컴퓨터 스테레오 비전 기술은 밀리미터 미만의 측정에 적합합니까?

물체를 이미지화 하고이 이미지의 피처 높이를 밀리미터 미만의 정밀도로 도출 할 수있는 프로젝트가 있습니다 (정확한 정도는 아직 결정되지 않았지만 지금은 100 밀리미터라고합시다) .

나는 직접 레이저 거리 측정 기술이 적절하지 않을 것이라고 조언했습니다

• 이동 시간이 너무 작으므로 정확한 계산을 위해 너무 많은 정밀도가 필요합니다
• 경미한 진동 (기기 근처를 걷는 사람과 같은)은 결과를 교란시킵니다

나는 정밀도를 달성 할 수 있지만 진동 문제로 고통받는 약 1000 달러에 판매되는 레이저 장치를 관찰했다.

더 비용 효율적인 결과를 얻고 스테레오 비전을 대안으로 고려하고 싶습니다. 이 분야의 초보자이기 때문에 원하는 정밀도를 얻을 수 있는지 확실하지 않습니다.

이론적으로 원하는 정밀도를 얻을 수 있습니까?

이 주제를 더 자세히 설명하는 데 도움이되는 권장되는 논문이나 자료가 있습니까?

추가 사항

해당 물체의 두께는 약 1/2 "정사각형에서 약 2 1/2"정사각형까지이며, 두께가 매우 낮은 경우도 있습니다. 그 주장을 확인합니다. 기능은 매우 거친 (일반적으로 날카로운 전환) 될 것입니다. ^{8월 17일 11:00}

"더 딱딱한"흥미로운 물체 중 하나는 약 20mm 정사각형, 1.25mm 높이입니다. 문제의 표면 특징은 대략 .1-.3mm 정도입니다. 카메라 위치는 위의 6 인치 정도일 것입니다. 그러면 더 나은 통찰력을 얻을 수 있습니까? ^{8 월 17 일 15:15}

단일 프로파일 / 릴리프 측정을 수행하는 것이 아니라 물체의 표면 높이 맵을 생성하려고합니다. 전체 프로파일뿐만 아니라 물체의 표면 특징이 중요합니다.

스테레오 이미징

원하는 정확도 및 원하는 정도와 관련하여 필요한 넓은 시야를 고려할 때 스테레오 이미징은 어려울 수 있으므로 측정하려는 차이 를 어떻게 든 증폭 시켜야합니다 .

구조적 조명

본질적으로 물체의 프로파일을 측정하려는 경우 단일 고해상도 카메라와 구조적 조명을 고려 했습니까?

^{허가없이 사용 된이 이미지에 대한 루프 기술 덕분에 귀속 이 충분할 것입니다.}

그레이 징 각도가 얕을수록 측정 할 수있는 정확도는 높아지지만 지원되는 피사계 심도는 낮아질 수 있으므로 응용 분야에 따라 필요에 맞게 최적화하거나 시스템을 조정할 수 있어야합니다 (0의 경우 하나의 레이저 각도) -500um, 500-1500um 등). 이 경우 레이저 위치를 변경할 때마다 보정해야 할 수 있습니다.

덧붙여서, 이것을 시도하는 매우 저렴한 방법 은 기본 라인 레이저 LED를 포함하는 한 쌍의 레이저 가위 를 선택하는 것 입니다.

마지막으로, 여러 번 샘플링하여 특이 치를 거부 한 다음 평균화하여 진동 문제를 제거 할 수 있습니다. 더 좋은 해결책은 전체 테스트 장치를 화강암 블록에 장착하는 것입니다. 이것은 과거에 작업했던 레이저 미세 가공 도구에 효과적이었습니다. 공장에있을 때에도 미크론 수준의 위치와 초점 깊이 정확도가 필요합니다.

봉투 계산의 일부.

수평에서 입사각이 10도이고 해상도가 640x480이고 시야각이 87 x 65mm 인 카메라를 가정합니다. 샘플이없는 세로 프레임의 맨 아래에 빔을 배치 한 다음 빔을 가로 지르는 샘플을 배치하면 최대 높이가 약 15mm이고 수정되지 않은 해상도는 약 24um이됩니다. 각 픽셀마다 선 이 화면을 따라 올라 갑니다 . 이 설정을 사용하면 0.1mm 변형이 4 픽셀 변형 위치로 표시됩니다.

마찬가지로 수평에서 2 도의 입사각을 사용하면 최대 높이가 약 3mm (Tan (2deg) * 87mm)이므로 픽셀 당 약 4.7um의 수정되지 않은 해상도로 훨씬 더 눈에 띄게됩니다. 픽셀 점프 . 그러나 아마도 훨씬 더 정확한 라인 레이저가 필요할 것입니다.

카메라가 충분히 가까우면 기준선에 대한 선의 실제 위치를 결정하기 위해 카메라 높이를 사용하여 두 번째 삼각 계산을 수행해야 할 수도 있습니다.

또한 절대 정확도 가 필요하지 않고 국소 반복성이 충분하면 (예를 들어 주어진 공차 내에 있는지 확인하기 위해 샘플의 평탄도를 프로파일 링하는 경우) 레이저 라인의 상대 위치를 볼 수 있습니다. 충분히.

스테레오 시스템의 정밀도는 픽셀 크기에 의해 제한됩니다. 이론적으로 고급형 카메라는 이러한 정밀성을 위해 충분한 픽셀 밀도를 가져야합니다. 물론 카메라를 보정해야하며 물체가 카메라와 합리적으로 가까이 있어야합니다.

지오메트리에 따라 다르지만 원칙적으로는 확실합니다.

물체는 하나의 카메라에서 다른 카메라로 식별 기능을 일치시킬 수있는 충분한 "텍스처"를 가져야하며, 카메라는 이미지에 투사 될 때 깊이 불일치 0.01mm가> 1 픽셀에 해당하는 충분한 수의 픽셀을 가져야합니다. 평면.

렌즈 왜곡을 매핑하는 것은 일반적으로이 스케일보다 큰 문제 일 수 있습니다.

매우 정밀한 해상도를 위해서는 Keyence의 저렴하고 쉽게 구할 수있는 레이저 깊이 게이지가 가장 좋습니다. 그들은 일하고 상대적으로 저렴하며 산업 표준입니다. http://www.keyence.com/products/measure/laser/laser.php

가장 저렴한 2D 광학 기술은 Ronchi 판결을 사용하여 "그림자 무아레"시스템을 만드는 것입니다. 몇 년 전 광학 엔지니어의지도를 받아 무광택 금속 표면의 작은 변형을 측정하기 위해 일부 휴대용 장치를 설계했습니다. 우리는 약 100 미크론 (0.1 밀리미터)의 깊이 변화를 상당히 쉽게 감지 할 수 있었으며, 정확하게 기억하지는 못하지만 약 10-20 미크론의 깊이 차이를 감지 할 수있었습니다. 프린지 패턴은 해석하기 쉽고 편리한 높이 맵을 제공합니다.

섀도우 무 아르 기법에 대한 합리적인 설명은 다음과 같습니다. http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn787/idn787.htm

Ronchi 판결 비용은 약 $ 100입니다. http://www.edmundoptics.com/products/displayproduct.cfm?productid=1831

이 장치 자체는 Ronchi 판결 (정확하게 증착 된 선이있는 유리 슬래브), 판결에 대해 고정 된 각도로 장착 된 광원 및 판결에 대해 정확한 각도로 설정된 관찰 튜브로 구성됩니다. 우리 장치는 표면과 직접 접촉했지만 비접촉 장치를 만들 수도 있습니다.

장치를 하나로 묶은 후에는 교정을 원할 것입니다. 수학에 따르면 밀리미터 당 예상 프린지 수에 관계없이 보정해야합니다. 교정을 위해 얇은 게이지 블록을 사용했는데, 가장 얇은 두께는 알려진 두께 1 / 2mil (0.0005 인치, 약 12.5 미크론)의 마일 라 시트입니다. 판결이있는 장치는 판결의 한쪽 가장자리 아래에 게이지 블록이 끼워진 평평한 반 반사 표면에 배치됩니다. 이것은 일련의 변두리를 생성합니다. 게이지 블록의 높이와 판결의 길이를 알고 있으므로 약간의 삼각법을 사용하면 밀리미터 당 프린지 수를 계산할 수 있습니다.

단일 카메라를 사용한 레이저 삼각 측량도 옵션이지만 일반적으로 처음 나타나는 것보다 훨씬 까다 롭습니다. 레이저 삼각 측량을 사용하여 약 0.1mm의 깊이 정확도를 달성하려면 많은 작업이 필요할 수 있으며, 몇 가지 문제가 있습니다.

고정밀 표면 스캐닝을 위해 공 초점 현미경을 기반으로 한 정말 멋진 시스템을 구입하기 위해 최대 $ 15,000를 소비 할 수 있습니다. 그들은 시원하다. http://en.wikipedia.org/wiki/Confocal_microscopy

이론적으로 당신을 막을 것이 없습니다. 그러나 나는이 규모로 나타날 몇 가지 이미지 캡처 문제를 생각할 수 있습니다. 저는 현미경 문제의 전문가가 아닙니다. 여기 몇 가지 문제가 있습니다.

• 시선에 따른 깊이 변화는 카메라에서 물체까지의 거리와 비교할 수 있습니까? 조정 된 직교 구속 조건에서 정류가 더 쉽지만 (물체에서 카메라까지의 가시선을 따르는 거리에 비해 물체의 깊이 변화가 작습니다) 이것은 원하는 세부 사항을 제공하지 않습니다. 따라서 카메라는 물체와 매우 가까워 야합니다.

• 객체의 크기와 비교할 때 기준선은 무엇입니까? 넓은 기준선은 어렵지만 좁은 기준선에는 좋은 기술이 있습니다. 이 스케일에서 서로 가까이있는 두 대의 카메라를 물리적으로 배치하는 것은 어려울 수 있습니다.

(내 답변이이 사이트에서 주제를 벗어 났지만 OP 지원에 대한 희망으로이 답변 게시)

편집 : 아래의 계산은 이미지 전체의 가로 및 세로 측정에 대한 것입니다. 스테레오 기반 깊이 추정에는 유효하지 않습니다. 스테레오 기반 깊이 추정에 대한 유효한 계산을 보려면 Martin Thompson의 답변을 참조하십시오 .

Wikipedia에 따르면 공 초점 레이저 스캐닝 현미경 은 표면 프로파일 링에 유용합니다 .

10μm (100 분의 1 밀리미터)는 모든 종류의 현미경 장치의 유용성의 시작점입니다. 왜냐하면 디지털 이미징 장치의 유용성 (픽셀 당 약 100μm, 아마도 10-20cm 거리)보다 1 배나 낮기 때문입니다.

내 가정은 다음과 같습니다

• 물체로부터의 거리 : 15cm
• 시야 : 10cm
• 이미지 폭 (픽셀) : 3000
• 원시 해상도 : mm 당 30 픽셀
• 노이즈, 광학 및 압축 아티팩트로 인해 정확하게 초점이 맞춰 졌다고 가정하면,
  • (점 확산 기능) 객체가 최대 5 픽셀 간격으로 흐려질 수 있음
• 추정 해상도 : mm 당 6 픽셀 (160μm)

즉, 필요한 가공 정밀도로 많은 레이저, 광학 및 이미징 구성 요소 (그리고 매우 중요한 인클로저)를 구축해야합니다. 가난한 사람의 공 초점 레이저 스캐닝 현미경을 만드는 것이 실현 가능한지 확실하지 않습니다. (또한 그러한 기계의 중고 가격도 모릅니다.)

이러한 해상도에서 특수 광원 (구조 광, 레이저 등)의 도움없이 스테레오 비전만으로는 "텍스처 부족"문제가 발생합니다.

이론적으로 가능합니다. 실제로 ... 그것은 매우 높은 해상도의 stero 카메라가 필요하고 수학 방정식을 알아내는 어려운 문제인 것 같습니다.

특히, 필요한 최소 해상도 스테레오 카메라가 무엇인지 알아 내기 위해서는 최소한 수학 방정식을 생각해 내야합니다. 그런 다음 측정하는 항목을 측정 할 수 있도록 필요한 종류의 범위 알고리즘과 품질 메트릭이 얼마나 좋은지 파악해야합니다.

그러나 결론은 이론적으로 스테레오 캠을 사용하여 서브 밀리미터 범위를 측정 할 수 있다는 것입니다.

나는 과거의 삶에서 계측에서 일했습니다. 이 시스템 과 마찬가지로 시스템 은 입체 현미경을 사용하며 약 1 미크론 정밀도 (서브 픽셀 정확도)를 달성한다고 주장합니다.

레이저 스캐너와 인코더가있는 솔루션이 또 다른 솔루션입니다.

저의 임무는 그러한 시스템을 테스트하는 것이 었습니다. 원하는 정밀도를 확실하게 달성 할 수 없었습니다. 실제로 대부분의 공급 업체는 인위적으로 수치를 높이고있었습니다.

나는 현미경을 추천합니다. 자동화 된 방법은 필요한 정밀도를 달성하지 못하게하는 많은 요인에 크게 의존합니다. 항공 우주 산업은 CMM 을 사용 하여 부품을 측정하는데 100k $가 넘으며 대기압과 습도가 제어되는 온도가 조절 된 실내에서 이러한 정밀도를 달성하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 또한 이러한 시스템은 마모되어 항상 재 교정해야합니다.

$cameras can sell for over 100k$