Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Vámossy Zoltán 2004 (Stanford, Berkeley, CMU, Birmingham, ELTE, SZTAKI, SzTE anyagok alapján) Kamerák és képalkotás.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Vámossy Zoltán 2004 (Stanford, Berkeley, CMU, Birmingham, ELTE, SZTAKI, SzTE anyagok alapján) Kamerák és képalkotás."— Előadás másolata:

1 Vámossy Zoltán 2004 (Stanford, Berkeley, CMU, Birmingham, ELTE, SZTAKI, SzTE anyagok alapján) Kamerák és képalkotás

2 Egy kép többet jelent, mint tízezer szó!

3 Vámossy Zoltán IAR Témakörök n A képkeletkezés geometriai és optikai elemei n Digitális képek vételezése és reprezentációja n Kamerák matematikai modellje n Lencsék és szenzorok

4 Vámossy Zoltán IAR Digitális képek n Intenzitás képek Szokásos képek, fény és szín fotografikus kódolása. Általában kamera a képvétel eszköze n Tartomány képek (range images) mélységi szenzorokat használnak az alak és a távolság mérésére: szonár vagy lézer szkennerek

5 Vámossy Zoltán IAR Intenzitás képek: szürke vagy színes

6 Vámossy Zoltán IAR Alapvető optika: képfókuszálás n A kép fókuszban van: a jelenet bármely pontjáról kiinduló bármely fénysugár a képsík egy pontjába tart n Fókuszálás: –A kamera apertúrát ponttá zsugorítjuk: pinhole –Lencsék és apertúra használata

7 Vámossy Zoltán IAR Kamerák - fényképezés n Perspektíva vizsgálat – Brunelleschi 15. század n Camera Obscura – Leonardo rajzaiban

8 Vámossy Zoltán IAR Kamerák - fényképezés n Első fénykép Niepce n Első megmaradt fénykép

9 Vámossy Zoltán IAR Pinhole kamera n Absztrakciós modell –Doboz egy kis lyukkal rajta –Gyakorlatban is működik –Fordított állású kép a képsíkon

10 Vámossy Zoltán IAR Pinhole kamera

11 Vámossy Zoltán IAR Távolabbi objektumok kisebbek Hasonló háromszögek alapján

12 Vámossy Zoltán IAR Következmény: párhuzamos vonalak találkoznak n Létezik távlatpont (vanishing point) Gyakran a filmsíkot a fókuszpont elé helyezik A filmsík mozgatása csak skálázza a képet, invertálást elkerülik

13 Vámossy Zoltán IAR Távlatpontok - Vanishing points n A párhuzamosoknak megfelelő vonalak a képen a nekik megfelelő távlatpontban “metszik” egymást n Az egy síkban fekvő egyenesek távoli pontjai a horizonton helyezkednek el

14 Vámossy Zoltán IAR Vanishing pontok VPL VPR H VP 1 VP 2 VP 3 Különböző irányokhoz különböző távlatpontok tartoznak

15 Vámossy Zoltán IAR Következmény az érzékelésben* * A Cartoon Epistemology: Azonos méretű dolgok kisebbnek tűnnek Párhuzamos vonalak egy pontban találkoznak

16 Vámossy Zoltán IAR Következmény az érzékelésben 2 Térben változó ráccsal kell térképezni az érzékelés során Logaritmikus a természetben

17 Vámossy Zoltán IAR Perspektívitás hatása

18 Kamera modellek Perspektív projekció Gyenge perspektív projekció Affin projekció

19 Vámossy Zoltán IAR Perspektív projekció modell n A világ és a kamera koordinátarendszer általában nem így helyezkedik el n Feltételezések: –A projekció középpontja azonos a világ origójával –A kamera optikai tengelye azonos a világ z tengelyével

20 Vámossy Zoltán IAR A projekció egyenletei n Elnevezések: –Vetítési középpont: O origó –Fókusztávolság: a képsík és O távolsága: f –Optikai tengely: O-n átmenő, képsíkra merőleges egyenes –Kép középpont, vagy fő pont: ahol az optikai tengely döfi a képsíkot n Derékszögű koordinátákban: –Hasonló háromszögekből: (x, y, z) -> (f x/z, f y/z, -f) –A harmadik koordinátát elhagyjuk –Ha a képsíkot a másik oldalon tételezzük fel, akkor (x, y, z) -> (f x/z, f y/z, +f)

21 Vámossy Zoltán IAR Homogén koordinátákkal n Extra koordináta – skálázó faktor n 2D –Ekvivalencia reláció k*(X,Y,Z) ugyanaz (X,Y,Z) n 3D –Ekvivalencia reláció k*(X,Y,Z,T) ugyanaz (X,Y,Z,T) n Megjegyzés –Végtelen távoli pont reprezentálható Párhuzamosok metszésével Párhuzamos síkok ahol metszik egymást –Perspektív kamera leírása mátrixként

22 Vámossy Zoltán IAR A kamera mátrix n Homogén koordinátás forma –3D pont (X,Y,Z,T) –Képpont (U,V,W) –Ellenőrizzük!

23 Vámossy Zoltán IAR P. projekció geometriai tulajdonságai n Pont pontba n Vonal vonalba n Síkok teljes képbe n Poligonok poligonba n Objektum méret fordítottan arányos a távolsággal n Elfajuló esetek –Fókuszponton átmenő vonal pontba ( Sok az egybe leképezés) –Fókuszponton átmenő sík vonalba

24 Vámossy Zoltán IAR Poliéderek poligonba képződnek n (mert vonalak vonalba)

25 Vámossy Zoltán IAR P. projekció tulajdonságai n Képsíkkal párhuzamos vonal skálázódik n Kis fókusztávolságnál több pont kerül a képsíkra (széles látószögű kamera) n Nagy fókusztávolságnál kisebb látószög n Nem távolság és nem szögtartó n Távlatpontok: párhuzamos vonalak képe a képsíkon olyan vonalak, melyek meghosszabbítása egy pontban metszi egymást n Horizont vonal:

26 Vámossy Zoltán IAR Csomópontok - kereszteződések n A “vonal címkézés” feladata –Valós 3D képeken nem lehet a vonalakat és a kereszteződéseket címkézni

27 Vámossy Zoltán IAR Párhuzamos vetítő sugarak esetében f “végtelen nagy” Ortografikus projekció

28 Vámossy Zoltán IAR Az ortografikus projekció mátrixa Tulajdonságok: n Párhuzamos párhuzamosba n Méretek nem változnak a kamerától mért távolság függvényében

29 Vámossy Zoltán IAR Gyenge perspektíva (Weak perspective) n Perspektív projekció nem lineáris n Skálázott ortografikus projekció -> lineáris n Feltételek: –Az optikai tengelyhez közel vannak az objektumok –Az objektum méretek kicsik a kamerától mért távolságukhoz viszonyítva –Előny: egyszerű –Hátrány: rossz

30 Vámossy Zoltán IAR a nagyítás állandó Gyenge perspektíva: affin projekció

31 Vámossy Zoltán IAR Ha Z konstans  x= kX és y = kY, ahol k=f/Z skálázó faktor Ortografikus projekciót és skálázást jelent Gyenge perspektíva modell

32 Vámossy Zoltán IAR Gyenge perspektívPerspektív Összehasonlítás

33 Vámossy Zoltán IAR Perspektív projekció feltételezése

34 Vámossy Zoltán IAR Perspektív projekció feltételezése

35 Vámossy Zoltán IAR A pinhole kamerák határa

36 Vámossy Zoltán IAR Túl nagy pinhole - sok irányt átlagol, elmosó hatás Túl kicsi pinhole - elhajlás (kvantum effektus) elmossa a képet, kevés a fény A pinhole kamerák sötétek, mert adott pontból csak nagyon kevés fénysugár éri el a felületet. A pinhole kamerák határa

37 Lencsék képalkotása

38 Vámossy Zoltán IAR Lencsék használatának oka n Több fényt kell beengedni n (Fény)nyalábok fókuszálása

39 Vámossy Zoltán IAR Snell’s law Snellius – Descartes törvény (1621) n 1 sin  1 = n 2 sin  2           a b d e F Fénytörés

40 Vámossy Zoltán IAR Snellius-Dscartes törvény: n 1 sin  1 = n 2 sin  2 Kis szögek: n 1  1  n 2  2 Sin  = y/r Tan  = y/x Paraxiális, vagy elsőrendű optika

41 Vámossy Zoltán IAR Gömbszerű lencsefelület; Tengellyel közel párhuzamos bejövő fény; vastagság << sugár; mindkét oldalon ugyanolyan együttható Vékony lencsék

42 Vámossy Zoltán IAR Vékony lencsék - összefoglalás

43 Vámossy Zoltán IAR Mélységi élesség

44 Vámossy Zoltán IAR  Hasonlóan Mélységi élesség

45 Vámossy Zoltán IAR Csökken d-vel, nő Z 0 -val A bejövő fény mennyisége és a kép mélységi élessége között tartsunk egyensúlyt Mélységi élesség

46 Vámossy Zoltán IAR Feltevések: 1.Egy pontból kiinduló minden sugár egy pontba fókuszál Vékony lencsére feltétel 2. Minden képpont a képsíkban van 3. Nagyítás állandó Az ettől történő eltérések a leképezési hibák Marc Pollefeys Eltérések a gyakorlatban

47 Vámossy Zoltán IAR Marc Pollefeys Leképezési hibák (aberrations) Hibatípusok: n Geometriai: –Nagy szögekre nagyobb –Harmadrendű optika n Kromatikus –A hullámhossz függvénye a törés

48 Vámossy Zoltán IAR q gömbi eltérés q asztigmatizmus q Torzítás q kóma Lencsékkel redukálhatóak ezek a hibák Geometriai aberrációk

49 Vámossy Zoltán IAR n A tengellyel párhuzamos sugarak nem egy pontba konvergálnak n A lencse külső pontjainak fókusztávolsága kisebb Ok: Modellezés pontatlansága - valójában nem vékony a lencse Gömbi eltérés - szferikus aberráció

50 Vámossy Zoltán IAR Asztigmatizmus - Astigmatism n A főtengelytől távolabbi pontok leképzésénél fellépő hiba n Ferdén beeső, keskeny nyaláb esetén n Pontszerű kép helyett, két egymásra merőleges képvonal eltérő távolságokban (meridiánis és szaggitális síkban)

51 Vámossy Zoltán IAR Torzítás - distortion Korrigálható Párna hiba (tele-photo) Hordó hiba (wide-angle) n Nem képélességre vonatkozó hiba n A nagyítás és fókusztávolság nem minden pontban egyforma

52 Vámossy Zoltán IAR Kóma, vagy “üstököshiba” - coma n A főtengelytől távolabbi pontok leképzésénél fellépő hiba n A P tárgypontból erősen ferde és nagy nyílású sugárnyaláb esik a lencsére n Pontszerű helyett üstököscsóvához hasonló folt Megoldás: rekeszeléssel és lencserendszerrel

53 Vámossy Zoltán IAR A különböző hullámhosszú fények különböző helyen fókuszálnak Nem lehet teljesen megszüntetni Marc Pollefeys Kromatikus aberráció

54 Vámossy Zoltán IAR Vignetting

55 Kamera típusok Két fő típus: 1. CCD 2. CMOS

56 Vámossy Zoltán IAR Elkülönített fotószenzorok szabályos elrendezésben Töltés csatolt eszköz (CCDs) Terület CCD-k és lineáris CCD-k 2 terület típus: interline transfer és frame transfer fotóérzékeny tárolás CCD

57 Vámossy Zoltán IAR CCD kamera

58 Vámossy Zoltán IAR CMOS n Ugyanolyan szenzorelemek, mint CCD-nél n Minden fotószenzornak saját erősítője van –Több zaj esetén (redukálás ‘fekete’ kép kivonásával) –Alacsonyabb érzékenység n Standard CMOS technológiát használ –Más komponensek is lehetnek a chipen –‘Smart’ pixels

59 Vámossy Zoltán IAR CCD és CMOS n Régebbi technológia n Különleges technológia n Magas gyártási költség n Magasabb teljesítményfelvétel n Magasabb kitöltési tényező n Soros kiolvasás n Aktuális technológia n Standard IC technológia n Olcsó n Alacsonyabb fogyasztás n Kevésbé érzékeny n Pixelenkénti erősítés n Véletlen pixel hozzáférés n Chip-en integrált más komponensekkel

60 Vámossy Zoltán IAR Színes kamerák Három típus: 1.Prizmás (3 szenzorral) 2.Szűrő mozaikos 3.Szűrő kerekes … és minden háromszorozva

61 Vámossy Zoltán IAR Prizmás színes kamera n Három nyalábbá elkülönített fény prizma segítségével n 3 szenzort és precíz beállítást igényel n Jó színfelbontás

62 Vámossy Zoltán IAR Prizmás színes kamera

63 Vámossy Zoltán IAR Szűrő mozaik n Szűrőbevonat direkt a szenzoron

64 Vámossy Zoltán IAR Szűrő kerék n Lencse előtt forgó szűrők Csak statikus képekhez

65 Vámossy Zoltán IAR Prizma vs. mozaik vs. kerekes Wheel 1 jó Átlagos Alacsony Mozgás 3 vagy több Tudományos alkalmazások Paraméterek # szenzorok Szeparáció Költség Frame rate Jellemző Hullámsáv Prizmás 3 Magas 3 High-end kamerák Mozaik 1 Átlagos Alacsony Magas Aliasing 3 Low-end kamerák

66 Vámossy Zoltán IAR Új színes CMOS szenzor - Foveon’s X3 Jobb képminőség gyorsabb pixelek

67 Vámossy Zoltán IAR Emberi szem A szem optikai tengelye Szem metszete

68 Vámossy Zoltán IAR Szenzorok és képalkotás RGB + B/W Light

69 Vámossy Zoltán IAR Szem részei

70 Vámossy Zoltán IAR A csapocskák és pálcikák eloszlása a retinában Foveában az eloszlás Rods and cones in the periphery Csapok és pálcák

71 Vámossy Zoltán IAR Valós látás speciális hatásokkal

72 Vámossy Zoltán IAR Valós látás speciális hatásokkal


Letölteni ppt "Vámossy Zoltán 2004 (Stanford, Berkeley, CMU, Birmingham, ELTE, SZTAKI, SzTE anyagok alapján) Kamerák és képalkotás."

Hasonló előadás


Google Hirdetések