Optika v počítačovém vidění MPOV



Podobné dokumenty
Princip pořízení obrazu P1

ATEsystem s.r.o. Kamery pro průmyslové aplikace. Vliv CCD snímače a optiky na kvalitu obrazu.

TECHNIKA FOTOAPARÁTY, DATA A PŘÍSLUŠENSTVÍ ČÁST 2.

Zhotovení a úprava fotografií. 01 Digitální fotografie

Praktická geometrická optika

Praktická geometrická optika

Digitální fotografie

Vlastnosti digitálních fotoaparátů

SNÍMÁNÍ OBRAZU. KAMEROVÉ SYSTÉMY pro 3. ročníky tříletých učebních oborů ELEKTRIKÁŘ. Petr Schmid listopad 2011

Digitální fotoaparáty, základy digitální fotografie

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. Teorie měření a regulace. snímače foto. p. 2q. ZS 2015/ Ing. Václav Rada, CSc.

MULTIMEDIÁLNÍ A HYPERMEDIÁLNÍ SYSTÉMY

ATEsystem s.r.o. Kamery pro průmyslové aplikace

(Umělé) osvětlování pro analýzu obrazu

A HYPERMEDIÁLNÍ MULTIMEDIÁLNÍ SYSTÉMY OBRAZOVÁ DATA SVĚTLO ZPRACOVÁNÍ OBRAZU OBRAZ. Jak pořídit statický obraz

MULTIMEDIÁLNÍ A HYPERMEDIÁLNÍ SYSTÉMY. 6) Snímání obrazu

POŘÍZENÍ OBRAZU, KAMERY ZOBRAZOVACÍ SYSTÉMY POLARIZACE SVĚTLA (1)

MULTIMEDIÁLNÍ A HYPERMEDIÁLNÍ SYSTÉMY

Teprve půlka přednášek?! já nechci

Videokamera, základy editace videa

Aplikovaná optika. Optika. Vlnová optika. Geometrická optika. Kvantová optika. - pracuje s čistě geometrickými představami

1. Co je to noční vidění?

EOS-1D Mark III DIGITÁLNÍ FOTOAPARÁT OBRAZOVÝ SNÍMAČ. Typ Efektivní pixely Celkem pixelů. Přibližně 10,1 milionů Přibližně 10,7 milionů

PREZENTACE ŠKOLY POMOCÍ FOTOGRAFIE

Počítačová grafika a vizualizace I

Digitální fotografie

JSEM TVÉ OKO. iamnikon.cz

Techniky pořízení obrazu, kamery

Koncový ceník CP PLUS

Fotoaparát a digitální fotografie

Fotografie základní kurz

BEZDOTYKOVÉ MĚŘENÍ TEPLOTY

Sim.HALX Podívejte se na to z té světlejší strany a s chladnou hlavou

Nikon F-80. Michal Kupsa

Pořízení rastrového obrazu

AHD-CI30K-xxx / AHD-VI50K-xxx

Optoelektrické senzory, obrazové senzory CMOS pro vestavné systémy

Samsung ST90 - Digitální fotoaparáty. Elegantní a stylový fotoaparát s nádychem důmyslnosti. Video v kvalitě HD nyní v kompaktním fotoaparátu

Digitální fotoaparáty vycházejí z principu klasického fotoaparátu na kinofilm. Hlavní rozdíl je ve snímacím prvku. U klasického fotoaparátu světlo

Úvod do zpracování obrazů. Petr Petyovský Miloslav Richter

POROVNÁNÍ OBRAZOVÉ KVALITY ZÁZNAMU DIGITÁLNÍCH FOTOAPARÁTŮ

DIGITÁLNÍ FOTOGRAFIE

Obsah ÚVOD 10 VÝBĚR OBJEKTIVU 12 JAK NA FILTRY 38 STATIVY K UDRŽENÍ STABILITY 50 SVĚT BLESKŮ 60

Vysokorychlostní polohovací systém

Michal Bílek Karel Johanovský. Zobrazovací jednotky

λ, (20.1) infračervené záření ultrafialové γ a kosmické mikrovlny

Nejdůležitější pojmy a vzorce učiva fyziky II. ročníku

CGI. Computer generated imagery Počítačové triky Animované filmy Počítačové hry. Technologické trendy v AV tvorbě, CGI 2

Koncový ceník CP PLUS včetně DPH a recyklačních poplatků

Fungování předmětu. Technologické trendy v AV tvorbě, stereoskopie 2

Fotografické vybavení do terénu. Mgr. Zbyněk Buřival

Optoelektronické senzory. Optron Optický senzor Detektor spektrální koherence Senzory se CCD prvky Foveon systém

Mikroskopická obrazová analýza

E mm Sada. Specifikace. Typ. Hledáček. Obrazový senzor. Procesor. Filtr. bezdrátové řízení blesků. MOS senzor Výjimečně snadné ovládání

Digitální fotografie

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

5. Zobrazovací jednotky

Stučný přehled toho co zde uslyšíte

Základy fyzikálněchemických

E P mm Sada. Olympus Pen: návrat legendy. Specifikace. Typ. Filtr. Obrazový senzor. Živý náhled. Procesor

Úvod, optické záření. Podkladový materiál k přednáškám A0M38OSE Obrazové senzory ČVUT- FEL, katedra měření, Jan Fischer, 2014

Kamera - základní pojmy. Připravil: Jiří Mühlfait, DiS.

L A TEX Digitální fotoaparáty


PŘEDNOSTI. 96.5mm. 129 mm. 70cm. PenTec s.r.o., Veleslavínská 19/30, Praha 6, tel.: , ,

Vnitřní DOME HD-SDI kamera VD102SFHD-IR

21 Fotografování skrze sklo bez reflexů Používání polarizačního filtru

Vzorkování. Je-li posloupnost diracových impulzů s periodou T S : Pak časová posloupnost diskrétních vzorků bude:

Ověření výpočtů geometrické optiky

OPTIKA Polarizace světla TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Obsah. KAPITOLA Minisérie Používání Mini Bridge ve Photoshopu

TVORBA DIGITÁLNÍ FOTOGRAFIE A JEJICH ZPRACOVÁNÍ V PC

SEMINÁŘ VISION CAFÉ 2015

Problémové okruhy ke zkoušce A3M38VBM Videometrie a bezkontaktní měření ls 2014 Optické záření- základní vlastnosti optického záření a veličiny a

Optoelektronické snímače fotodiodová pole, obrazové senzory CMOS

POŘÍZENÍ OBRAZU, KAMERY

Brána do vesmíru. Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o. Krajská hvezdáreň v Žiline

Základy digitální fotografie. Základní pojmy

Fotoaparáty a vybavení

Rozdělení přístroje zobrazovací

Základy velkoplošného zobrazování. ČVUT FEL, listopad 2008

DataCam Průmyslové CCD kamery DataLight Osvětlovací jednotky pro průmyslové kamery

OPTIKA - NAUKA O SVĚTLE

Světlo x elmag. záření. základní principy

AHD BEZPEČNOSTNÍ KAMERY 720P

Velký snímač a objektiv s vysokou světelností. pro dokonalejší snímky. ve fotoaparátu kapesních rozměrů:

1. Snímací část. Náčrtek CCD čipu.

TELEVIZNÍ ZÁZNAM A REPRODUKCE OBRAZU

Západočeská univerzita v Plzni FAKULTA PEDAGOGICKÁ

(1) SAL300F28G. Objektiv pro digitální jednookou zrcadlovku 300mm F2.8 G Sony Corporation

TOP5. Kameru lze snadno připojit k Full HD nebo HD ready monitoru nebo TV příslušné velikosti.

Animace a geoprostor. První etapa: Animace 3. přednáško-cvičení. Jaromír Landa. jaromir.landa@mendelu.cz Ústav informatiky PEF MENDELU v Brně

LABORATORNÍ ÚLOHA DOHLEDOVÉHO KAMEROVÉHO SYSTÉMU LABORATORY TASK OF THE SURVEILLANCE CAMERA SYSTEM

DSLR-A580L (DSLRA580L) : Technické údaje : Fotoaparáty a videokamery : So...

o barvách PHOTOSHOP strana 1

Typy digitálních fotoaparátů

Fotokroužek 2009/2010

optické přístroje a systémy

Makroskopická obrazová analýza pomocí digitální kamery

PV156 Digitální fotografie Příslušenství Tomáš Slavíček / Vít Kovalčík FI MU, podzim 2012

Transkript:

Optika v počítačovém vidění MPOV Rozvrh přednášky: 1. osvětlení 2. objektivy 3. senzory 4. další související zařízení

Princip pořízení a zpracování obrazu Shoda mezi výsledkem a realitou? Pořízení obrazu oblast hardware Zpracování obrazu oblast software

Objekt měřená/detekovaná veličina Optické senzory - Zpravidla poskytují komplexnější informace než jednoduché snímače Ne vždy je výhodou použití optických senzorů obrazu Měřené/detekované veličiny a parametry mohou být prezence/absence objektu, velikost, obrys, popis tvaru (pozor na omezení při projekci), barva, jasové charakteristiky, struktura materiálů, textura, plocha objektu, pozice objektu, analytický popis objektu, další parametry a vlastnosti objektu s využitím specifických vlastností scény nebo s využitím snímací metody - 3D popis objektu stereofotogrammetrie, rekonstrukce povrchu transparentnost, luminescence materiálu atd. Obecně jakákoliv veličina/parametr, která se dá převést na optický projev zachytitelný soustavou

Osvětlení Cíl osvětlení zajistit osvětlení objektu, potlačit nevýznamné vlastnosti objektu/pozadí, zkrátit expoziční dobu... Světlo podle emise Žárovka - mírně bliká (AC), hřeje, velký příkon a náběhový proud, časté výměny, dobré barevné podání, účinnost typ. 4%, typ. do 1000W Halogenová žárovka mírně bliká (AC), hřeje, velký příkon a náběhový proud, časté výměny, dobré barevné podání (lepší než žárovka), účinnost max. 8%, typ. do 1000W Zářivka bliká (lze budit vysokou frekvencí, omezit typem luminoforu - dosvit), spec. napájení, doba mezi výměnami dlouhá, špatné barevné podání (dle luminoforu), typ. 100W

Osvětlení LED modulovatelné osvětlení, nehřeje, malé rozměry, nízká intenzita (???), monochromatické i bílé, dlouhá životnost, přežhavitelnost, účinnost cca 20% a více, typická pološířka 50nm, mw až desítky W, Laser modulovatelný, monochromatický, koherentní, téměř ideální bodový zdroj, dlouhá životnost (u polovodičových laserů účinnost cca 20%), dobrá navázatelnost na optickou trasu, mw až... záleží na režimu (pulsní), Výbojky např. xenonové, pro zábleskové aplikace s velkým výkonem, velmi drahé, dlouhá životnost, účinnost vyšší než u zářivek typ. do 1000W, pulsně 100J, Denní časově (krátkodobě) i barevně stálé, velké rozdíly intenzit Slunce bodové (aproximace), cca 1000 W/m2 Zamračeno difůzní

Osvětlení

Světlo podle rozložení (některé typy) Difúzní Osvětlení zatažená obloha, rozprostřené bodové/plošné zdroje, odraz od bílé stěny Bodové zdůrazňují např. drsnost povrchu, silné odlesky. Zadní transmise Vhodné pro obrys objektu, jednoduchá segmentace objektu/pozadí, např. bodový zdroj a matnice Osvětlení v temném poli využívá reflexe na hranách objektu Světlo podle spektra Širokospektrální denní světlo, žárovky, zářivky a výbojky (částečně) Úzkospektrální (LED typicky 50nm pološířka, laser, spektrální čáry plynů ) Ideální osvětlení vždy dle typu objektu (absorbce, reflexe, rozptyl ) vyzdvihnou žádané vlastnosti objektu a potlačit pozadí

Osvětlení Popis světla částicový (kvantový) a vlnový model. V teorii elektromagnetického pole je záření vyjádřeno jako oscilující elektromagnetické pole. Vektorová pole popisující intenzitu elektrického pole E a intenzitu magnetického pole B jsou řešením systému Maxwellových lineárních diferenciálních rovnic. V obecném případě se 3D směr vektoru E mění. Sluneční světlo je náhodnou směsí a obsahuje všechny orientace, tj. nepolarizované světlo. Polarizace po průchodu nepolarizovaného světla filtrem - např. : dvojlomý vápenec. Polarizace odrazem. Prakticky : polarizační filtry = rovnoběžná vlákna dlouhých molekul orientovaná v jednom směru. Příklad: polarizované brýle pro rybáře. Polarizovaný filtr na objektiv fotoaparátu.

Osvětlení Efekt polarizace odfiltrování odlesku vhodným natočením polarizačního filtru

Objektivy Podle ohniskové vzdálenosti normální, širokoúhlé, teleobjektivy. Podle změny ohniska s pevným ohniskem, s proměnným ohniskem, zoom, varifocal. Speciální objektivy mikroskopické, telecentrické.

Objektivy Model objektivu f 1 z' f 1 z 1 f mz f f z' z

Objektivy Parametry objektivu a obrazu (vzhledem k objektivu) Ohnisková vzdálenost (fix, zoom, varifocal) Rozlišení objektivu (čar/mm) Bodová rozptylová funkce -

Objektivy Parametry objektivu a obrazu (vzhledem k objektivu)

Objektivy Parametry objektivu a obrazu (vzhledem k objektivu) Světelnost nejmenší nastavitelná clona pro danou ohniskovou vzdálenost Minimální zaostřovací vzdálenost Clona pevná, nastavitelná (lamely) Hloubka ostrosti Bajonet/mount/závit připojení objektivu Nejčastěji C/CS mount, M42, Canon, Minolta, Pentax Ostření manuální, pevné, automatické Výstupní formát 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 1, Digital, Full frame (36x24 mm) Speciální vlastnosti objektivů např. antireflexní vrztvy

Objektivy Hloubka ostrosti Závislá na cloně, ohnisku a velikosti pixelu

Objektivy Vady objektivu Geometrické zkreslení hlavně soudkovitost Chromatická aberace (kompenzace LD členy nízkorozptylová skla) Zpětný odraz od okolí senzoru hlavně digitální zrcadlovky Vinětace

Chromatická aberace Objektivy

Optická vinětace objektivu Objektivy

Mechanická vinětace objektivu Objektivy

Senzory Hlavní funkce převod světelného signálu na elektrický Využití vlastností fotoelektrického jevu v polovodičích (A.E. 1905) Typické velikosti pixelu 2um 20um (visible, IR, thermo) Fyzikální omezení frekvence fotonu, velikost pixelu kontra vlnová délka, rozlišení senzoru, citlivost, vinětce čipu, efektivní plocha)

Senzory Dle technologie CMOS CCD Dle struktury Řádkové (běžně 7500pix) Plošné (běžně 3Mpix) TDI - řádkové Dle spektrální citlivosti Černobílé Barevné (jednočipové x vícečipové kamery) Speciální (UV, infra) FOTOELEKTRICKÝ JEV - popsat

Senzory Barevné S barevným kódováním - plošné Aditivní barevný model (Bayer) - RGB Subtraktivní barevný model - CMYG

Barevné Bayer Senzory

3 CCD, 3 CCD Linear

Spektrální citlivost Sony ICX085AL Senzory

Senzory Spektrální citlivost Sony ICX085AK Bayerovo kódování

Substraktivní kódování Senzory

Senzory Rozdělení plošných senzorů dle struktury Čtvercové Hexagonální Jiné

Senzory Vysouvání náboje CCD, čtení - CMOS, popis principu CCD : Nutnost RG (reset gate), sample and hold obvodů (pokud nejsou součástí A/D převodníku)

Senzory Vysouvání náboje CCD, čtení - CMOS, popis principu CMOS :

Senzory Expoziční doba CCD a CMOS Elektronická závěrka global shutter CCD + některé CMOS Štěrbinová závěrka CMOS http://www.youtube.com/watch?v=eab9ehedlsk https://www.youtube.com/watch?v=dk6o5raiaj4

Senzory Kvantová efektivita Fill factor prakticky 100% díky mikročočkám (zvyšují vinětaci čipu)

Senzory CCD + Linearita: CCD senzory pracují na principu přeměny fotonu na pár elektrondíra a integrování získaného náboje. + Nízký šum: je dán integrační povahou měření. Nechlazený čip při televizním vyčítání (PAL 14.1875MHz) má SNR asi 60 db. + Účinnost: Současné senzory mají vysokou účinnost + Global shutter QE kolem 40%, 80% pro back-illuminated CCD Vyčítání: jen celého čipu najednou (až na vyjímky) Rychlost: horizontální pixelové hodiny zpravidla max 30MHz dynamika náboje, parazitní kapacity dynamický odběr, chlazení Omezený rozsah intenzit: je dán kapacitou výstupního kondenzátoru a elektronovou bariérou.

Senzory CMOS + 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). + Rychlost i 150MHz na kanál QE = 30% Vyšší šum Nižší citlivost Rolling shutter štěrbinová závěrka

Senzory Senzor shrnutí degradace Ztráta rozlišení, maximální detail Shannon-Kotelnikův teorém Ztráta světelného spektra, barvy Přidání šumu Rozmazání obrazu pohybujícího se objektu vlivem délky expozice Jak volit vhodný senzor - Dostatečné rozlišení - Citlivost pro dané spektrum - Vhodné rozhraní (vzdálenost kabeláže, rychlost přenosu) - Možnost synchronizace s osvětlením Kde dochází k největší ztrátě informace???

Další zařízení Luxmetr měří intenzitu osvětlení. Vztaženo k citlivosti lidského oka

Další zařízení Spektrometr průběh intenzity světelného spektra

Monochromátor velmi úzké spektrum Další zařízení