Математическое моделирование и исследование оптимальной конфигурации оптической стереосистемы, состоящей из двух плоских зеркал

Математическое моделирование и исследование оптимальной конфигурации оптической стереосистемы, состоящей из двух плоских зеркал

Автор: Степанов Д.Н., Тищенко И.П.

Журнал: Программные системы: теория и приложения @programmnye-sistemy

Рубрика: Математическое моделирование

Статья в выпуске: 3 (62) т.15, 2024 года.

Бесплатный доступ

Статья посвящена математическому моделированию и оптимизации конфигурации оптической стереосистемы, состоящей из видеокамеры и двух плоских зеркал. Отличие данного исследования от ранее проведенных - учет большого количества ограничений на конфигурацию оптической системы: величина стереобазы, размеры зеркал, общие габариты оптической системы, отсутствие двойного отражения световых лучей, недопущение ситуации, когда видеокамера отражается в зеркалах. Выполнена постановка задачи условной оптимизации для поиска оптимальной конфигурации рассматриваемой оптической системы. В качестве целевой функции выбран периметр прямоугольника, ограничивающего габариты оптической системы. Численное решение задачи было найдено с использованием пакета SciPy. Полученные результаты расширяют теорию компьютерного зрения и могут быть использованы в создании и исследовании систем компьютерного зрения для робототехнических комплексов.

Еще

Машинное зрение, оптические приборы, математическое моделирование, стереозрение, оптимизация, катоптрическая система

Короткий адрес: https://sciup.org/143183466

IDR: 143183466   |   DOI: 10.25209/2079-3316-2024-15-3-23-52

Список литературы Математическое моделирование и исследование оптимальной конфигурации оптической стереосистемы, состоящей из двух плоских зеркал

  • Gorevoy A. V., Machikhin A. S. Optimal calibration of a prism-based videoendoscopic system for precise 3D measurements // Computer Optics.– 2017.– Vol. 41.– No. 4.– Pp. 535–544. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2017-41-4-535-544 ↑25
  • Zhou F., Chen Y., Zhou M., Li X. Effect of catadioptric component postposition on lens focal length and imaging surface in a mirror binocular system // Sensors.– 2019.– Vol. 23.– No. 19.– id. 5309.– 20 pp. https://doi.org/10.3390/s19235309 ↑25
  • Gluckman J., Nayar S. K. Rectified catadioptric stereo sensors // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence.– 2002.– Vol. 24.– No. 2.– Pp. 224–236. https://doi.org/10.1109/34.982902 ↑25
  • Clark A. F., Chan S. W. Single-camera computational stereo using a rotating mirror // Proc. 1994 British Machine Vision Conference, ed. Hancock E. R..– BMVA Press.– 1994.– ISBN 952-1898-1-X.– Pp. 761–770. https://doi.org/10.5244hU/tCRt.pL8s.:7/5/bmva-archive.org.uk/bmvc/1994/bmvc-94-075.pdf ↑25
  • Nakao T., Kashitani A. Panoramic camera using a mirror rotation mechanism and a fast image mosaicing // Proc 2001 International Conference on Image Processing (07–10 October 2001, Thessaloniki, Greece).– 2001.– ISBN 0-7803-6725-1.– Pp. 1045–1048. https://doi.org/10.1109/ICIP.2001.958676 ↑25
  • Hu S., Dong H., Shimasaki K., Jiang M., Senoo T., Ishii I. Omnidirectional panoramic video system with frame-by-frame ultrafast viewpoint control // IEEE Robotics and Automation Letters.– 2022.– Vol. 7.– No. 2.– Pp. 4086–4093. https://doi.org/10.1109/LRA.2022.3150484 ↑25
  • Pachidis T., Lygouras J. A pseudo stereo vision system as a sensor for real time path control of a robot // Proceedings of the 19th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference.– V. 2, IMTC/2002 (21–23 May 2002, Anchorage, AK, USA).– 2002.– ISBN 0-7803-7218-2.– Pp. 1589–1594. https://doi.org/10.1109/IMTC.2002.1007197 ↑25 26
  • Vernon D. An optical device for computation of binocular stereo disparity with a single static camera, Opto-Ireland 2002: Optical Metrology, Imaging, and Machine Vision, Proc. SPIE.– vol. 4877.– 2003.– Pp. 38–46. https://doi.org/10.1117/12.463762 ↑25 26
  • Chai X., Zhou F., Chen X. Epipolar constraint of single camera mirror binocular stereo vision systems // Optical Engineering.– 2017.– Vol. 56.– No. 8.– id. 084103.– 8 pp. https://doi.org/10.1117/1.OE.56.8.084103 ↑25 26
  • Zhou F., Chai X., Chen X., Song Y. Omnidirectional stereo vision sensor based on single camera and catoptric system // Applied Optics.– 2016.– Vol. 55.– No. 25.– Pp. 6813–6820. https://doi.org/10.1364/AO.55.006813 ↑26
  • Liu Y., Zhou F., Guo Z., Tan H., Zhang W. Design and optimization of a quad-directional stereo vision sensor with wide field of view based on single camera // Measurement.– 2022.– Vol. 203.– No. 7.– id. 111915.– 11 pp. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2022.111915 ↑26
  • Wang R., Li X., Zhang Y. Analysis and optimization of the stereo-system with a four-mirror adapter // Journal of the European Optical Society Rapid Publications.– 2008.– Vol. 3.– id. 08033.– 7 pp. https://doi.org/10.2971/jeos.2008.08033 ↑26
  • Yu L., Pan B. Structure parameter analysis and uncertainty evaluation for single-camera stereo-digital image correlation with a four-mirror adapter // Applied Optics.– 2016.– Vol. 55.– No. 25.– Pp. 6936–6946. https://doi.org/10.1364/AO.55.006936 ↑26
  • Luo H., Yu L., Pan B. Design and validation of a demand-oriented single-camera stereo-DIC system with a four-mirror adapter // Measurement.– 2021.– Vol. 186.–No. 5.– id. 110083.– 13 pp. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110083 ↑26
  • López-Alba E., Felipe-Sesé L., Schmeer S., Díaz F. A. Optical low-cost and portable arrangement for full field 3D displacement measurement using a single camera // Measurement Science and Technology.– 2016.– Vol. 27.– No. 11.– id. 115901. https://doi.org/10.1088/0957-0233/27/11/115901 ↑26
  • Yu Z., Ma K., Wang Z., Wu J., Wang T., Zhuge J. Surface modeling method for aircraft engine blades by using speckle patterns based on the virtual stereo vision system // Optics Communications.– 2018.– Vol. 411.– No. 1.– Pp. 33–39. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2017.10.064 ↑27
  • Bartol K., Bojanić D., Petković T., Pribanić T. Catadioptric stereo on a smartphone // Proc. 2021 12th International Symposium on Image and Signal Processing and Analysis, ISPA (13–15 September 2021, Zagreb, Croatia), Piscataway, NJ: IEEE.– 2021.– ISBN 1-66542-639-X.– Pp. 189–194. https://doi.org/10.1109/ISPA52656.2021.9552146 ↑27
  • Aggarwal R., Vohra A., Namboodiri A. M. Panoramic stereo videos with a single camera // 2016 IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR) (27–30 June 2016, Las Vegas, NV, USA).– IEEE.– 2016.– ISBN 978-1-4673-8850-4.– Pp. 3755–3763. https://doi.org/10.1109/CVPR.2016.408 ↑27
  • Zhu L., Wang W., Liu Y., Lai S., Li J. A virtual reality video stitching system based on mirror pyramids // 2017 International Conference on Virtual Reality and Visualization (ICVRV) (21–22 October 2017, Zhengzhou, China).– IEEE.– 2017.– ISBN 978-1-5386-2636-8.– Pp. 288–293. https://doi.org/10.1109/ICVRV.2017.00066 ↑27
  • Nene S. A., Nayar S.K. Stereo with mirrors // Sixth International Conference on Computer Vision (07 January 1998, Bombay, India).– IEEE.– 1998.– ISBN 81-7319-221-9.– Pp. 1087–1094. https://doi.org/10.1109/ICCV.1998.710852 ↑27
  • Baker S., Nayar S. K. A theory of single-viewpoint catadioptric image formation // International Journal of Computer Vision.– 1999.– Vol. 35.– No. 2.– Pp. 175–196. https://doi.org/10.1023/a:1008128724364 ↑27
  • Goshtasby A., Gruver W.A. Design of a single-lens stereo camera system // Pattern Recognition.– 1993.– Vol. 26.– No. 6.– Pp. 923–937. https://doi.org/10.1016/0031-3203(93)90058-5 ↑27
  • Gluckman J., Nayar S. K. Planar catadioptric stereo: geometry and calibration // Proceedings 1999 IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition.– V. 1 (23–25 June 1999, Fort Collins, CO, USA).– IEEE.– 1999.– ISBN 0-7695-0149-4.– Pp. 22–28. https://doi.org/10.1109/CVPR.1999.786912 ↑27
  • Gluckman J., Nayar S. K. Catadioptric stereo using planar mirrors // International Journal of Computer Vision.– 2001.– Vol. 44.– No. 1.– Pp. 65–79. https://doi.org/10.1023/A:1011172403203 ↑27
  • Endres F., Sprunk C., Kümmerle R., Burgard W. A catadioptric extension for RGB-D cameras // 2014 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (14–18 September 2014, Chicago, IL, USA).– IEEE.– 2014.– ISBN 9781479969357.– Pp. 466–471. https://doi.org/10.1109/IROS.2014.6942600 ↑27 28
  • Mariottini G. L., Scheggi S., Morbidi F., Prattichizzo D. Catadioptric stereo with planar mirrors: multiple-view geometry and camera localization // Visual Servoing via Advanced Numerical Methods, Lecture Notes in Control and Information Sciences.– vol. 401, eds. Chesi G., Hashimoto K., London: Springer.– 2010.– ISBN 978-1-84996-088-5.– Pp. 3–21. https://doi.org/10.1007/978-1-84996-089-2_1 ↑28 43
  • Durand-Texte T., Melon M., Simonetto E., Durand S. 3D vision method applied to measure the vibrations of non-flat items with a two-mirror adapter, 13th International Conference on Vibration Measurements by Laser and Noncontact Techniques (20-–22 June 2018, Ancona, Italy) // Journal of Physics Conference Series.– 2018.– Vol. 1149.– No. 1.– id. 012008.– 9 pp. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1149/1/012008 ↑28
  • Takahashi K., Nobuhara S. Structure of multiple mirror system from kaleidoscopic projections of single 3D point // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence.– 2022.– Vol. 44.– No. 9.– Pp. 5602–5617. https://doi.org/10.1109/TPAMI.2021.3070347 ↑28
  • Zhao Y., Chen Y., Yang L. Calibration of double-plane-mirror catadioptric camera based on coaxial parallel circles // Journal of Sensors.– 2022.– Vol. 2022.– id. 145400.– 15 pp. https://doi.org/10.1155/2022/7145400 ↑28 29
  • Zhong F, Quan C. A single color camera stereo vision system // IEEE Sensors Journal.– 2018.– Vol. 18.– No. 4.– Pp. 1474–1482. https://doi.org/10.1109/JSEN.2017.2786747 ↑28
  • Степанов Д. Н., Смирнов А. В. Исследование процесса калибровки и оптических характеристик стереонасадки 3Dberry // Программные системы: теория и приложения.– 2018.– Т. 9.– №3(38).– С. 11–28. https://doi.org/10.2520hU9t/Rt2pL0:7/9/-p3s3t1a6.p-2si0r1a8s-.r9u-3/-/1r1e-a2d8/psta2018_3_11-28.pdf ↑28 38
  • Степанов Д. Н. Математические модели получения стереоизображений с двухзеркальных катадиоптрических систем с учетом дисторсии объективов // Компьютерная оптика.– 2019.– Т. 43.– №1.– С. 105–114. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2019-43-1-105-114 ↑30 33 38
  • Bradski G., Kaehler A. Learning OpenCV: Computer Vision with the Opencv Library.– Sebastopol, CA: O’Reilly Media Inc.– 2008.– ISBN 978-0-596-51613-0.–575 pp. ↑35
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp