क्या कंप्यूटर स्टीरियो विजन तकनीक उप-मिलीमीटर माप के लिए उपयुक्त हैं?

Question

मेरे पास एक ऐसी परियोजना है जहां मैं एक वस्तु की छवि बनाना चाहूंगा और इस छवि में सुविधाओं की ऊंचाइयों को उप-मिलीमीटर परिशुद्धता तक प्राप्त करने में सक्षम होऊंगा (वास्तव में अभी भी कितना सटीक अभी तक निर्धारित किया जाना है, लेकिन चलो अब के लिए मिलीमीटर के 100 वें हिस्से को कहते हैं) ।

मुझे पहले सलाह दी गई है कि प्रत्यक्ष लेजर तकनीकें उचित नहीं होंगी

• यात्रा का समय बहुत छोटा होगा और इस प्रकार सटीक गणना करने के लिए बहुत अधिक सटीकता की आवश्यकता होगी
• मामूली कंपन (जैसे कि उपकरण के पास चलने वाला व्यक्ति) परिणामों को खराब कर देगा

मैंने एक लेजर उपकरण देखा है जो लगभग $ 1000 में बिकता है जो सटीक प्राप्त कर सकता है लेकिन कंपन की समस्या से ग्रस्त है (जो ठीक है, यंत्रवत् अलग-थलग करना एक और चर्चा है)।

मैं एक परिणाम प्राप्त करना पसंद करूंगा जो अधिक लागत प्रभावी है, और एक विकल्प के रूप में स्टीरियो दृष्टि को माना जाता है। इस क्षेत्र में नौसिखिया होने के नाते मैं अनिश्चित हूं यदि वांछित परिशुद्धता प्राप्त की जा सकती है।

क्या वांछित सटीकता (कम से कम) सैद्धांतिक रूप से प्राप्य है?

क्या कोई अनुशंसित कागज या संसाधन है जो इस विषय को आगे समझाने में मदद करेगा?

अतिरिक्त नोट्स

प्रश्न में वस्तुएं लगभग 1/2 "वर्ग से लेकर लगभग 2 1/2" वर्ग तक होंगी, जिसमें कुछ समय बहुत कम मोटाई (1/16 "?) होगी। सतह का एक बड़ा प्रतिशत समतल होना चाहिए, हालांकि एक परीक्षण। उस दावे की पुष्टि करें। विशेषताएं काफी हद तक (आमतौर पर तेज बदलाव) होगी। ^{अगस्त 17 11:00 बजे}

"कठिन" दिलचस्प वस्तुओं में से एक लगभग 20 मिमी वर्ग, 1.25 मिमी ऊंची होगी। प्रश्न में सतह की विशेषताएँ .1 - .3 मिमी के आदेश पर होंगी जो मैं अनुमान लगा रहा हूं। कैमरा की स्थिति संभवतः 6 "ऊपर के क्रम पर होगी। क्या इससे आपको बेहतर जानकारी मिलती है? ^{17 अगस्त को 15:15 बजे}

मैं एक भी प्रोफ़ाइल / राहत माप नहीं देख रहा हूँ, बल्कि वस्तु की सतह की ऊँचाई का नक्शा बनाने का प्रयास कर रहा हूँ। ऑब्जेक्ट की सतह विशेषताएं, साथ ही समग्र प्रोफ़ाइल, महत्वपूर्ण रुचि के हैं।

Comments

(दूसरों के मूल्य-बिंदु संदर्भ के लिए, कुछ ऑनलाइन नीलामी वेबसाइटों पर कुछ confocal लेजर स्कैनिंग माइक्रोस्कोपी को $ 500 USD में बेचा जा सकता है।)

— rwong

Answer 1

स्टीरियो इमेजिंग

देखने के बड़े क्षेत्र को देखते हुए आपको अपनी सटीकता के संबंध में आवश्यकता होती है, और आप कितना निकट होना चाहते हैं, मुझे लगता है कि स्टीरियो इमेजिंग एक चुनौतीपूर्ण हो सकता है, इसलिए आपको किसी तरह से उन मतभेदों को बढ़ाना होगा जिन्हें आप मापने की कोशिश कर रहे हैं।

संरचित प्रकाश व्यवस्था

यदि आप अनिवार्य रूप से किसी वस्तु के प्रोफाइल को मापने की कोशिश कर रहे हैं, तो क्या आपने एकल उच्च संकल्प कैमरा और संरचित प्रकाश व्यवस्था पर विचार किया है?

^{इस छवि के लिए लूपेन्कोलॉजी के लिए धन्यवाद , बिना अनुमति के उपयोग किया जाता है, लेकिन उम्मीद है कि रोपण पर्याप्त होगा।}

ध्यान दें, चराई कोण, अधिक से अधिक सटीकता आप माप सकते हैं, लेकिन क्षेत्र की समर्थित गहराई कम होगी, इसलिए आपके आवेदन के लिए आपको अपनी आवश्यकताओं के लिए अनुकूलन करने या अपने सिस्टम को समायोज्य बनाने की आवश्यकता होगी (0 के लिए एक लेजर कोण) -500um, 500-1500um और इतने पर के लिए एक और)। इस मामले में, आप शायद हर बार जब आप लेजर की स्थिति बदल जाते हैं तो कैलिब्रेट करना होगा।

संयोग से, इसे आज़माने का एक बहुत सस्ता तरीका लेजर कैंची की एक जोड़ी को चुनना होगा जिसमें एक बुनियादी लाइन लेजर एलईडी शामिल है।

अंत में, आप कई बार नमूना लेकर, आउटलेर्स को अस्वीकार करके और फिर औसत करके कंपन की समस्या को दूर कर सकते हैं। एक बेहतर समाधान हालांकि ग्रेनाइट के एक ब्लॉक पर पूरे परीक्षण उपकरण को माउंट करना होगा। यह उन लेजर माइक्रो-मशीनिंग उपकरणों के लिए अच्छी तरह से काम करता है, जिनके साथ मैंने अतीत में काम किया है, जिन्हें कारखानों में स्थित होने पर भी माइक्रोन स्तर की स्थिति और फोकस सटीकता की गहराई की आवश्यकता होती है।

लिफाफे की गणना के कुछ वापस।

आइए क्षैतिज से 10 डिग्री के एक घटना कोण और एक 640x480 संकल्प के साथ एक कैमरा और 87 x 65 मिमी के देखने के क्षेत्र का मान लें। यदि हम बीम को रखते हैं ताकि यह चित्र फ़्रेम के निचले भाग पर सही हो, जिसमें कोई नमूना न हो, और फिर नमूना को क्रॉस करने वाले बीम के साथ रखें, इससे हमें लगभग 15 मिमी की अधिकतम ऊँचाई मिलनी चाहिए और इस तरह लगभग 24um का एक बिना हल किया गया संकल्प प्रत्येक पिक्सेल के लिए लाइन स्क्रीन पर चलती है । इस सेटअप के साथ, स्थिति में 4 पिक्सेल भिन्नता के रूप में 0.1 मिमी भिन्नता दिखाई देनी चाहिए।

इसी तरह, अगर हम क्षैतिज से 2 डिग्री के एक घटना कोण का उपयोग करते हैं, तो इससे हमें लगभग 3 मिमी (टैन (2deg) * 87 मिमी) की अधिकतम ऊंचाई मिलनी चाहिए और इस तरह लगभग पिक्सेल प्रति 4.7um का एक अविजित संकल्प, बहुत अधिक ध्यान देने योग्य 20 के लिए पिक्सेल कूद । यह शायद एक बहुत अधिक सटीक लाइन लेजर की आवश्यकता होगी।

ध्यान दें, यदि कैमरा पर्याप्त पास है, तो आपको बेस लाइन के सापेक्ष लाइन की वास्तविक स्थिति निर्धारित करने के लिए, कैमरा ऊंचाई का उपयोग करके दूसरी ट्रिगर गणना करने की आवश्यकता हो सकती है।

यह भी ध्यान दें कि यदि आपको पूर्ण सटीकता की आवश्यकता नहीं है , और स्थानीय पुनरावृत्ति पर्याप्त है (कहते हैं कि आप यह सुनिश्चित करने के लिए एक नमूना की सपाटता को रूपरेखा दे रहे हैं कि यह दिए गए सहनशीलता के भीतर है) तो बस लेज़र लाइन की सापेक्ष स्थिति देखने में सक्षम हो सकती है पर्याप्त।

Comments

मैं 2 कैमरों, या 2 लेजर स्रोतों से आगे जाने के खिलाफ नहीं हूं और इसके लिए आवश्यक परिशुद्धता प्राप्त करना चाहता हूं अगर यह मदद करेगा :) इससे मुझे लगता है कि अंशांकन समस्या का समाधान होगा, लेकिन निश्चित रूप से "कितना पर्याप्त है" के सवाल का परिचय देता है ? आपका सुझाव इंगित करता है कि कई संरचित प्रकाश स्रोत और एक एकल उच्च रेस कैमरा आवश्यक जानकारी प्रदान कर सकता है।

— स्टीफन

बहुत उच्च रिज़ॉल्यूशन सिस्टम के लिए लेज़र आदर्श नहीं हैं। एक न्यूनतम धब्बेदार आकार होता है जो इस बात को सीमित करता है कि आप minimum चिकनी ’लेज़र लाइन कैसे बना सकते हैं। विडंबना यह है कि आप बहुत उच्च संकल्प संरचित प्रकाश का उपयोग करते हुए एक यादृच्छिक धब्बेदार पैटर्न और कई कैमरों का उपयोग करते हैं

— मार्टिन बेकेट

Answer 2

एक स्टीरियो सिस्टम की शुद्धता पिक्सेल आकार द्वारा सीमित है। सैद्धांतिक रूप से उच्च अंत वाले कैमरों में ऐसी परिशुद्धता के लिए पर्याप्त पिक्सेल घनत्व होना चाहिए। बेशक, कैमरों को कैलिब्रेट करने की आवश्यकता होगी, और ऑब्जेक्ट को कैमरों के काफी करीब होना होगा।

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carlosdc के जवाब में कुछ सवाल हैं जो यह निर्धारित करने में मदद करते हैं कि "यथोचित रूप से करीब" का क्या मतलब है।

— केविन वर्मेयर

Answer 3

यह ज्यामिति पर निर्भर करता है, लेकिन निश्चित रूप से सिद्धांत में।

आपकी वस्तुओं को पर्याप्त "बनावट" की आवश्यकता होती है जिसे आप पहचानने की विशेषताओं को एक कैमरे से दूसरे कैमरे से मिला सकते हैं, और फिर आपके कैमरों को पर्याप्त संख्या में पिक्सेल की आवश्यकता होती है, जो 0.01 मिमी की गहराई से विसंगति छवि पर अनुमानित करते हुए> 1 पिक्सेल से मेल खाती है विमान।

आमतौर पर इन पैमानों पर लेंस की विकृतियों को मैप करना एक बड़ा मुद्दा हो सकता है।

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"बनावट" को संरचित प्रकाश (जैसे किनेक्ट) द्वारा ऑब्जेक्ट की सतह में जोड़ा जा सकता है। आमतौर पर यह एक सस्ती लेजर डायोड और इस उद्देश्य के लिए डिज़ाइन किए गए विवर्तन झंझरी से उत्पन्न होता है। (एक वीडियो प्रोजेक्टर इस तरह के पैटर्न को उत्पन्न करने में सक्षम हो सकता है, इसे कम दूरी पर ध्यान केंद्रित करना मुश्किल होगा।)

— rwong

Answer 4

बहुत ही बेहतरीन संकल्प के लिए, आपकी सबसे अच्छी शर्त कीनेस से सस्ता और आसानी से उपलब्ध लेजर डेप्थ गेज की संभावना है। वे काम करते हैं, वे अपेक्षाकृत सस्ते हैं, और वे एक उद्योग मानक हैं। http://www.keyence.com/products/measure/laser/laser.php

सबसे सस्ती 2 डी ऑप्टिकल तकनीक रोंची रूलिंग्स का उपयोग करके "शैडो मायर" प्रणाली बनाने के लिए हो सकती है। कुछ साल पहले एक ऑप्टिकल इंजीनियर के मार्गदर्शन के साथ, मैंने मैट मेटल सतहों में छोटे विकृति को मापने के लिए कुछ हाथ में उपकरणों को डिजाइन किया था। हम काफी आसानी से लगभग 100 माइक्रोन (0.1 मिलीमीटर) की गहराई में परिवर्तन का पता लगाने में सक्षम थे, और हालांकि मुझे याद नहीं है कि हम लगभग 10 - 20 माइक्रोन की गहराई के अंतर का पता लगाने में सक्षम हो सकते हैं। फ्रिंज पैटर्न व्याख्या करना आसान है, और एक सुविधाजनक ऊंचाई नक्शा भी प्रदान करता है।

यहाँ छाया Moire तकनीक की एक उचित व्याख्या है: http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn787/idn787.htm

एक रोंची सत्तारूढ़ के बारे में $ 100 खर्च कर सकते हैं: http://www.edmundoptics.com/products/displayproduct.cfm?productid=1831

डिवाइस में स्वयं एक रोंची सत्तारूढ़ होता है (जो सटीक जमा लाइनों के साथ कांच का एक स्लैब होता है), एक प्रकाश स्रोत सत्तारूढ़ करने के लिए एक निश्चित कोण पर घुड़सवार होता है, और एक देखने वाली नली जो सत्तारूढ़ के सापेक्ष एक सटीक कोण पर भी सेट होती है। हमारे डिवाइस को सतह के साथ सीधे संपर्क में रखा गया था, लेकिन आप एक गैर-संपर्क डिवाइस भी बना सकते हैं।

एक बार जब आप डिवाइस को एक साथ सिल दिया है तो आप उसे कैलिब्रेट करना चाहेंगे। प्रति मिलीमीटर की अपेक्षित संख्या गणित के अनुसार हो सकती है, फिर भी आपको इसे जांचना होगा। अंशांकन के लिए हमने पतले गेज ब्लॉकों का उपयोग किया, सबसे पतला 1/2 मील (0.0005 इंच, लगभग 12.5 माइक्रोन) की ज्ञात मोटाई की एक mylar शीट है। आप डिवाइस को शासक के एक किनारे के नीचे टक गेज वाले ब्लॉक के साथ एक सपाट, अर्ध-चिंतनशील सतह पर शासक के साथ रखते हैं। इससे भित्तिचित्रों की एक श्रृंखला बनती है। आप गेज ब्लॉक की ऊंचाई और सत्तारूढ़ की लंबाई जानते हैं, इसलिए थोड़ा त्रिकोणमिति का उपयोग करके आप प्रति मिलीमीटर फ्रिंज की संख्या की गणना कर सकते हैं।

एकल कैमरे के साथ लेजर त्रिकोणीयता भी एक विकल्प है, लेकिन आम तौर पर यह पहले दिखाई देने की तुलना में बहुत पेचीदा है। लेजर ट्राइएंगुलेशन का उपयोग करके लगभग 0.1 मिमी की गहराई सटीकता प्राप्त करने के लिए यह बहुत काम कर सकता है, और इसमें काफी कुछ शामिल हैं।

उच्च सटीकता सतह स्कैनिंग के लिए आप confocal माइक्रोस्कोपी पर आधारित एक बहुत अच्छी प्रणाली खरीदने के लिए $ 100k तक खर्च कर सकते हैं। वे दुष्ट हैं। http://en.wikipedia.org/wiki/Confocal_microscopy

Answer 5

सिद्धांत रूप में आपको रोकने के लिए कुछ भी नहीं है। हालाँकि, मैं कम से कम एक युगल छवि कैप्चर मुद्दों पर सोच सकता हूं जो इस पैमाने पर खुद को प्रकट करेंगे। मैं माइक्रोस्कोपी के मुद्दों में विशेषज्ञ नहीं हूं, यहां कुछ मुद्दे हैं:

• कैमरे से वस्तु की दूरी की तुलना में दृष्टि की रेखा के साथ गहराई भिन्नता क्या होगी? जबकि परिमार्जित ऑर्थोग्राफिक बाधाओं के तहत सुधार आसान होता है (वस्तु की गहराई में परिवर्तन वस्तु की दृष्टि से कैमरे की दूरी की तुलना में छोटा होता है) यह आपको वांछित विस्तार नहीं देगा। इसलिए कैमरे को ऑब्जेक्ट के काफी करीब होना चाहिए।

• वस्तु के आकार की तुलना में आधार रेखा क्या होगी? वाइड बेसलाइन कठिन हैं, जबकि संकीर्ण आधार रेखा के लिए अच्छी तकनीकें हैं। ऐसा लगता है कि इस पैमाने पर शारीरिक रूप से दो कैमरे हैं जो एक-दूसरे के करीब हैं, चुनौतीपूर्ण हो सकते हैं।

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मैंने अपने उत्तर को थोड़ा संपादित किया है।

— carlosdc

"कठिन" दिलचस्प वस्तुओं में से एक लगभग 20 मिमी वर्ग, 1.25 मिमी ऊंची होगी। प्रश्न में सतह की विशेषताएँ .1 - .3 मिमी के आदेश पर होंगी जो मैं अनुमान लगा रहा हूं। कैमरा की स्थिति संभवतः 6 "के ऊपर के क्रम पर होगी। क्या इससे आपको बेहतर जानकारी मिलती है?

— स्टीफन

Answer 6

(इस उत्तर को इस साइट के लिए ऑफ-टॉपिक होने पर भी, ओपी की मदद करने की उम्मीद में पोस्ट करना)

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संपादित: नीचे मेरी गणना छवि में क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर माप के लिए थी। वे स्टीरियो-आधारित गहराई के अनुमान के लिए मान्य नहीं हैं। स्टीरियो-आधारित गहराई के आकलन के लिए एक मान्य गणना देखने के लिए, मार्टिन थॉम्पसन का उत्तर देखें ।

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विकिपीडिया के अनुसार, सतह की रूपरेखा के लिए confocal laser स्कैनिंग माइक्रोस्कोपी उपयोगी है ।

10μm (100 मिलीमीटर) सभी प्रकार के माइक्रोस्कोपी उपकरणों की उपयोगिता का प्रारंभिक बिंदु है, क्योंकि यह डिजिटल इमेजिंग डिवाइसों की उपयोगिता के नीचे परिमाण का केवल एक क्रम है (लगभग 100μm प्रति पिक्सेल, शायद 10 - 20% दूरी पर)।

मेरी धारणाएं हैं:

• ऑब्जेक्ट से दूरी: 15 सेमी
• देखने का क्षेत्र: 10 सेमी
• पिक्सेल में छवि की चौड़ाई: 3000
• कच्चे संकल्प शक्ति: 30 मिमी प्रति मिमी
• सही ढंग से ध्यान केंद्रित किया, और शोर, प्रकाशिकी और संपीड़न कलाकृतियों के कारण,
  • (पॉइंट स्प्रेड फंक्शन) ऑब्जेक्ट को 5 पिक्सेल तक अलग किया जा सकता है
• अनुमानित रिज़ॉल्यूशन पावर: 6 पिक्सेल प्रति मिमी (160μm)

यह कहा, यह आवश्यक मशीनिंग परिशुद्धता पर कई लेजर, प्रकाशिकी और इमेजिंग घटकों (और संलग्नक, जो बहुत महत्वपूर्ण है) के निर्माण की बात है। मुझे यकीन नहीं है कि क्या यह एक गरीब आदमी के confocal लेजर स्कैनिंग माइक्रोस्कोपी का निर्माण करने के लिए संभव है। (मैं भी ऐसी मशीनों के दूसरे हाथ की कीमत नहीं जानता।)

इस तरह के संकल्प में, एक विशेष प्रकाश स्रोत (संरचित प्रकाश, लेजर, आदि) की मदद के बिना अकेले स्टीरियो विजन, "बनावट की कमी" समस्या से ग्रस्त होगा।

Answer 7

सैद्धांतिक रूप से यह संभव है। व्यावहारिक रूप से ... यह एक कठिन समस्या की तरह लगता है जिसके लिए बहुत अधिक रिज़ॉल्यूशन वाले स्टेरॉयड कैमरों की आवश्यकता होती है और कुछ गणित समीकरणों का पता लगाना होता है।

विशेष रूप से, आपको यह पता लगाने के लिए बहुत कम से कम एक गणित समीकरण के साथ आने की आवश्यकता होगी कि आपके द्वारा आवश्यक न्यूनतम रिज़ॉल्यूशन स्टीरियो कैमरा क्या है। फिर आपको यह पता लगाने की आवश्यकता होगी कि आपको किस प्रकार के एल्गोरिथ्म की आवश्यकता है और एक गुणवत्ता मीट्रिक की कितनी अच्छी आवश्यकता है ताकि आप उस उपाय को माप सकें जो आप मापते हैं।

लेकिन लब्बोलुआब यह है कि सैद्धांतिक रूप से उप-मिलीमीटर को स्टीरियो कैमर का उपयोग करके मापना संभव है ... यह प्रयास करने और इसे प्राप्त करने के लिए "इंजीनियरिंग" समस्या का अधिक है।

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निश्चित रूप से मुझे लगता है कि आपको वास्तव में उच्च रिज़ॉल्यूशन वाला कैमरा प्राप्त करने की आवश्यकता है।

— ट्रेवर बोयड स्मिथ

एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन-स्टेरॉयड-कैमरा-सेटअप प्राप्त करने के बाद मैं जिन चीजों को देखूंगा उनमें से एक यह है कि "अतिरिक्त कृत्रिम प्रकाश के उपयोग के माध्यम से बनावट भिन्नता को कैसे बढ़ाया जाए"। (यह एक आवश्यकता IMO है क्योंकि बहुत सी वस्तुओं में अच्छी बनावट वाला संस्करण नहीं होता है जिससे आप गहराई को सही तरीके से माप सकें ... विशेष रूप से उच्च कीमती जैसे आप चाहते हैं।)

— ट्रेवर बॉयड स्मिथ

Answer 8

मैंने पिछले जन्म में मेट्रोलॉजी में काम किया है। सिस्टम l इसे एक समान करता है, दोनों ही स्टीरियोस्कोपी का उपयोग करते हैं और लगभग 1 माइक्रोन सटीक (उप-पिक्सेल सटीकता) प्राप्त करने का दावा करते हैं।

एक लेजर स्कैनर और एक एनकोडर के साथ समाधान एक और समाधान होगा।

मेरा काम उन प्रणालियों का परीक्षण करना था। विश्वसनीय रूप से वांछित सटीकता प्राप्त करना संभव नहीं था। वास्तव में, अधिकांश विक्रेता कृत्रिम रूप से अपनी संख्या बढ़ा रहे थे।

मैं एक माइक्रोस्कोप के लिए जाने का सुझाव दूंगा। स्वचालित तरीका बड़ी संख्या में उन कारकों पर निर्भर है जो आपको आवश्यक सटीकता प्राप्त करने से रोकेंगे। एयरोस्पेस उद्योग भागों को मापने के लिए सीएमएम का उपयोग करता है , जो 100k $ से अधिक अच्छी तरह से चला जाता है और नियंत्रित वायुमंडलीय दबाव और आर्द्रता के साथ एक नियंत्रित तापमान कमरे में इस तरह की सटीकता प्राप्त करने में कठिन समय होता है। इसके अलावा इन प्रणालियों को पहनने में दिक्कत होती है और इन्हें हर समय पुनर्गठित किया जाना चाहिए।

$cameras can sell for over 100k$