Princip pořízení obrazu P1

Transkript

1 Princip pořízení obrazu P1

2 Optická vinětace objektivu Optická soustava

3 Mechanická vinětace objektivu Optická soustava

4 Optická soustava Hloubka ostrosti závislá na použitém objektivu, velikosti pixelu a nastavené cloně

5 Optická soustava Další vady : Chromatická aberace (kompenzace LD členy nízkorozptylová skla) Geometrické zkreslení hlavně soudkovitost Zpětný odraz od okolí senzoru hlavně digitální zrcadlovky Přirozená vinětace čím větší úhel lomu, tím větší útlum

6 princip aberace

7 Senzor Hlavní funkce převod světelného signálu na elektrický Využití vlastností fotoelektrického jevu v polovodičích Fyzikální omezení energie fotonu, velikost pixelu kontra vlnová délka, rozlišení senzoru, citlivost, vinětce čipu

8 Spektrum světla sluneční záření

9 Citlivost CCD kamer Sony ICX285AL B&W HDTV, progressive scan, 1300x1030

10 Sony ICX285AQ color HDTV, progressive scan, 1300x1030

11 Spektrum světla sluneční záření

12 Citlivost lidského oka

13 Citlivost CCD kamer Sony ICX285AL B&W HDTV, progressive scan, 1300x1030

14 Sony ICX285AQ color HDTV, progressive scan, 1300x1030

15 Rozdělení kamer Dle technologie CMOS CCD Dle struktury Řádkové (běžně 7500pix) Plošné (běžně 3Mpix) Dle spektrální citlivosti Černobílé Barevné (řádkové 3x CCD out) Speciální (UV, infra)

16 S barevným kódováním Se třemi výstupy (RGB) Rozdělení plošných kamer Barevné - dle systému barevného kódování Aditivní barevný model (Bayer) Subtraktivní barevný model

17 Aditivní model Subtraktivní model

18 Dle struktury Čtvercové Hexagonální Jiné Rozdělení plošných kamer

19 Způsob vyčítání náboje

20 CCD čip + Linearita: CCD senzory pracují na principu přeměny fotonu na pár elektron-díra a integrování získaného náboje. + Nízký šum: je dán integrační povahou měření. Nechlazený čip při televizním vyčítání má SNR asi 60 db. + Účinnost: Současné senzory mají vysokou účinnost asi 40% Vyčítání: jen celého čipu najednou. Rychlost: horizontální pixelové hodiny zpravidla do 30MHz Omezený rozsah intenzit: je dán maximální kapacitou jednotlivého kondenzátoru.

21 CMOS čip + Logaritmická citlivost: CMOS senzory pracují na principu fotodiody. Měří se protékající proud v okamžiku vyčítání. + Vyčítání: lze v jakémkoliv pořadí, např. můžeme číst pouze oblast zájmu (přímé adresování). + Kamera i procesor na 1 čipu: CMOS technologie je dobře zvládnutá (procesory, paměti). Chytrá kamera (smart camera). Vyšší šum Nižší citlivost šum Rychlost i 150MHz

22 Senzor shrnutí degradace Ztráta rozlišení, maximální detail Shannon-Kotelnik Ztráta světelného spektra, barvy Přidání šumu Rozmazání obrazu pohybujícího se objektu vlivem délky expozice

23 ADC - digitalizace Převod elektrického (spojitého?) signálu do digitální podoby Platí zde pravidla pro digitalizaci jako pro obecný spojitý signál Elektrický signál není spojitý ve smyslu nosné informace volba vzorkovací frekvence podle rozlišení senzoru Degradace Kvantování omezený počet úrovní (volit s ohledem na kvalitu vstupního signálu a požadavky na pozdější zpracování) Aditivní šum

24 Zpracování obrazu ZV smyčka Regulátor i senzor (zpracování obrazu)

25 Zpracování obrazu Cílem je nalézt analytický popis reálné scény 3 základní kroky Předzpracování Detekce objektů nebo relevantních příznaků Klasifikace příznaků, reprezentace výsledku

26 Předzpracování Cílem je připravit a vylepšit data takovým způsobem, aby byla snáze použitelná pro další operace geometrické transformace potlačení zkreslení jasové transformace - zvýšení kontrastu zájmových kvantizačních hodnot, gama korekce, ekvalizace histogramu, logaritmické korekce, eliminace vinětace čipu a objektivu základní filtry, konvoluční masky - filtrace šumu, vyhlazování, detekce hran, morfologické operace prostorové transformace přechod mezi matematickými modely scény

27 Detekce příznaků Cílem je nalézt relevantní informace v obraze. Prvky příznakového vektoru musí splňovat tyto tři základní kriteria : nezávislost při změně jednoho příznaku není v podstatné míře změněna hodnota jiného příznaku spolehlivost hodnota příznaku se nesmí významně lišit pro různé objekty spadající do stejné skupiny (třídy) diskriminantnost hodnota příznaku se musí významně lišit pro objekty spadající do odlišných skupin (tříd) Návrh detektoru vždy s přihlédnutím k charakteru obrazu, často nutnost znalosti širších souvislostí, zkušenosti

28 Klasifikace příznaků, reprezentace výsledku Cílem je z předložených příznaků reprezentovat výsledek, klasifikovat typ objektu Typy klasifikátorů Statistický Plavidlový, syntaktický Neuronový Výstup z klasifikátoru samotná zkoumaná veličina analyticky nebo numericky popsaná, nyní je možné navrhnout regulátor nebo s daty dále pracovat.

29 Zpracování obrazu celý popsaný řetězec plní funkci senzoru měřené veličiny V které fázi dochází k největší ztrátě informace? Na co se zaměřit?

30 Finty při pořizování obrazu Monochromatický filtr - může potlačit okolní osvětlení, sníží vliv barevných vad. Polarizační filtr - odstraní nebo vybere polarizovaný obraz (například odlesk krycího skla přístroje). Synchronizace expozice se stroboskopickým osvětlením kratší expoziční doba, potlačení vlivu okolního světla. Použitelné s LED a výbojkami

31 Použití polarizačního filtru proti efektu reflexe. Další příklad eliminace odlesků na automobilu

32 Kamery z hlediska vlastností Rozlišení čipu od PAL (televizní - 768x576) až po 81MPix (Fairchild Imaging) Citlivost čipu [V/lx*s] Spektrální citlivost Velikost čipu zpravidla 1/4, 1/3, 1/2", 2/3 Velikost pixelu čtverec, obdelník (hlavně u řádkových kamer)

33 Kamery výstup Analogové rozhraní prokládané, neprokládané (zpětná kompatibilita s TV normou)

34 Kamery digitální výstup Camera-Link fyzická vrstva je založena na LVDS (low voltage differential signaling). V praxi je využíváno hlavně pro nejnáročnější aplikace, hlavní nevýhodou jsou cena a maximální délka kabelu 10 metrů. USB (Universal seriál bus) je univerzální sériová sběrnice pro připojení periferií. Verze USB 2.0 umožňuje díky teoretické rychlosti až 480Mbit/s připojit zařízení náročnější na datový přenos, jako jsou právě kamery. Maximální délka kabelu bez opakovače je 5 metrů. Velkou nevýhodou je konstrukce řadiče, který není vybaven podporou DMA přenosu data musí přejít přes procesor počítače, čímž roste jeho vytížení. FireWire rychlá sériová linka vyvinutá firmou Apple a později převzata jako standard pro komunikaci periferních zařízení (fotoaparáty, kamery, datová úložiště ). Díky konstrukci řadiče, který podporuje DMA přenos dat, je vhodnější než USB. Teoretická rychlost je 400Mbit/s (1394a) nebo 800Mbit/s (1394b). Maximální délka kabelu bez opakovače je 4,5 metru.

35 Gigabitový ethernet je dnes již standardem, který svými vlastnostmi v mnohém předčí ostatní digitální rozhraní. Díky masivnímu nasazení v oblasti lokálních sítí jej výrobci zařadili i do portfolia různých zařízení kamery, tiskárny, síťová úložiště. Metalickým kabel 1Gbit třídy kat6e až do vzdálenosti 100 metrů. Nízká cena všech komponent.

36 Literatura, zdroje R. Gonzalez and R. Woods Digital Image Processing, Addison-Wesley Publishing Company, 1992, R. Haralick and L. Shapiro Computer and Robot Vision A. Jain Fundamentals of Digital Image Processing, Prentice-Hall, D. Vernon Machine Vision, Prentice-Hall, 1991