tengellyel, tőle való távolsága pedig f l F =, 1 l f 7
8 ahol f a gyűjtőlencse fókustávolsága és l a tárgytávolság. A sinkron trianguláció geometriai modellje dimenióban Elemi koordinátageometriai megfontolások alapján, a leveetés mellőésével a képpont helye a detektor egyenesén: tg tg tg tg tg tg 1 tg tg tg / tg tg tg + + + + + + + = d d F p d d F p, 3 Ebből p-nek -re illetve x-re vonatkoó érékenysége: x d F x p É d F p É x = = = = 3 4, 5 Fenti két kifejeés össevetéséből látható, hogy p-nek -re való érékenysége jóval nagyobb, mint x-re. Et konkrét példával semléltetjük a alábbi ábrán = 75 mm, d = 15 mm, f = mm; ábráoltuk p függvényt =, és p x függvényt = feltétel mellett. A képpont helyete a vonalérékelőn p a távolság és a oldalirányú eltérítés x függvényében
A háromdimeniós geometriai modell A x tengelytől h távolságra helyekedik el a léersugár y irányú eltérítését és a detektált fénysugár vissatérítését bitosító síktükör H forgástengelye. Eel a y irányú sinkroniált eltérítéssel bitosítjuk, hogy a detektált fénysugár mindig vissatér a x síkba. A alábbi ábra serint a Px,y, és a x síkban lévő P x,y, pontoknak megfelelő p koordináta megegyeik. P pontho úgy jutunk, hogy a APB háromsöget H tengely körül a x síkba beforgatjuk. Ekkor és köött a követkeő össefüggés áll fenn: h = cos φ 6 ' h A trianguláció geometriai modellje három dimenióban A egyenlet serint P mérési eredmény ismeretében egyértelműen meghatároható. Ennek ismeretében Px,y, pont koordinátáit a követkeő össefüggések adják: = ' h cos φ + h y = ' h sin φ 7, 8, 9 ' x = + d tg + A fentiek alapján a sinkroniált triangulációs mérési elv alkalmaásának fő jellemői: - A x irányú sinkroniált eltérítés követketében a detektált fénypont poíciója lényegében csak a visgált tárgypont távolságának, koordinátájának a függvénye. Eért nagy mélységi felbontóképesség és nagy x irányú látósög érhető el. - A y irányú sinkroniáció a három dimeniós mérést valójában két dimeniós mérési feladattá transformálja. E lehetővé tesi, hogy detektorként vonalérékelőt alkalmaunk és, hogy y irányban is nagy látósöget érjünk el. A rendser korlátai Előfordul, hogy adott pontot megvilágítva a érékelőbe nem jut a környeeti fénynél sámottevően több energia: ilyen esetben nem tudunk távolságot mérni. Ennek okai a követkeők lehetnek: - a fénysugár áthalad vagy elnyelődik a felületen átlátsó, illetve erősen elnyelő vagy egyenetlen felületű tárgyakon, a felületről vissaverődő fény intenitása erősen lecsökken a - a tárgy felületén direkt reflexió történik, a beeső fénysugár jól meghatároott irányba verődik vissa, a sóródás mértéke csekély, így a érékelő látósögébe eső térrésből nem érkeik sámottevő mennyiségű fény b - a fénysugár köel párhuamos a tárgy felületével, így a léerpont véges kiterjedése miatt sélesebb mélységtartományból történik meg a vissaverődés és e a vonalérékelőn lapos, 9
elnyújtott csúcsként jelenik meg, amely nem különíthető el a környeetből sármaó avaró fények által okoott intenitásváltoásoktól c - árnyékolási jelenség: mivel a érékelő és a fényforrás nem egy pontban vannak, a tárgy leárnyékolhatja a megvilágított pontból sétsóródó fénynek a érékelő látósögébe eső rését d - a tárgy felülete olyan mértékben elnyeli a megvilágító fény energiáját, hogy a vissaverődő fény nem különíthető el a környeetből érkeő egyéb fényektől a b c d Bionyos esetekben a érékelőbe nem érkeik megfelelő intenitású vissavert fény a. többsörös vissaverődés, b. direkt reflexió, c. nagy beesési sög, d. árnyékolási jelenség A tárgy felületi minőségéből adódó problémák a léersugár energiájának növelésével, a érékelőre érkeő fény sűrésével, illetve a felület megváltotatásával a felület bevonása, mechanikai megmunkálás enyhíthetők. A nagy beesési sög miatt fellépő hatás intenitáscsökkenés mérsékelhető koncentráltabb fénynyaláb alkalmaásával. A árnyékolás jelensége a mérés elvéből adódik, csak akkor nyerhetünk maradéktalan leírást a tárgyról, ha at mogatjuk, különböő néőpontokból visgáljuk például dönthető, forgatható alapra helyeük el; ha a mogatás paraméterei rendelkeésre állnak, rekonstruálható a árnyékmentes látvány. A berendeés beállítása és kalibrációja A berendeés beállítása során bitosítanunk kell: - a két y irányú eltérítő tükör egytengelyűségét - a y irányú eltérítő tükrök és a CCD vonalérékelő párhuamosságát - a léerfény, a y irányú eltérítő tükrök és a CCD vonalérékelő egysíkúságát - a x irányú eltérítő tükör tengelyének merőlegességét a léerfény és a y irányú eltérítő tükrök tengelyére A berendeés kalibrációja: - távolságra elhelyeünk egy -tengelyre merőleges referencia síkot, amelynek segítségével elvégeük a x és y irányú eltérítés kalibrációját - beállítjuk a két y irányú eltérítő tükör együttmogását, sinkroniációját - elvégeük a referencia síkho visonyított mélységi irányú kalibrációt, úgy, hogy a távolságban elhelyeett referencia síkra ismert vastagságú mérőhasábokat helyeünk, és felvessük a p i, i 1
A mérőrendser megvalósítása Távolságkép felvételéhe a tükröket mogatva végig kell pástáuk a tárgyfelület pontjait, mindenütt megmérve a léerpont helyét a CCD érékelőn. Ehhe a feladatho egy PC-t hasnálunk, mely a jelfeldolgoó processorral felserelt kamerával egy sabványos RS-3 soros vonalon kommunikál, a tükröket pedig egy egyserű DA átalakító segítségével állítja. A mérési adatokat Matlab program segítségével értelmeük, elemeük és jelenítjük meg. Adatgyűjtő és veérlő PC DAC RS-3 X eltérítő tükör Y1 eltérítő tükör Y eltérítő tükör VC11 kamera Léeres távolságmérő A mérőrendser megvalósításának blokkválata Kamera és jelfeldolgoó A tárgyfelületről vissaverődő fényt a Vision Components cég VC11 típusjelű kamerájával detektáljuk, melyet kifejeetten valós-idejű képfeldolgoási feladatokho fejlestettek ki. Ehhe a kamerában egy nagy teljesítményű, jelfeldolgoó processor DSP Digital Signal Processor alapú sámítóművet valósítottak meg. A kamerában markerkövető algoritmust futtatunk a marker valamilyen jellegetes, a képen könnyen felismerhető objektum esetünkben a léersugár fényes beesési pontja. A marker súlypontjának aktuális poícióját a kamera a soros portján kerestül folyamatosan solgáltatja. A kamera működését alábbi ábrán látható blokkválata alapján mutatjuk be. CCD érékelő veérlő erősítő videojel A/D konverter kétirányú puffer digitális videojel fedőkép keverő D/A konverter ADSP 181 jelfeldolgoó processor 4 bemeneti 4 kimeneti register PLC bemenetek PLC kimenetek V4 V4 puffer V4 MB DRAM 51 kb Flash-EPROM Érékelő panel CPU panel Kapcsolati panel Vision Components VC11 videokamera blokkválata A kamera három egységből épül fel a érékelő, a CPU és a kapcsolati panelből. A érékelő panel rögíti a képet egy ICX59AL típusjelű CCD érékelő segítségével. A késült kép mérete 75x58 képpont. 11
A panelből kimenő analóg jelet a CPU panel hasnálja fel. A CPU panelen a Analog Devices cég ADSP181 típusjelű jelfeldolgoó processora működik 8 kb belső RAM-mal, MB külső DRAM, 51kB külső Flash-EPROM memóriával. A videojel digitaliálás után a processor által elérhető DRAM-ba kerül. A panel digitális videojel kimenetére akár követlenül a A/D átalakítóról érkeő jel, akár egy DRAM-ban lévő kép továbbítható. Emellett egy bináris 1 bit sínmélységű fekete-fehér kép helyehető a megjelenített képre, ennek videojelét követlenül a processor állítja elő e a módser alkalmas pl. különféle grafikák, feliratok, kurorok élő képre való vetítésére. A processor 4 kimeneti és 4 bemeneti digitális vonalat keel különféle egyserűbb veérlési feladatok támogatására. A kamera V4 RS3 sabványú soros vonalon kerestül is kommunikál a külvilággal maximum 115 baud sebességgel. A kapcsolati panel elvégi a fedőkép ráhelyeését a videoképre, és a így kapott videojelet D/A átalakítás után külső csatlakoóra veeti ki. A panel a processor által keelt TTL/CMOS sintű jeleket galvanikusan leválastja és 1/4V-os PLC jelekhe illesti. Een kívül a panel a V4 vonal pufferelését és jelsint illestését is végi. A kamerán VC/RT valós-idejű operációs rendser fut, amely a felhasnáló által írt programok futtatását, képek rögítését és megjelenítését, valamint a soros interfésen kerestüli kommunikációt végi. A kameráho a mellékelt GNU C fordítóval késíthetünk saját programokat. Képfeldolgoó algoritmusok megvalósítását a igen gadag VCLIB nevű optimaliált függvénykönyvtár segíti. A kamera nagyon jól hasnálható a legkülönböőbb képfeldolgoási feladatokra, ugyanis a műveletek legjelentősebb rése helyben, a jelfeldolgoó processor által elvégehető, és e igen gyors, pontos és megbíható működést eredménye. Technikai jellemők Sugárforrás: 5 mw teljesítményű HeNe léercső CCD kamera: Vision Components VC11 CCD kamera+adsp 181 processor 75x58 felbontás 56 sürkeárnyalat Tükörmogató elektronika: Emalog gyártmányú galvanomotorok..5v alapjel, PID sabályoó A triangulációs rendser adatai: névleges mérési távolság 75 mm báistávolság d mm Látómeő: x irányú: ±5 eltérítési sög mellett ±1 mm; y irányú: ±5 eltérítési sög mellett ±15 mm; visgálható mélységi tartomány: 75±1 mm Felbontóképesség: irányú:,5 mm x irányú:,1 mm 1
Mérés menete Beugró A mérésre a útmutató alapján előetesen fel kell késülni! Et a mérés elején ellenőriük, és ennek eredménye belesámít a kapott ostályatba. Tudni kell a követkeőket: - A mérés elve a útmutató alapján: a intenitás- és távolságkép köötti kapcsolat, távolságképek késítése, a mérőrendser megvalósításának értése, a sinkroniált pontonkénti léer letapogatás geometriájának elve, a rendser korlátai - C programoás alapjai - Matlab alapvető funkcióinak ismerete, valamint function; fopen, fscanf, fclose; polyfit, polyval; image, colormap, mesh, surf hasnálata. Mérési feladat Bármilyen sámítógépen a felvett képek a C:\MERES\3DSCAN\ÉÉHHNN könyvtárban dolgoon ÉÉHHNN a mérés dátuma. Een belül a mérésveérlő forráskódját a SRC, a Matlab függvényeket a MATLAB, a kés mérési adatokat a RAW könyvtárba mentse. 1. Késítse el a PC-n futó veérlő és adatgyűjtő programot kiindulásként hasnálja a függelékben található programválatot, mely a követkeő funkciókat tudja ellátni: A. A X és Y1, Y eltérítő tükröket a kurormogató gombokkal irányítja B. A eltérítő tükrök mogatásával kirajol a léerrel egy megadható méretű téglalap alakú területet a letapogatandó terület kijelölésére C. Megadható méretű és sűrűségű pontrács serint távolságérték mintát ves letapogatja a tárgyfelületet, és a mérési adatokat Matlab sámára értelmehető formájú söveges fájlba helyei.raw kiterjestés, ld. példa a függelékben; ügyeljen a helyes tükörmogatási stratégia megválastására, és a marker poíció mérhetetlenség keelésére. Ellenőrie a távolságmérő kalibrációját és a PC-n futó program helyes működését! A. Késítsen néhány felvételt a tükrök teljes mogási tartományában néhány a alapsíkkal párhuamos síkról B. Elemee a elkésült sövegfájlok alapján a felvételeken látható eltéréseket a ideális eredményektől hasnálható terület behatároltsága, ennek oka, aj, nemlinearitások; a jegyőkönyvben egy konkrét képen eek bemutatása C. A felvételek alapján határoa meg a távolságmérésre elfogadható pontossággal hasnálható területet, sükség serint a mérőrendser elemeinek kis mértékű elmodításával korrigálja a éslelt rendellenességeket. A továbbiakban een a területen belül dolgoon! 3. Jelenítse meg Matlab programmal a távolságképeket A. Vegye fel egy lépcsős elrendeés stairs.raw és néhány tetsőleges forma távolságképét B. Írjon Matlab függvényt draw1img, amely síkbeli sürkeárnyalatos képként jelenít meg egy tetsőleges távolságképet img egy egyserű mátrix, mely a raw fájlból a rawreadfilename függvénnyel nyerhető Kéfej távolságképének síkbeli sürkeárnyalatos ábráolása 13
C. Írjon Matlab függvényt drawimg, amely térbeli felületként jelenít meg egy tetsőleges távolságképet ilyen kép ld. a címlapon D. Írjon Matlab függvényt draw3img, linecount, amely sintvonalas ábráolással jelenít meg egy tetsőleges távolságképet megadható legyen, hogy hány vonallal ossa fel a teljes távolságtartományt 1 3 4 5 6 7 8 9 1 11 1 3 4 5 6 7 8 9 1 11 Egy egér a sámítógépes poícionáló eskö távolságképének sintvonalas ábráolása E. Née meg a távolságképeket a megvalósított függvényekkel! Késítsen símítósűrőket a különféle hibák avaró hatásának csökkentésére pl. medián sűrő: filtmedimg,winsie, csak a mérhetetlen pontokban alkalmaott medián sűrő: filtmedimg,winsie, aluláterestő konvolúciós sűrő: filtconvimg, és hasonlítsa össe a eredményt a előő képekkel 3. Kalibrálja a marker poíció mérésének adatait A. Vegye fel 1 db egymástól 1 cm-re lévő sík távolságképét kb. 15x15-ös felbontással, fájlnevek: calib.raw, calib1.raw, calib9.raw B. A síkok köéppontjában mért adatok alapján állapítsa meg a poícióadat és a valódi távolság köötti függvénykapcsolat jellegét C. Milyen a függvénykapcsolat a síkok séleinek köelében? Mi ennek a oka? D. Adjon becslést a mérőrendser pontosságára. Hogyan váltoik a hiba a teljes mérési tartományban? Mérési jegyőkönyv A mérésről mérőcsoportonként egy jegyőkönyvet kell késíteni. A kapott ostályat a beugró eredményéből és a jegyőkönyvből alakul ki. A mérési jegyőkönyvben serepeljen: - a veérlő és adatgyűjtő program és minden Matlab függvény forráskódja - a söveges eleméseket támassa alá megfelelő semléletes kép beillestésével A mérés végetével ellenőrie, hogy a sükséges forrásfájlok és mérési eredmények megtalálhatók a megfelelő könyvtárakban. 14
Függelék Válat PC-n futó mérésveérlő és adatgyűjtő programho /* * 3dscan.cpp * * MoMic * * Written by: evf., sak, merocsoportsam * Date: yyyy.mm.dd */ #include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <conio.h> #include <math.h> #include <dos.h> #include <process.h> #include "camera.h" #include "mirror.h" int MirrorMovevoid { // implementation... return ; } int ShowFieldint x1, int x, int y1, int y { // implementation... return ; } int ScanFieldchar* fn, int x1, int x, int nx, int y1, int y, int ny { // implementation... return ; } void Instructions { printf"3d laser scanner driver. Version: EvfSakMerocsoportsam Datum\n"; printf"usage: 3dscan <command> [par1] [par]... [parn]\n"; printf" move mirrors: 3dscan move\n"; printf" show scan field: 3dscan field x1 x y1 y\n"; printf" scan field to file: 3dscan scan filename x1 x nx y1 y ny\n"; } int mainint argc, char *argv[] { int result=55; if argc<=1 { Instructions; return result; } CameraInit; MirrorInit; if!strcmpargv[1],"move" result=mirrormove; else if!strcmpargv[1],"field" { result=showfieldatoiargv[],atoiargv[3],atoiargv[4],atoiargv[5]; } else if!strcmpargv[1],"scan" { result=scanfieldargv[],atoiargv[3],atoiargv[4],atoiargv[5], atoiargv[6],atoiargv[7],atoiargv[8]; } else 15
Instructions; } CameraDone; MirrorDone; return result; Tükörmogató és kamerakeelő rutinok deklarációk a mirror.h, camera.h fájlokban const int MIRROR_MIN=; const int MIRROR_MAX=495; const int MIRROR_ORG=48; void SetMirrorXint dax; void SetMirrorYint day1, int day; int CameraGetCoordsint *x, int *y; // x, y1, y tukor DAC minimum ertek V // x, y1, y tukor DAC maximum ertek +5V // x, y1, y tukor koepallasanak megfelelo DAC ertek // X tukor mogatasa a DAC ertek megadasaval // Y1, Y tukor mogatasa a DAC ertekek megadasaval // Marker poicio lekerese a kamerabol // vissateresi ertek hiba eseten nem talalt markert -1 Távolságkép példa fullscan.raw 495 495-1 367 341 34 349 351 353 354 356 358 357 357 355 351 349 345 341 333 38-1 43 395 375-1 35 354 358 36 361 363 363 36 359 357 354 35 345 34 333 38 41 373 366 35 357 359 36 364 366 365 37 368 365 361 357 354 349 344 339 331 431 41 44-1 359 363 367 37 37 37 389 388 367 366 36 359 355 349 343 336 47 381 381 36 365 367 37 37 374 375 393 39 37 369 367 361 358 351 346 338 413 4 378 363 369 37 374 376 377 378 396 396 375 374 369 367 36 355 35 339 415 377 376 368 371 376 379 379 38 38 399 398 379 375 37 368 364 358 354 339 45 4 377 37 374 377 381 383 384 384 43 4 381 38 376 371 368 361 357 34 417 39 373 37 376 38 384 385 386 388 47 47 385 381 378 374 37 364 357 338 438 48 377 375 38 38 385 388 388 389 41 46 387 385 38 377 373 367 361 337 484-1 375 376 38 385 387 39 391 43 411-1 389 387 383 38 375 368 36 33 468 469 446-1 38 385 39 391 393 393 41 49 391 389 386 38 376 37 364 334-1 398 377 38 384 388 39 393 394 394 414 41 391 39 387 383 377 37 365 33 51-1 381 381 387 39 391 394 394 395 414 41 393 39 387 384 378 37 367 336 41 41 378 38 387 389 39 394 396 397 415 418 393 39 387 384 377 37 368 39 431 49 379 38 386 39 39 394 396 396 414 413 394 391 388 384 379 373 368 33 4 46 38 383 387 389 394 395 395 396 416 411 393 39 388 385 379 373 368 31 419-1 377 381 387 39 39 394 395 396 414 415 394 39 387 384 378 37 366 336 414 396 377 38 386 389 391 394 395 395 414 4 393 389 386 38 378 373 367 33 43 446-1 378 383 388 39 39 393 395 395 393 393 39 386 381 378 371 366 335 A első két sor fejléc: minimális és maximális DAC érték, minták sáma a X tengelyre 1. sor minimális és maximális DAC érték, minták sáma a Y tengelyre. sor Eután követkenek a nyers mérési adatok marker poíció X koordinátája, egymástól sóköel elválastva, sor végén CR/LF-el leárva. Matlab programválatok %Read raw file in matrix function img=rawreadfilename fid=fopenfilename a=fscanffid,'%f %f %i',3; xmin=a1 xmax=a xno=a3 a=fscanffid,'%f %f %i',3; ymin=a1 ymax=a yno=a3 img=fscanffid,'%i',[xno,yno]; fclosefid 16
Irodalomjegyék [1] Besl, P. J., Jain, R.C. [1986]. Invariant surface characteristics for three-dimensional object recognition in range images. Computer Vision, Graphics, Image Processing, 33, Jan., 33-8 [] Besl, P.J. [1988]. Surfaces in Range Image Understanding, Springer-Verlag, Springer Series in Perception Engineering [3] Gil, B., Mitchie, A., Aggarwal, J.K. [1983]. Experiments in combining intensity and range edge maps. Computer Vision, Graphics, Image Processing, 1, Mar., 395-411 [4] Haralick, R.M., Watson, L.T., Laffey, T.J. [1983]. The topographical primal sketch. Int. J. Robotics Res., 1 Spring 5-7 [5] Jais, S.[1997]. Investigations on Optical 3D Measurement Techniques and Implementation of an Optical Range Sensor, diplomamunka, Johannes Kepler Universität, Lin [6] San, J.L.C. [1989]. Advances in Machine Vision, Springer-Verlag, New York [7] Wager, R. [199]. Integrierte Auswertung von Abstands- und Intensitätsbildern, diplomamunka, Universität Karlsruhe [8] Wei, J. [1989]. Modellgesteurte Senen-Interpretation durch Fusion von Intensitäts- und Abstandbildern, doktori dissertáció, Universität Karlsruhe [9] Lassó, A. [1998]. Háromdimeniós képek feldolgoása és illestése CAD adatbáisho, TDK dolgoat, Budapesti Műsaki Egyetem [1] Fisher R. B. [] CVOnline http://www.dai.ed.ac.uk/cvonline/ 17