3D из 2D: Как получить карту глубины с одной камеры?

Для построения карты глубины иногда достаточно одной камеры и алгоритма Depth from Focus (DfF).

Как это работает:

1. Меняем фокус на камере несколько раз и делаем снимки. Сначала фокус на переднем плане, потом в середине, потом на заднем.

2. Фиксируем «резкость» каждого элемента на каждом кадре

3. Строим карту. Для каждого элемента с «резкого» кадра, алгоритм вычисляет, на каком отделении от камеры находится эта точка. Всё вместе и даёт трёхмерную карту.

А как быстро менять фокус?

Классический моторный привод слишком медленный. Поэтому в таких системах часто используют жидкие линзы.

Это не стекло, а капля в гибкой оболочке. Её кривизну (а значит, и фокусное расстояние) можно менять мгновенно, подавая напряжение.

Где это применяют?

• Контроль пайки компонентов на платах (проверка высоты).

• Контроль на производстве (например, закрутка винтов).

• Навигация роботов, где важно понимать рельеф местности.

Я использовал объективы с жидкими линзами в нескольких проектах, где это действительно было очень удобным и элегантным решением. Один из таких – была система контроля сборки блоков предохранителей для автомобилей. В ней за счёт технологии глубины из фокуса удалось бюджетно решить задачу контроля качества сборки и выявить ошибки установки предохранителей.

Поиск брака с помощью обратной подсветки

В бутылке с водой плавает нечто постороннее, в ампуле с лекарством видна трещина, а пузырёк с дорогим парфюмом заполнен наполовину. Однако, это лишь страшный сон, благодаря системам машинного зрения с обратной подсветкой на производственной линии.

В чём суть технологии?

Камера смотрит на объект, фоном которого является идеально белое, равномерно яркое полотно подсветки. Благодаря этому видны любые дефекты, например:

• Посторонние предметы: любая соринка отбрасывает чёткую тень на светлом фоне

• Уровень наполнения: линия жидкости становится идеально чёткой

• Геометрические размеры: четкий контур объекта на контрастном фоне

• Герметичность и дефекты упаковки

• Сортировка объектов, оптическая сепарация

• Контроль целостности стеклянной колбы (например, у геркона)

Технология обратной подсветки (backlight) — это страховой полис от репутационных и финансовых потерь. Она гарантирует, что каждая единица продукции, покидающая конвейер, безупречна. В современном производстве такая проверка светом — must-have для любого, кто ценит своё имя и качество.

TDI: Как удвоить свет в кадре без смены объектива и проигрыша в скорости для линейной камеры.

Одна из самых частых головных болей для инспекции на производстве — это нехватка света. Особенно когда конвейер несётся с бешеной скоростью, а выдержку нужно выставлять минимальную, чтобы не было смаза. Использовать супермощный светильник — это дорого. Но что, если бы камера могла просто... вдвое эффективнее использовать тот свет, который уже есть?

У многих линейных камер сенсор представляет собой несколько линий, обычно это от 2 до 8. Изображение объектов как бы перетекает от одной линии к другой, такими образом: фактическое время нахождения картинки на сенсоре линейной камеры больше, чем на одном пикеле. Значит, можно его заснять повторно!

Можно использовать binning — простое сложение двух пикселей в один суперпикесль. Но это снижает разрешение камеры. Альтернативой стал режим TDI.

TDI (Time-Delay Integration) — технология в линейной камере, в которой изображение последовательно «перекатывается» со строки на строку. Электроника камеры синхронизирует эту скорость сдвига со скоростью объекта. В итоге, за время прохождения всей матрицы, сигнал (свет) от одной и той же точки объекта накапливается с двух и более пикселей. Результат — более яркий и менее шумный кадр без увеличения выдержки.