เทคนิค Computer Stereo Vision เหมาะสมสำหรับการวัดขนาดย่อยหรือไม่?

ฉันมีโครงการที่ฉันต้องการถ่ายภาพวัตถุและสามารถรับความสูงของคุณลักษณะต่าง ๆ ในภาพนี้เพื่อความแม่นยำในระดับต่ำกว่ามิลลิเมตร (แน่นอนว่าความแม่นยำยังคงถูกกำหนด แต่ตอนนี้พูดว่า 100 มิลลิเมตรของมิลลิเมตร) .

ก่อนหน้านี้ฉันได้รับคำแนะนำแล้วว่าเทคนิคการยิงเลเซอร์โดยตรงจะไม่เหมาะสม

• เวลาเดินทางจะน้อยเกินไปและต้องใช้ความแม่นยำมากเกินไปในการคำนวณที่แม่นยำ
• การสั่นสะเทือนเล็กน้อย (เช่นคนที่เดินใกล้อุปกรณ์) จะรบกวนผลลัพธ์

ฉันสังเกตเห็นอุปกรณ์เลเซอร์ที่ขายในราคาประมาณ $ 1,000 ที่สามารถบรรลุความแม่นยำ แต่ได้รับผลกระทบจากปัญหาการสั่นสะเทือน (ซึ่งเป็นเรื่องปกติ

ฉันต้องการที่จะได้ผลลัพธ์ที่คุ้มค่ากว่าและถือเป็นวิสัยทัศน์สเตอริโอเป็นทางเลือก การเป็นสามเณรในสาขานี้ฉันไม่แน่ใจว่าสามารถบรรลุความแม่นยำที่ต้องการได้หรือไม่

ความแม่นยำที่ต้องการ (อย่างน้อยที่สุด) เป็นไปได้ในทางทฤษฎีหรือไม่?

มีกระดาษหรือทรัพยากรที่แนะนำที่จะช่วยอธิบายหัวข้อนี้เพิ่มเติมหรือไม่

หมายเหตุเพิ่มเติม

วัตถุที่มีปัญหาจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ประมาณ 1/2 "สแควร์ถึงประมาณ 2 1/2" สแควร์ที่บางครั้งความหนาต่ำมาก (1/16 "?) ส่วนใหญ่ของพื้นผิวควรจะแบน แต่การทดสอบหนึ่งจะ คือการยืนยันการยืนยันคุณสมบัติจะค่อนข้างหยาบ (ช่วงการเปลี่ยนภาพที่คมชัด) ^{17 ส.ค. เวลา 11:00 น}

หนึ่งในสิ่งที่น่าสนใจ "ยาก" จะมีขนาดประมาณ 20 มม. สูง 1.25 มม. คุณสมบัติของพื้นผิวที่เป็นปัญหาจะอยู่ในลำดับที่. 1 - .3 มม. ที่ฉันประมาณไว้ ตำแหน่งกล้องน่าจะอยู่ที่ 6 "ด้านบนสิ่งนี้ให้ความเข้าใจที่ดีขึ้นหรือไม่^{17 ส.ค. เวลา 15:15 น}

ฉันไม่ได้มองหาการวัดแบบละเอียด / ผ่อนปรนเพียงอย่างเดียว แต่พยายามที่จะสร้างแผนที่ความสูงพื้นผิวของวัตถุ คุณสมบัติพื้นผิวของวัตถุรวมถึงโพรไฟล์โดยรวมนั้นเป็นที่สนใจอย่างมาก

ภาพสเตอริโอ

จากมุมมองขนาดใหญ่ที่คุณต้องการเมื่อเทียบกับความแม่นยำที่คุณต้องการและความใกล้เคียงที่คุณต้องการฉันคิดว่าการถ่ายภาพสเตอริโออาจเป็นสิ่งที่ท้าทายดังนั้นคุณต้องขยายความแตกต่างที่คุณพยายามวัด

แสงที่มีโครงสร้าง

หากคุณกำลังพยายามวัดโปรไฟล์ของวัตถุคุณเคยพิจารณากล้องความละเอียดสูงและแสงที่มีโครงสร้างหรือไม่?

^{ขอบคุณlooptechnologyสำหรับภาพนี้ใช้โดยไม่ได้รับอนุญาต แต่หวังว่าการระบุแหล่งที่มาจะเพียงพอ}

หมายเหตุ: มุมที่ตื้นกว่าของแทะเล็ม, ความแม่นยำที่มากขึ้นที่คุณสามารถวัดได้ แต่ความชัดลึกที่รองรับจะลดลงดังนั้นสำหรับแอปพลิเคชันของคุณคุณจะต้องปรับให้เหมาะกับความต้องการของคุณหรือทำให้ระบบของคุณปรับได้ -500um อีก 500-1500um เป็นต้น) ในกรณีนี้คุณอาจต้องสอบเทียบทุกครั้งที่คุณเปลี่ยนตำแหน่งเลเซอร์

บังเอิญวิธีที่ถูกมากในการลองทำเช่นนี้ก็คือการหยิบกรรไกรเลเซอร์ซึ่งรวมถึง LED เลเซอร์เส้นพื้นฐาน

ในที่สุดคุณสามารถลบปัญหาการสั่นสะเทือนโดยการสุ่มตัวอย่างหลายครั้งปฏิเสธค่าผิดปกติและค่าเฉลี่ย ทางออกที่ดีกว่าคือการติดตั้งอุปกรณ์ทดสอบทั้งหมดไว้บนบล็อกของหินแกรนิต สิ่งนี้ทำงานได้ดีสำหรับเครื่องมือไมโครเครื่องจักรกลเลเซอร์ที่ฉันเคยทำงานในอดีตซึ่งต้องใช้ตำแหน่งระดับไมครอนและความแม่นยำในการโฟกัสลึกแม้ในโรงงาน

การคำนวณซองจดหมายด้านหลัง

ให้สมมติว่ามุมมองเหตุการณ์ 10 องศาจากแนวนอนและกล้องที่มีความละเอียด 640x480 และมุมมอง 87x65 มม. หากเราวางลำแสงให้ตรงด้านล่างของกรอบภาพบุคคลโดยไม่มีตัวอย่างแล้ววางตัวอย่างด้วยลำแสงข้ามมันควรให้ความสูงสูงสุดประมาณ 15 มม. และความละเอียดที่ไม่ถูกแก้ไขประมาณ 24um สำหรับแต่ละพิกเซลเส้นที่เดินขึ้นไปบนหน้าจอ ด้วยการตั้งค่านี้รูปแบบ 0.1 มม. ควรปรากฏให้เห็นในรูปแบบขนาด 4 พิกเซล

ในทำนองเดียวกันถ้าเราใช้มุมของเหตุการณ์ 2 องศาจากแนวนอนสิ่งนี้จะทำให้เรามีความสูงสูงสุดประมาณ 3 มม. (ผิวสีแทน (2deg) * 87 มม.) และทำให้ความละเอียดที่ไม่ถูกแก้ไขอยู่ที่ประมาณ 4.7um ต่อพิกเซล พิกเซลกระโดด สิ่งนี้อาจต้องใช้เลเซอร์ไลน์ที่แม่นยำกว่านี้

หมายเหตุถ้าหากกล้องอยู่ใกล้พอแล้วคุณอาจต้องทำการคำนวณตรีโกณฯ ครั้งที่สองโดยใช้ความสูงของกล้องเพื่อกำหนดตำแหน่งที่แท้จริงของเส้นที่สัมพันธ์กับเส้นฐาน

นอกจากนี้โปรดทราบว่าหากคุณไม่ต้องการความแม่นยำแน่นอนและความสามารถในการทำซ้ำในท้องถิ่นก็เพียงพอแล้ว (เช่นคุณกำลังทำโปรไฟล์ความเรียบของตัวอย่างเพื่อให้แน่ใจว่ามันอยู่ในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่กำหนด) จากนั้นก็สามารถเห็นตำแหน่งสัมพัท พอ.

ความแม่นยำของระบบสเตอริโอนั้นถูก จำกัด ด้วยขนาดพิกเซล ในทางทฤษฎีกล้องระดับสูงควรมีความหนาแน่นของพิกเซลที่เพียงพอสำหรับความแม่นยำดังกล่าว แน่นอนว่ากล้องจะต้องได้รับการปรับเทียบและวัตถุจะต้องอยู่ใกล้กับกล้องอย่างสมเหตุสมผล

มันขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิต แต่แน่นอนในหลักการ

วัตถ เครื่องบิน.

การทำแผนที่ความบิดเบี้ยวของเลนส์อาจเป็นปัญหาที่ใหญ่กว่าปกติในระดับนี้

ทางออกที่ดีที่สุดของคุณน่าจะเป็นเครื่องวัดความลึกเลเซอร์ราคาถูกและพร้อมใช้งานจาก Keyence พวกเขาทำงานพวกเขาค่อนข้างถูกและพวกเขาเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม http://www.keyence.com/products/measure/laser/laser.php

เทคนิคแสง 2D ที่ถูกที่สุดสามารถสร้างระบบ "shadow Moire" โดยใช้ Ronchi rulings ด้วยคำแนะนำของวิศวกรแสงเมื่อหลายปีก่อนฉันได้ออกแบบอุปกรณ์พกพาเพื่อวัดการเสียรูปขนาดเล็กในพื้นผิวโลหะ เราสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเชิงลึกประมาณ 100 ไมครอน (0.1 มม.) ได้อย่างเป็นธรรมและถึงแม้ว่าฉันจำไม่ได้ว่าเราอาจสามารถตรวจจับความแตกต่างเชิงลึกได้ประมาณ 10 - 20 ไมครอน รูปแบบขอบง่ายต่อการตีความและยังให้แผนที่ความสูงที่สะดวก

นี่คือคำอธิบายที่สมเหตุสมผลเกี่ยวกับเทคนิคเงา Moire: http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn787/idn787.htm

การพิจารณาคดี Ronchi สามารถเสียค่าใช้จ่ายประมาณ $ 100: http://www.edmundoptics.com/products/displayproduct.cfm?productid=1831

อุปกรณ์ประกอบด้วยการพิจารณาคดีของ Ronchi (ซึ่งเป็นแผ่นกระจกที่มีเส้นที่มีความแม่นยำฝาก), แหล่งกำเนิดแสงที่ติดตั้งในมุมคงที่เพื่อการพิจารณาคดีและหลอดรับชมซึ่งตั้งค่าให้เป็นมุมที่แม่นยำ อุปกรณ์ของเรามีการสัมผัสโดยตรงกับพื้นผิว แต่คุณสามารถสร้างอุปกรณ์ที่ไม่ติดต่อได้

เมื่อคุณปูอุปกรณ์ด้วยกันแล้วคุณจะต้องทำการปรับเทียบ ไม่ว่าจำนวน fringes ต่อมิลลิเมตรที่คาดไว้อาจเป็นไปตามคณิตศาสตร์คุณจะต้องทำการปรับเทียบ สำหรับการสอบเทียบเราใช้บล็อกเกจวัดที่บางที่สุดเป็นแผ่น mylar ที่มีความหนาที่รู้จักกันเป็น 1/2 ล้าน (0.0005 นิ้วประมาณ 12.5 ไมครอน) คุณวางอุปกรณ์ด้วยการพิจารณาคดีบนพื้นผิวกึ่งสะท้อนแสงแบนพร้อมบล็อกมาตรวัดที่ซ่อนอยู่ภายใต้ขอบหนึ่งของการพิจารณาคดี สิ่งนี้สร้างชุดของขอบ คุณทราบความสูงของบล็อกเกจและความยาวของการพิจารณาคดีดังนั้นการใช้ตรีโกณมิติเล็ก ๆ น้อย ๆ คุณจึงสามารถคำนวณจำนวนรอบต่อมิลลิเมตร

การเลือกใช้เลเซอร์สามเหลี่ยมด้วยกล้องเดียวก็เป็นอีกทางเลือกหนึ่ง แต่โดยทั่วไปแล้วจะยากกว่าที่เคยปรากฏ สามารถใช้งานจำนวนมากเพื่อให้ได้ความถูกต้องเชิงลึกประมาณ 0.1 มม. โดยใช้การวิเคราะห์ด้วยแสงเลเซอร์และมีส่วนที่เกี่ยวข้องเล็กน้อย

สำหรับการสแกนพื้นผิวที่มีความแม่นยำสูงคุณสามารถใช้จ่ายสูงถึง $ 100k เพื่อซื้อระบบที่ดีมาก ๆ พวกเขาชั่วร้ายเย็น http://en.wikipedia.org/wiki/Confocal_microscopy

ในทางทฤษฎีไม่มีอะไรที่จะหยุดคุณ อย่างไรก็ตามฉันสามารถคิดถึงปัญหาการจับภาพสองสามอย่างที่จะปรากฏในระดับนี้ ฉันไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญในเรื่องของการใช้กล้องจุลทรรศน์นี่เป็นสองประเด็น:

• ความแตกต่างของความลึกตามเส้นสายตาจะถูกเปรียบเทียบกับระยะห่างจากกล้องกับวัตถุอย่างไร ในขณะที่การปรับแก้นั้นง่ายกว่าภายใต้ข้อ จำกัด ออโทกราฟเชิงสัดส่วน (การเปลี่ยนแปลงความลึกของวัตถุนั้นเล็กมากเมื่อเทียบกับระยะทางตามแนวสายตาจากวัตถุต่อกล้อง) นี่จะไม่ให้รายละเอียดที่คุณต้องการ ดังนั้นกล้องจะต้องค่อนข้างใกล้กับวัตถุ

• พื้นฐานจะเป็นอย่างไรเมื่อเทียบกับขนาดของวัตถุ? เส้นฐานกว้างนั้นยากในขณะที่มีเทคนิคที่ดีสำหรับเส้นเขตแคบ ดูเหมือนว่าในระดับนี้การหากล้องสองตัวที่อยู่ใกล้กันอาจเป็นเรื่องที่ท้าทาย

(การโพสต์คำตอบนี้ด้วยความหวังว่าจะช่วย OP แม้ว่าคำตอบของฉันจะไม่เป็นหัวข้อสำหรับเว็บไซต์นี้)

แก้ไข: การคำนวณของฉันด้านล่างสำหรับการวัดในแนวนอนและแนวตั้งทั่วทั้งภาพ ไม่ถูกต้องสำหรับการประมาณความลึกแบบสเตอริโอ หากต้องการดูการคำนวณที่ถูกต้องสำหรับสเตอริโอตามการประมาณค่าความลึกให้ดูคำตอบที่มาร์ติน ธ อมป์สัน

ตามที่วิกิพีเดียconfocal กล้องจุลทรรศน์สแกนเลเซอร์จะเป็นประโยชน์สำหรับโปรไฟล์พื้นผิว

10μm (100 ของมิลลิเมตร) เป็นจุดเริ่มต้นของความมีประโยชน์ของอุปกรณ์กล้องจุลทรรศน์ทุกประเภทเพราะมันเป็นเพียงลำดับความสำคัญต่ำกว่าประโยชน์ของอุปกรณ์ถ่ายภาพดิจิตอล (ประมาณ100μmต่อพิกเซลที่ระยะ 10 ถึง 20 ซม.)

สมมติฐานของฉันคือ:

• ระยะห่างจากวัตถุ: 15 ซม
• สาขาดู: 10cm
• ความกว้างของภาพเป็นพิกเซล: 3000
• พลังงานความละเอียดดิบ: 30 พิกเซลต่อมม
• สมมติว่ามีการโฟกัสที่ถูกต้องและเนื่องจากเสียง, เลนส์และอุปกรณ์การบีบอัด
  • วัตถุ (ฟังก์ชั่นกระจายจุด) วัตถุอาจเบลอได้สูงสุด 5 พิกเซล
• พลังความละเอียดโดยประมาณ: 6 พิกเซลต่อมม. (160μm)

ที่กล่าวมามันเป็นเรื่องของการสร้างเลเซอร์เลนส์และส่วนประกอบการถ่ายภาพจำนวนมาก (และกล่องหุ้มซึ่งสำคัญมาก) ที่ความแม่นยำในการตัดเฉือนที่ต้องการ ฉันไม่แน่ใจว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่จะสร้างกล้องจุลทรรศน์เลเซอร์สแกนคอนเฟอเรนซ์ของคนจน (ฉันยังไม่รู้ราคามือสองของเครื่องดังกล่าว)

ในการแก้ปัญหาดังกล่าวการมองเห็นแบบสเตอริโอเพียงอย่างเดียวโดยไม่ได้รับความช่วยเหลือจากแหล่งกำเนิดแสงพิเศษ (แสงที่มีโครงสร้าง, เลเซอร์, ฯลฯ ) อาจประสบปัญหา "ขาดพื้นผิว"

ในทางทฤษฎีมันเป็นไปได้ ดูเหมือน ... เป็นปัญหายากที่ต้องใช้กล้องสเตอโรดีความละเอียดสูงและหาสมการทางคณิตศาสตร์

โดยเฉพาะคุณจะต้องมีสมการทางคณิตศาสตร์อย่างน้อยที่สุดเพื่อหาว่ากล้องสเตอริโอความละเอียดต่ำสุดที่คุณต้องการคืออะไร จากนั้นคุณจะต้องทราบว่าคุณต้องการอัลกอริธึมชนิดใดและต้องการให้มีการวัดคุณภาพที่ดีเพียงใดเพื่อให้คุณทำการวัดสิ่งที่คุณคำนวณ

แต่ข้อสรุปก็คือในทางทฤษฎีแล้วมันเป็นไปได้ที่จะวัดค่า sub-milimeter โดยใช้ camers สเตอริโอ ... นี่เป็นปัญหา "วิศวกรรม" มากกว่าที่จะลองใช้

ฉันเคยทำงานด้านมาตรวิทยามาแล้วในชีวิตที่ผ่านมา ระบบทั้งสองนี้ใช้สเตอริโอและการอ้างสิทธิ์เพื่อให้ได้ความแม่นยำประมาณ 1 ไมครอน (ความแม่นยำของพิกเซลย่อย)

การแก้ปัญหาด้วยเลเซอร์สแกนเนอร์และเครื่องเข้ารหัสจะเป็นอีกวิธีการหนึ่ง

งานของฉันคือทดสอบระบบเหล่านั้น ไม่สามารถบรรลุความแม่นยำที่ต้องการได้อย่างน่าเชื่อถือ ในความเป็นจริงผู้ขายส่วนใหญ่มีการเพิ่มจำนวนปลอม

ฉันอยากจะแนะนำให้ไปหากล้องจุลทรรศน์ วิธีอัตโนมัตินั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่างซึ่งจะ จำกัด คุณจากการบรรลุความแม่นยำที่คุณต้องการ อุตสาหกรรมการบินใช้CMMสำหรับการวัดชิ้นส่วนซึ่งมีค่ามากกว่า 100k $ และประสบความยากลำบากในการบรรลุความแม่นยำในห้องควบคุมอุณหภูมิที่มีการควบคุมความดันและความชื้นในบรรยากาศ ระบบเหล่านี้ต้องทนทุกข์ทรมานจากการสึกหรอและต้องปรับเทียบใหม่ตลอดเวลา

$cameras can sell for over 100k$