kamer k s k palkot s
Download
Skip this Video
Download Presentation
Kamerák és képalkotás

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 72

Kamerák és képalkotás - PowerPoint PPT Presentation


  • 133 Views
  • Uploaded on

Kamerák és képalkotás. Vámossy Zoltán 2004 (Stanford, Berkeley, CMU, Birmingham, ELTE, SZTAKI, SzTE anyagok alapján). Egy kép többet jelent, mint tízezer szó!. Témakörök. A képkeletkezés geometriai és optikai elemei Digitális képek vételezése és reprezentációja

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Kamerák és képalkotás' - erica


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
kamer k s k palkot s

Kamerák és képalkotás

Vámossy Zoltán

2004

(Stanford, Berkeley, CMU, Birmingham, ELTE, SZTAKI, SzTE anyagok alapján)

t mak r k
Témakörök
  • A képkeletkezés geometriai és optikai elemei
  • Digitális képek vételezése és reprezentációja
  • Kamerák matematikai modellje
  • Lencsék és szenzorok
digit lis k pek
Digitális képek
  • Intenzitás képek

Szokásos képek, fény és szín fotografikus kódolása. Általában kamera a képvétel eszköze

  • Tartomány képek (range images)

mélységi szenzorokat használnak az alak és a távolság mérésére: szonár vagy lézer szkennerek

alapvet optika k pf kusz l s
Alapvető optika: képfókuszálás
  • A kép fókuszban van:

a jelenet bármely pontjáról kiinduló bármely fénysugár a képsík egy pontjába tart

  • Fókuszálás:
    • A kamera apertúrát ponttá zsugorítjuk: pinhole
    • Lencsék és apertúra használata
kamer k f nyk pez s
Kamerák - fényképezés
  • Perspektíva vizsgálat – Brunelleschi 15. század
  • Camera Obscura – Leonardo rajzaiban
kamer k f nyk pez s1
Kamerák - fényképezés
  • Első fénykép Niepce - 1816
  • Első megmaradt fénykép - 1822
pinhole kamera
Pinhole kamera
  • Absztrakciós modell
    • Doboz egy kis lyukkal rajta
    • Gyakorlatban is működik
    • Fordított állású kép a képsíkon
t volabbi objektumok kisebbek
Távolabbi objektumok kisebbek

Hasonlóháromszögek alapján

k vetkezm ny p rhuzamos vonalak tal lkoznak
Következmény: párhuzamos vonalak találkoznak
  • Létezik távlatpont (vanishing point)

Gyakran a filmsíkot a fókuszpont elé helyezik

A filmsík mozgatása csak skálázza a képet, invertálást elkerülik

t vlatpontok vanishing points
A párhuzamosoknak megfelelő vonalak a képen a nekik megfelelő távlatpontban “metszik” egymást

Az egy síkban fekvő egyenesek távoli pontjai a horizonton helyezkednek el

Távlatpontok - Vanishing points
vanishing pontok
Vanishing pontok

VPL

H

VPR

VP1

VP2

Különböző irányokhoz különbözőtávlatpontok tartoznak

VP3

k vetkezm ny az rz kel sben
Következmény az érzékelésben*

Azonos méretű dolgok kisebbnek tűnnek

Párhuzamos vonalak egy pontban találkoznak

* A Cartoon Epistemology: http://cns-alumni.bu.edu/~slehar/cartoonepist/cartoonepist.html

k vetkezm ny az rz kel sben 2
Következmény az érzékelésben 2

Logaritmikusa természetben

Térben változó ráccsal kell térképezni az érzékelés során

kamera modellek

Kamera modellek

Perspektív projekció

Gyenge perspektív projekció

Affin projekció

perspekt v projekci modell
A világ és a kamera koordinátarendszer általában nem így helyezkedik el

Feltételezések:

A projekció középpontja azonos a világ origójával

A kamera optikai tengelye azonos a világ z tengelyével

Perspektív projekció modell
a projekci egyenletei
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

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)

A projekció egyenletei
homog n koordin t kkal
Extra koordináta – skálázó faktor

2D

Ekvivalencia relációk*(X,Y,Z) ugyanaz (X,Y,Z)

3D

Ekvivalencia relációk*(X,Y,Z,T) ugyanaz (X,Y,Z,T)

Megjegyzés

Végtelen távoli pont reprezentálható

Párhuzamosok metszésével

Párhuzamos síkok ahol metszik egymást

Perspektív kamera leírása mátrixként

Homogén koordinátákkal
a kamera m trix
Homogén koordinátás forma

3D pont (X,Y,Z,T)

Képpont (U,V,W)

Ellenőrizzük!

A kamera mátrix
p projekci geometriai tulajdons gai
Pont pontba

Vonal vonalba

Síkok teljes képbe

Poligonok poligonba

Objektum méret fordítottan arányos a távolsággal

Elfajuló esetek

Fókuszponton átmenő vonal pontba (Sok az egybe leképezés)

Fókuszponton átmenő sík vonalba

P. projekció geometriai tulajdonságai
p projekci tulajdons gai
Képsíkkal párhuzamos vonal skálázódik

Kis fókusztávolságnál több pont kerül a képsíkra (széles látószögű kamera)

Nagy fókusztávolságnál kisebb látószög

Nem távolság és nem szögtartó

Távlatpontok: párhuzamos vonalak képe a képsíkon olyan vonalak, melyek meghosszabbítása egy pontban metszi egymást

Horizont vonal:

P. projekció tulajdonságai
csom pontok keresztez d sek
A “vonal címkézés” feladata

Valós 3D képeken nem lehet a vonalakat és a kereszteződéseket címkézni

Csomópontok - kereszteződések
slide27

Ortografikus projekció

  • Párhuzamos vetítő sugarak esetében
  • f “végtelen nagy”
az ortografikus projekci m trixa
Az ortografikus projekció mátrixa

Tulajdonságok:

  • Párhuzamos párhuzamosba
  • Méretek nem változnak a kamerától mért távolság függvényében
gyenge perspekt va weak perspective
Perspektív projekció nem lineáris

Skálázott ortografikus projekció -> lineáris

Feltételek:

Az optikai tengelyhez közel vannak az objektumok

Az objektum méretek kicsik a kamerától mért távolságukhoz viszonyítva

Előny: egyszerű

Hátrány: rossz

Gyenge perspektíva (Weak perspective)
slide31

Gyenge perspektíva modell

HaZkonstans x= kXésy = kY,

aholk=f/Z skálázó faktor

Ortografikus projekciót és skálázást jelent

slide32

Összehasonlítás

Gyenge perspektív

Perspektív

a pinhole kamer k hat ra1
A pinhole kamerák határa

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.

lencs k haszn lat nak oka
Lencsék használatának oka
  • Több fényt kell beengedni
  • (Fény)nyalábok fókuszálása
f nyt r s
Fénytörés

Fénytörés

Dtn1

a1

a1

a

b

q1

F

q2

z2

d

e

Dtn2

a2

Snell’s law

Snellius –

Descartes törvény

(1621)

n1 sina1 = n2 sin a2

paraxi lis vagy els rend optika
Paraxiális, vagy elsőrendű optika

Paraxiális, vagy elsőrendű optika

Snellius-Dscartes törvény:

n1 sina1 = n2 sin a2

Kis szögek:

n1a1 n2a2

Sin a  a = y/r

Tan b  b = y/x

v kony lencs k
Vékony lencsék

Vékony lencsék

Gömbszerű lencsefelület; Tengellyel közel párhuzamos bejövő fény; vastagság << sugár; mindkét oldalon ugyanolyan együttható

v kony lencs k sszefoglal s
Vékony lencsék - összefoglalás

Vékony lencsék - összefoglalás

http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/Lens/lens_e.html

slide45

Mélységi élesség

Csökken d-vel, nő Z0-val

A bejövő fény mennyisége és a kép mélységi élessége között tartsunk egyensúlyt

slide46

Eltérések a gyakorlatban

Feltevések:

  • Egy pontból kiinduló minden sugár egy pontba fókuszál
    • Vékony lencsére feltétel

2. Minden képpont a képsíkban van

3. Nagyításállandó

Az ettől történő eltérések a leképezési hibák

Marc Pollefeys

slide47

Leképezési hibák (aberrations)

Hibatípusok:

  • Geometriai:
    • Nagy szögekre nagyobb
    • Harmadrendű optika
  • Kromatikus
    • A hullámhossz függvénye a törés

Marc Pollefeys

slide48

Geometriai aberrációk

  • gömbi eltérés
  • asztigmatizmus
  • Torzítás
  • kóma

Lencsékkel redukálhatóak ezek a hibák

slide49

Gömbi eltérés - szferikus aberráció

  • A tengellyel párhuzamos sugarak nem egy pontba konvergálnak
  • A lencse külső pontjainak fókusztávolsága kisebb

Ok: Modellezés pontatlansága - valójában nem vékony a lencse

asztigmatizmus astigmatism
Asztigmatizmus - Astigmatism
  • A főtengelytől távolabbi pontok leképzésénél fellépő hiba
  • Ferdén beeső, keskeny nyaláb esetén
  • Pontszerű kép helyett, két egymásra merőleges képvonal eltérő távolságokban (meridiánis és szaggitális síkban)
torz t s distortion
Torzítás - distortion
  • Nem képélességre vonatkozó hiba
  • A nagyítás és fókusztávolság nem minden pontban egyforma

Párna hiba

(tele-photo)

Hordó hiba

(wide-angle)

Korrigálható

k ma vagy st k shiba coma
Kóma, vagy “üstököshiba” - coma
  • A főtengelytől távolabbi pontok leképzésénél fellépő hiba
  • A P tárgypontból erősen ferde és nagy nyílású sugárnyaláb esik a lencsére
  • Pontszerű helyett üstököscsóvához hasonló folt

Megoldás: rekeszeléssel és lencserendszerrel

slide53

Kromatikus aberráció

A különböző hullámhosszú fények különböző helyen fókuszálnak

Nem lehet teljesen megszüntetni

Marc Pollefeys

kamera t pusok

Kamera típusok

Két fő típus:

1. CCD

2. CMOS

slide56

CCD

Elkülönített fotószenzorok szabályos elrendezésben

Töltés csatolt eszköz (CCDs)

Terület CCD-kés lineáris CCD-k

2 terület típus:

interline transferésframe transfer

fotóérzékeny

tárolás

slide58
CMOS
  • Ugyanolyan szenzorelemek, mint CCD-nél
  • Minden fotószenzornak saját erősítője van
    • Több zaj esetén (redukálás ‘fekete’ kép kivonásával)
    • Alacsonyabb érzékenység
  • Standard CMOS technológiát használ
    • Más komponensek is lehetnek a chipen
    • ‘Smart’ pixels
ccd s cmos
Régebbi technológia

Különleges technológia

Magas gyártási költség

Magasabb teljesítményfelvétel

Magasabb kitöltési tényező

Soros kiolvasás

Aktuális technológia

Standard IC technológia

Olcsó

Alacsonyabb fogyasztás

Kevésbé érzékeny

Pixelenkénti erősítés

Véletlen pixel hozzáférés

Chip-en integrált más komponensekkel

CCD és CMOS
sz nes kamer k
Színes kamerák

Három típus:

  • Prizmás (3 szenzorral)
  • Szűrő mozaikos
  • Szűrő kerekes

… és minden háromszorozva

prizm s sz nes kamera
Prizmás színes kamera
  • Három nyalábbá elkülönített fény prizma segítségével
  • 3 szenzort és precíz beállítást igényel
  • Jó színfelbontás
sz r mozaik
Szűrő mozaik
  • Szűrőbevonat direkt a szenzoron
sz r ker k
Szűrő kerék
  • Lencse előtt forgó szűrők

Csak statikus képekhez

prizma vs mozaik vs kerekes
Prizma vs. mozaik vs. kerekes

Paraméterek

# szenzorok

Szeparáció

Költség

Frame rate

Jellemző

Hullámsáv

Prizmás

3

Magas

Magas

Magas

3

High-end

kamerák

Mozaik

1

Átlagos

Alacsony

Magas

Aliasing

3

Low-end

kamerák

Wheel

1

Átlagos

Alacsony

Mozgás

3 vagy több

Tudományos

alkalmazások

j sz nes cmos szenzor foveon s x3
Új színes CMOS szenzor - Foveon’s X3

gyorsabb pixelek

Jobb képminőség

slide67

Emberi szem

Szem metszete

A szem optikai tengelye

szenzorok s k palkot s
Szenzorok és képalkotás

Light

Light

RGB + B/W

csapok s p lc k
Csapok és pálcák

A csapocskák és pálcikák eloszlása a retinában

Rods and cones in

the periphery

Foveában az eloszlás