[ z f w^ew]bc g f g ` f gl mmt 2015 Олон өнгийн гэрлийн ... fileтогтох...

5
Олон өнгийн гэрлийн шулуун ашиглан биетийн 3D загварыг сэргээх Р.Амартүвшин, М.Баярпүрэв Монгол Улсын Их Сургууль, Хэрэглээний Шинжлэх Ухаан, Инженерчлэлийн Сургууль Цахим шуудан: [email protected], [email protected] Хураангуй—Бид энэ ажлаар огторгуйн дурын биетийн 3н хэмжээст загварыг өнгөний мэдээлэлтэй хамт сэргээхийг зорьсон. Тусгай сенсор, лазер хэмжигч ашиглахгүйгээр бү- тэцлэгдсэн гэрлийн шулуун ашиглан биетийн 3н хэмжээст загварыг сэргээх аргууд байдаг боловч эдгээр аргууд бо- ловсруулах хугацаа, зураг авах тоо, биетийн өнгөнөөс ха- маарч алдаатай сэргээх зэрэг шийдэгдээгүй асуудлууд олон байдаг. Бид энэ ажлаар олон өнгийн гэрлийн шулуунаас тогтсон шинэ бүтэц бүхий гэрлийн хэв үүсгэсэн. Үүсгэсэн гэрлийн шулууны тусламжтай проектор болон вэб камер ашиглан дурын өнгийн гадаргуутай биетийн 3D загварыг орчны гэрлийн нөлөөнөөс хамааралгүй сэргээх шинэлэг арга боловсруулж, туршилтын үр дүн гаргасан. Түлхүүр үгс- 3D өгөгдөл цуглуулах, бүтэцлэгдсэн гэрэл, камерын калибровка. I. Удиртгал Бидний амьдарлын салшгүй хэрэглээ болоод байгаа 3D дэлгэц, хэвлэгч зэрэг төхөөрөмжүүдийн гол өгөг- дөхүүн бол яахын аргагүй бодит огторгуйн биет юм. Эдгээр төхөөрөмжүүдийн хэрэглээ өсөн нэмэгдэхийн хэрээр түүнд ашиглагдах 3D өгөгдөл их хэмжээгээр шаардагдах болсон. Биетийн 3D загвар сэргээдэг хэв авах, хэмжих зэрэг уламжлалт аргуудаас гадна со- нар, лазер, үзэгдэх гэрэл мэтийн долгионы ойлт ашиг- лан хэмждэг гэхчилэн маш олон аргууд байдаг бо- ловч тэдгээрт ашиглагддаг технологи, төхөөрөмжийн үнэ өртөгөөс хамааран нийтийн хэрэгцээнд нэвтрээгүй байдаг[1]. Жишээ нь, объектоо эргүүрж 3D загвар сэр- гээдэг нам эрчимтэй лазер сканерийн хувьд нарийвч- лал сайтай боловч өнгөний мэдээлэл авч чадахгүй, жи- жиг хэмжээний объект дээр ашиглах боломжтой зэрэг сул тайлтай. Мөн судалгааны түвшинд шийдэгдээгүй асуудлууд алгоритм болон хэрэгжүүлэлтийн түвшинд олон бий[2]. Зураг 1-д 3D модел сэргээдэг 2 төрлийн аргын ерөнхий загварын үзүүллээ. Бид энэ судалгааны хүрээнд үзэгдэх гэрлийн шулуу- ны үүсгүүр болон тухайн шулууныг ойлгох гадаргуу ой- сон гэрлийг хүлээн авах камер гэсэн үндсэн гурвалаас тогтох тригонометрийн арга дээр үндэслэн бүтэцлэгд- сэн гэрлийн үүсгүүр(цаашид гэрлийн шулуун хэмээе) болон вэб камер ашиглан өндөр нягтаршилтай 3н хэм- жээс загварыг гадаргуугийн өнгөний мэдээлэлтэй хамт сэргээхийг зорьсон. Биетийн 3D загвар сэргээхэд зураг 2-д үзүүлсэн P c цэг дээр фокусын төвтэй проектороос гэрлийн шулууныг биетрүү тусгаж, C c цэг дээр фоку- сын төвтэй камерын кадрт буулгаж проектороос тус- ( а ) ( б ) Зураг 1: а) Лазер 3D сканерийн блок (зургийг http://www.kreon3d.com/-аас ашиглав), б) Контакт 3D сканер (зургийг http://www.globalspec.com/-оос ашиглав) c o p Бодит координатын систем Камер дээр vvсэх кадрын координатын систем Проектороос илгээх бvтэцлэгдсэн гэрлийн хэв S (x,y,z) i S (x,y,z) k S (u,v) k ^ S (u,v) i ^ Cfoc l (w,v) k l (w,q) i Гэрэл ойлгох хавтгай w q x p z p y p o c x c z c y c Зураг 2: Бүтэцлэгдсэн гэлэл ашигласан 3D сканерийн мо- дель гасан гэрлийн шулуун болон ойсон гэрлийн шулууны тусламжтай гэрэл ойлгож буй цэгийн координатыг сэр- гээнэ. Проектороос S i цэгт тусаж буй шулууныг P c цэг болон проектор үүсгэх зураг дээр (w,q) координаттай l i цэгийн огторгуйн (x,y,z) координатын тусламжтай илэрхийлж болно. Харин S i цэгээс камерт ирж буй шулууныг C c болон камерын кадрт (u,v) координаттай Өгөгдөл ба Мэдлэгийн Менежмент MMT 2015 82

Upload: others

Post on 05-Sep-2019

5 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: [ Z F w^ew]bc g F g ` f gl MMT 2015 Олон өнгийн гэрлийн ... fileтогтох тригонометрийн арга дээр үндэслэн бүтэцлэгд- сэн

Олон өнгийн гэрлийн шулуун ашиглан биетийн3D загварыг сэргээх

Р.Амартүвшин, М.БаярпүрэвМонгол Улсын Их Сургууль, Хэрэглээний Шинжлэх Ухаан, Инженерчлэлийн Сургууль

Цахим шуудан: [email protected], [email protected]

Хураангуй—Бид энэ ажлаар огторгуйн дурын биетийн3н хэмжээст загварыг өнгөний мэдээлэлтэй хамт сэргээхийгзорьсон. Тусгай сенсор, лазер хэмжигч ашиглахгүйгээр бү-тэцлэгдсэн гэрлийн шулуун ашиглан биетийн 3н хэмжээстзагварыг сэргээх аргууд байдаг боловч эдгээр аргууд бо-ловсруулах хугацаа, зураг авах тоо, биетийн өнгөнөөс ха-маарч алдаатай сэргээх зэрэг шийдэгдээгүй асуудлууд олонбайдаг. Бид энэ ажлаар олон өнгийн гэрлийн шулуунаастогтсон шинэ бүтэц бүхий гэрлийн хэв үүсгэсэн. Үүсгэсэнгэрлийн шулууны тусламжтай проектор болон вэб камерашиглан дурын өнгийн гадаргуутай биетийн 3D загварыгорчны гэрлийн нөлөөнөөс хамааралгүй сэргээх шинэлэгарга боловсруулж, туршилтын үр дүн гаргасан.

Түлхүүр үгс− 3D өгөгдөл цуглуулах, бүтэцлэгдсэнгэрэл, камерын калибровка.

I. УдиртгалБидний амьдарлын салшгүй хэрэглээ болоод байгаа

3D дэлгэц, хэвлэгч зэрэг төхөөрөмжүүдийн гол өгөг-дөхүүн бол яахын аргагүй бодит огторгуйн биет юм.Эдгээр төхөөрөмжүүдийн хэрэглээ өсөн нэмэгдэхийнхэрээр түүнд ашиглагдах 3D өгөгдөл их хэмжээгээршаардагдах болсон. Биетийн 3D загвар сэргээдэг хэвавах, хэмжих зэрэг уламжлалт аргуудаас гадна со-нар, лазер, үзэгдэх гэрэл мэтийн долгионы ойлт ашиг-лан хэмждэг гэхчилэн маш олон аргууд байдаг бо-ловч тэдгээрт ашиглагддаг технологи, төхөөрөмжийнүнэ өртөгөөс хамааран нийтийн хэрэгцээнд нэвтрээгүйбайдаг[1]. Жишээ нь, объектоо эргүүрж 3D загвар сэр-гээдэг нам эрчимтэй лазер сканерийн хувьд нарийвч-лал сайтай боловч өнгөний мэдээлэл авч чадахгүй, жи-жиг хэмжээний объект дээр ашиглах боломжтой зэрэгсул тайлтай. Мөн судалгааны түвшинд шийдэгдээгүйасуудлууд алгоритм болон хэрэгжүүлэлтийн түвшиндолон бий[2]. Зураг 1-д 3D модел сэргээдэг 2 төрлийнаргын ерөнхий загварын үзүүллээ.

Бид энэ судалгааны хүрээнд үзэгдэх гэрлийн шулуу-ны үүсгүүр болон тухайн шулууныг ойлгох гадаргуу ой-сон гэрлийг хүлээн авах камер гэсэн үндсэн гурвалаастогтох тригонометрийн арга дээр үндэслэн бүтэцлэгд-сэн гэрлийн үүсгүүр(цаашид гэрлийн шулуун хэмээе)болон вэб камер ашиглан өндөр нягтаршилтай 3н хэм-жээс загварыг гадаргуугийн өнгөний мэдээлэлтэй хамтсэргээхийг зорьсон. Биетийн 3D загвар сэргээхэд зураг2-д үзүүлсэн Pc цэг дээр фокусын төвтэй проектороосгэрлийн шулууныг биетрүү тусгаж, Cc цэг дээр фоку-сын төвтэй камерын кадрт буулгаж проектороос тус-

( а ) ( б )

Зураг 1: а) Лазер 3D сканерийн блок (зургийгhttp://www.kreon3d.com/-аас ашиглав), б) Контакт 3Dсканер (зургийг http://www.globalspec.com/-оос ашиглав)

c

op

Бодит

координатын систем

Камер дээр vvсэх

кадрын координатын систем

Проектороос илгээх

бvтэцлэгдсэн гэрлийн хэв

S (x,y,z)i

S (x,y,z)k

S (u,v)k^

S (u,v)i^

Cfoc

l (w,v)k

l (w,q)i Гэрэл ойлгох хавтгай

w

q

xp

zp

yp

oc xc

zc yc

Зураг 2: Бүтэцлэгдсэн гэлэл ашигласан 3D сканерийн мо-дель

гасан гэрлийн шулуун болон ойсон гэрлийн шулуунытусламжтай гэрэл ойлгож буй цэгийн координатыг сэр-гээнэ. Проектороос Si цэгт тусаж буй шулууныг Pc цэгболон проектор үүсгэх зураг дээр (w,q) координаттайli цэгийн огторгуйн (x,y,z) координатын тусламжтайилэрхийлж болно. Харин Si цэгээс камерт ирж буйшулууныг Cc болон камерын кадрт (u,v) координаттай

Өгөгдөл ба Мэдлэгийн Менежмент MMT 2015

82

Page 2: [ Z F w^ew]bc g F g ` f gl MMT 2015 Олон өнгийн гэрлийн ... fileтогтох тригонометрийн арга дээр үндэслэн бүтэцлэгд- сэн

буусан Si цэгийн огторгуйн (x,y,z) координатуудыгашиглан сэргээж болно. Кадр дээрхи дүрс болон проек-торт үүсэх зураг аль аль пиксел(pixel)-ээр илэрхийлэг-дэнэ. Иймээс бид проекторийн R2 −→R3 хувиргалт бо-лон камерийн R3 −→ R2 хувиргалтын параметрүүдийгтодорхойлох шаардлагатай. Мөн проекторт үүсэх зур-гаас ижил өнгийн гэрлийн шулуунууд биет дээр тусахучираас lk цэгт Sk харгалзах цэгийг камер дээр буусанS цэгүүдээс зөв таних нь чухал. Эдгээр асуудлуудыгшийдвэрлэж биетийн зөв 3D загварыг сэргээхийн тулддараах үе шатуудыг хийж гүйцэтгэлээ:

1) Проектороос тусгах олон өнгийн гэрлийн шулуун-тай зураг(хэв) үүсгэх

2) Камер болон проекторын загварыг дотоод, гадаадпараметруудаар тодорхойлох

3) Биетийн 3D загварыг сэргээхДоорх дэд бүлгүүдэд эдгээр үе шатуудыг тус бүрт ньтайлбарлана.

( а )

( б ) ( в )

Зураг 3: а) хар, цагаан өнгийн бүрэцлэгдсэн гэрлүүд[6].б) Тэдгээрийн биет дээр тусаад харагдах байдал. в) Олонөнгийн торлосон бүтэцтэй гэрлийн шулуун бүхий хэв[7].

II. Проектороос тусгах олон өнгийн гэрлийншулуунтай зураг(хэв) үүсгэх

Гэрлийн шулууны хэд хэдэн төрлүүд байдагийг Зу-раг 3-ийн (а)-д үзээлэв. 3D сканерийн нягтаршил ньбиетрүү тусгаж буй гэрлийн шулуунуудын тооноосшууд хамаатай байдаг тул олон шулуун тусгавал би-етийн 3D загварын чанар сайн байна. Гэвч олон гэр-лийн шулуун тусгахад биетийн гадаргуунаас хамаарчшилжилт үүсдэг (зураг 3-ийн (б)) учир тэдгээрийнөөр хооронд нь ялган таньхад хамгийн гол асуудалоршино[3]. Энэ асуудлыг шийдвэрлэх үүднээс Зураг3-ийн (в)-д үзүүлсэнтэй төстэй олон өнгийн гэрлийншулуун ашиглах тохиолдол байдагч энэ гадаргуугийнөнгө орчины нөлөөнөөс шалтгаалан алдаатай танигдахболомжтой байдаг[4]. Орчны гэрэлтүүлэг болон гадар-гуугийн өнгөнөөс хамаарч гэрлийн шулууны мэдээлэлөөрчлөгдөх тул гэрэлтэлтийн түвшин ялгаатай ижилөнгүүд хоорондоо ялгагдах магадлал маш бага учирбид үндсэн өнгө болон RGB(улаан, ногоон, хөх) өнгөболон тэдгээрийн хослол болох CMY(номин цэнхэр,ягаан, шар) гэсэн 6 үндсэн өнгүүдийг ашиглаж дараахS(i) дарааллыг i = 1 . . .N,N = 12 үед үүсгэлээ.

S(i) =

[R(i)G(i)B(i)

](1)

Зэргэлдээ орших 2 гэрлийн шулууны хувьд өнгөнийбайгуулагч өөр хоорондоо дор хаяж 2 бит(өнгөнийбайгуулагч)-ээр ялгаатай байхаар зохион байгуулсан.Арван хоёроос дээш тооны гэрлийн шулуун үүсгэх үедтус өнгөний дарааллыг дахин ашиглах тул 1-р шулуунболон 12-р шулуун хоорондоо мөн 2 битээр ялгаатайбайна.[

R(i)G(i)B(i)

]=

[1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 11 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 00 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1

](2)

Өнгөний RGB байгуулагч тус бүрд нь задалж биднийөмнө тодорхойлсон нөхцөл ёсоор томъёо 2-д үзүүлсэнбайдлаар анхны утга оноов. Энд Np,Lp нь харгалзанпроектор үүсгэх зургын цэгийн тоо буюу өргөн, гэр-лийн шулуунуудын тоог илэрхийлнэ.

C(k) = cos(2πLp

Npk),k = (1 . . .

Np

Lp) (3)

Тасалгааны гэрэл, нар, биетийн гадаргуу зэргээс гад-на, проекторын чадал, камерын сэнсор зэрэг хүчинзүйлсээс хамаарч гэрлийн шулуун байгуулагч өөрч-лөгдөж шулуунаа илрүүлхэд хүндрэл үүснэ. Гэрлийншулууныг гажуудуулах нөлөөллүүдийг LTI системтэйзүйрлэж болно. Иймээс бид гэрлийн шулуун C(k)-гсинусойд хэлбэрийн эрчимтэй байхаар үүслгэлээ.

XR(j) = R( j

Lp)

N∑k=0

δ(j − kNp

Lp+ Lphase)

XG(j) = G( j

Lp)

N∑k=0

δ(j − kNp

Lp+ Lphase)

XB(j) = B( j

Lp)

N∑k=0

δ(j − kNp

Lp+ Lphase)

j = (1 . . .Np), lphase = (1 . . .Np

Lp) (4)

Улаан, ногоон, хөх өнгөний байгуулагч тус бүрээрнь XR,XG,XB импүлсийн цувааг өнгөний даралал(C)болон фаз(Lphase)-с хамааруулж үүсгэв. Импүлсийнцуваа XR,XG,XB-д өнгөний байгуулагч нэг түүвэрбуюу нэг цэгийн өргөнтэй байгаа тул үүнийг томъёо3-д үүсгэсэн синусойдтой конволюци хийж проектортүүсгэх зураг I(j)-г үүсгэнэ.

I(j) =

[IR(j)IG(j)IB(j)

]=

[C(k) ∗ XR(j)C(k) ∗ XG(j)C(k) ∗ XB(j)

](5)

Томъёо 1-5-г ашиглан үүсгэсэн синусойд хэлбэрийнөнгөний байгуулагчтай 12 өнгийн гэлрийн шулууныхэвийг зураг 4-д үзүүлэв.

Зураг 4: Синусойд байгуулагчтай 12 өнгийн гэлрийн шулуу-ны хэв

Энд үүсгэсэн гэрлийн шулууны хэвийг Зураг 2 дээрүзүүлсэн Pc цэг дээр фокусын төвтэй проекторийнтусламжтай биетрүү гэрэлтүүлэх юм.

Өгөгдөл ба Мэдлэгийн Менежмент MMT 2015

83

Page 3: [ Z F w^ew]bc g F g ` f gl MMT 2015 Олон өнгийн гэрлийн ... fileтогтох тригонометрийн арга дээр үндэслэн бүтэцлэгд- сэн

III. Камер болон проекторын загварыг дотоод, гадаадпараметруудаар тодорхойлох

Энд зураг 2-д үзүүлсэн (x,y,z)T гурвал нь огтор-гуйн координатыг илэрхийлж, уг системд (xp,yp,zp)T

координаттай op цэгт эхтэй (xp,yp,zp)T гурвалаар про-екторын координатуудыг илэрхийлж тус координатынсистем yp тэнхлэгээс нэгж зайд орших түүнтэй пер-пендикуляр Ii(w,q) хавтгайгаар проекторын зургыгтэмдэглэе. Үүнтэй адилаар бодит координатын системд(xc,yc,zc)T координаттай oc цэгт эхтэй (xc,yc,zc)T гур-валаар камерын координатуудыг илэрхийлж тус коор-динатын систем yc тэнхлэгээс нэгж зайд орших түүнтэйперпендикуляр Si(u,v) хавтгайгаар камерын кадрыгтэмдэглэе. Эндээс бид камерын зураг авах процессбуюу R3 −→ R2 буулгалтыг Р.Амартүвшин нарын [8]-дтодорхойлсоноор камерын координатыг жинхэнэ коор-динатын системд тэдгээрийн суурь векторууд {i, j, k},{ic, jc, kc}-г ашиглан задалж бичвэл

(ic, jc, kc) = (i, j, k)

(ic1 jc1 kc1ic2 jc2 kc2ic3 jc3 kc3

)(6)

болно. Эндээс жинхэнэ координатын системд (x,y,z)T

координаттай орших цэг камерын кардт буух (u,v)координат нь:

u = αcic1(x − pc1) + ic2(y − pc2) + ic3(z − pc3)jc1(x − pc1) + jc2(y − pc2) + jc3(z − pc3) + Ac

v = βckc1(x − pc1) + kc2(y − pc2) + kc3(z − pc3)jc1(x − pc1) + jc2(y − pc2) + jc3(z − pc3) + Bc (7)

байна. Камерийн кадр дээр (u0,v0) координаттай цэгжинхэнэ координатын системийн yc = 1 хавтгай дээрхикоординатыг олбол.(

x0y0z0

)=

(ic1 jc1 kc1ic2 jc2 kc2ic3 jc3 kc3

) u0−Acαc

− pc11 − pc2

v0−Bcβc

− pc3

(8)

Гэдгээс харвал камерын кадр дээрхи цэгээр объектын3-хэмжээст координатыг нэмэлт мэдээлэлгүйгээр сэр-гээх боломжгүй харин түүнийг камерийн координатынэх Oc-тэй холбосон шулууныг сэргээж болно.

r(t) =

(pc1pc2pc3

)+

(x0 − pc1y0 − pc2z0 − pc3

)t (9)

Энэ r(t) нь биетийн гадагуу дээрээс ойсон гэрлийншулууны тэгшитгэл юм.Одоо проекторын зураг гаргах процесс буюу R2 −→R3 буулгалтыг тодорхойлоё. Проекторын зураг дээр(w0, q0) координаттай цэгийн проекторын координатынсистем дэх yp = 1 хавтгай дээрх проекц нь xp = w0−Ap

αp

yp = 1zp = q0−Bp

βp

(10)

байна. Эндээс жинхэнэ координатын систем дэх коор-динат(

xp

yp

zp

)=

(ip1 jp1 kp1ip2 jp2 kp2ip3 jp3 kp3

) w0−Ap

αp− pp1

1 − pp2q0−Bp

βp− pp3

(11)

гэдгээс бид камерын кадр дээрхи цэгээс 3D коорди-нитыг сэргээж болохгүйтэй адил yp = 1 хавтгай дээрхи(xp,yp,) цэгийг проекторын координатын эх Op-г дайр-сан шулуунаар илэрхийлэх боломжтой.

r(t) =

(pp1pp2pp3

)+

(xp − pp1yp − pp2zp − pp3

)t (12)

Ингээд бид огторгуйн цэгийн координатыг сэргээхийнтулд (9) болон (12) томъёгоор өгөгдсөн 2 шулууны огт-лолцолыг олох шаардлагтай учираас бид проекторынпараметрүүд болох (ip, jp, kp, pp,αp,βp,Ap,Bp), камерынпараметрүүд болох (ic, jc, kc, pc,αc,βc,Ac,Bc)-г үнэлэххэрэгтэй юм.

IV. Биетийн 3D загварыг сэргээхA. Камерт буусан зургаас гэрлийн шулууныг илрүүлэх

Энэ хэсэгт проектороос биетрүү тусгасан гэр-лийн шулуунуудыг камерт буусан 2 хэмжээст өн-гөт зураг[S(u,v)]-с илрүүлнэ. Боловсруулах зургыгSR(u,v), SG(u,v), SB(u,v) гэж RGB өнгөний байгуу-лагчдаар нь задалж тус бүрээс нь ∀v0 ∈ [1,H] байхu тэнхлэгтэй параллел хөндлөн огтлолыг авбал хар-галзан SR(u), SG(u), SB(u) болно зураг 5-д харуулав.Эдгээр фүнкцүүдийн дотоод максимум цэгүүд нь ту-

120 140 160 180 200 220 240

0

20

40

60

80

120 140 160 180 200 220 240

0

50

100

100 120 140 160 180 200 220 240

0

50

100

Зураг 5: RGB өнгөний байгуулагч (SR(u), SG(u), SB(u))фүнкцүүд

хайн шулууны өнгө болон байрлалыг илэрхийлж чадна.Ижил өнгийн шулуун олон тоогоор орж байгаагаасшалтгаалан камерт буусан шулуунуудыг өөр хооронднь зөв ялгаж таних нь чухал. Жишээ нь: зураг 2-д үзүүлсэн проекторт үүсгэсэн li(w) шулуун биетийнгадаргууд дээр буухдаа камерын харах өнцөгөөс шалт-гаалан хэвтээ тэнхлэгийн дагуу шилжилт хийсэн бай-на. Үүнээс гадна өнгөний байгуулагчдын өөрчлөлтөөсхамаарч шулууныг буруу таних магадлалтай. Эдгээрхүчин зүйлсийг харгалзан үзэж проектор үүсгэсэн гэр-лийн шулуунуудын өнгөний код( улаан=1, ногоон=2,хөх=4, номин цэнхэр=6, ягаан=5, шар=3)-оор S1[1...n]дараалал, кадр дээрээс илрүүлсэн шулуунуудын өнгө-ний кодоор S2[1...n] дарааллуудыг тус тус үүсгэе. Эд-гээр хоёр дарааллаас хоорондоо огтлолцоогүй өнгөнийкодоороо тэнцүү байх хосуудыг олох бодлого бодъё.

B. Биетийн 3D координатыг сэргээхБиетийн гадаргуугийн 3D координатыг сэргээхдээ

III-р бүлэгт үзүүлсэн (9) болон (12) томъёгоор өгөгд-сөн 2 шулууны огтлолцлын цэгийн ашиглана. Каме-рын эргэлтийн параметрүүдийг ic = (ic1, ic2,0)T , jc =

Өгөгдөл ба Мэдлэгийн Менежмент MMT 2015

84

Page 4: [ Z F w^ew]bc g F g ` f gl MMT 2015 Олон өнгийн гэрлийн ... fileтогтох тригонометрийн арга дээр үндэслэн бүтэцлэгд- сэн

Data: S1[1..n],S2[1..m]Result: pairs[2][1..k]for i in[1..n] do

for j in[1..] doif S1[i] = S2[j] then

a[i][j]← a[i−1][j−1]+1else

a[i][j]←max(a[i][j−1],a[i−1][j])end

endendi = n,j = m;k = 1;while i > 0 and j > 0 do

if S1[i] = S2[j] thenpairs[1][k]← i ;pairs[2][k]← j ;k← k +1

elseif a[i][j−1] < a[i−1][j] then

i← i−1else

j← j−1end

endend

Algorithm 1: хоорондоо огтлолцоогүй өнгөний кодоо-роо тэнцүү шулуунуудын хосуудыг олох алгоритм

(jc1, jc2,0)T , kc = (0,0,1)T байхаар, жинхэнэ координа-тын эхээс харьцангүй зайг pc = (pc1,pc2,0) буюу коор-динатын x,y хавтгай дээр байхаар сонгож томъёо 9-гзадалж бичвэл

r(t) =

(pc1pc20

)+

t

−pc1 − ic1(pc1 + Ac−u0αc

) − jc1(pc2 − 1)−pc2 − ic2(pc1 + Ac−u0

αc) − jc2(pc2 − 1)

− Bc−v0βc

(13)

t ∈ R хэлбэртэй болно. Харин проекторын эргэлтийнпараметрүүдийг ip = (−1,0,0)T , jp = (0,−1,0)T , kp =(0,0,1)T байхаар тохируулж, жинхэнэ координатынэхээс харьцангүй зайг pp = (0,pp2,0) буюу координатынy тэнхлэг дээр байхаар сонгож томъёо 12-г задалжбичвэл

r(τ) =

(0

pp20

)+ τ

Ap−w0αp

)−1

− Bp−q0βp

(14)

τ ∈ R хэлбэртэй болно. Эндээс бид 3 үл мэдэхтэйсистем тэгшитгэл бодох шаардлага гарах ба хэрвээкамер болон проекторын параметрүүдийг алдаатайүнэлсэн бол шулуунууд хоорондоо огтлолцохгүйбайх магадлал өндөр юм. Түүнчлэн бид босоотэнхлэгийн дагуу үргэлжилсэн шулуун ашиглажбайгаа учир тухайн шулууны хувьд камерын (v0)

болон проекторын (q0) цэгүүдийг тодорхойлох ньхүндрэлтэй учир тооцооллыг хялбарчлахын тулд (z)тэнхлэгийн дагуу шилжилт хийхгүй хэмээн үзэжтооцоолбол хавтгай дээрхи 2 шулууны огтлолцол олохбодлого болно.

V. Туршилт, үр дүн

Биетийн 3D загвар сэргээх үе шатуудыг зураг 7-д ха-руулсан байна. Нэгдүгээр алхам бүтэцлэгдсэн гэрлийншулуунуудыг II-р бүлэгт тооцоолсоны дагуу үүсгэжпроекторын тусламжтай биетрүү гэрэлтүүлсэн. Ингэх-дээ 25 өнгийн гэрлийн шулуунуудыг үүсгэж тодорхойхугацааны давтамжтай 10 өөр фазийн шилжилт үүсгэ-нэ. Ингэснээр бид хэвтээ тэнхлэгийн дагуу 250нэгжийнөргөнтэй 3D мэдээлэл сэргээх боловтой болж байна.Үүнээс гадна биетийн гадаргуугийн өнгөний нөлөөлөлболон орчны гэрэлтэлтийн хэмжээг тодорхойлох үүд-нээс зураг 7-н б)-д үзүүлсэнтай ижил 50%-ийн гэрлийнэрчимтэй цагаан буюу саарал өнгийн гэрэлтүүлгэ үүс-гэж түүнийг үндсэн суурь өнгө болгон ашигласан. Да-раагийн алхам бол IV-A-р бүлэгт тооцоолсон аргаар ту-хайн зургийн хэвтээ тэнхлэгийн дагуух хөндлөн огтлолтус бүр дээр гэрлийн шулуунуудыг илрүүлсэн. Үүнийдараа IV-B-р бүлэгт тодорхойлсон (13),(14) томъёонуу-дыг ашиглан гэрлийн шулууны тусгал буусан цэгийнбайршилыг сэргээсан. Туршилтын үр дүнд өөр онцлогшинж чанартай 5 төрлийн биетийн 3D загварыг зураг6-д үзүүлсэн хэмжилтийн талбарт сэргээж анализ хийжүзлээ.

КАМЕРЫН ХАРАХ ӨНЦӨГ

КАМЕРЫН ФОКУСЫН ЧИГ

ПРОЕКТОРЫН ФОКУСЫН ЧИГ

ПРОЕКТОР

КАМЕР

ТУРШИЛТЫН ОБЪЕКТ

Зураг 6: Туршилтын талбар

Зураг 7-н (в,г), зураг 8-н (а-г)-д үзүүлсэн туршилынүр дүнгээс ажиглавал зарим загварын гол хэсгээр хэв-тээ тэнхлэгийн дагуу хоосон утга гарсан нь шулуунуудөөр хоорондоо хурц өнцөг үүсгэн огтлолцохгүй хол зайдявж байгаатай холбоотой, мөн зураг 9-д туршилтынбиетийг байршуулсан хананы зайг тооцоолж олохдоо[-1.5, 0.5] завсрын хооронд харилцан адилгүй гарсанбайгааг ажиглаж болно. Түүнчлэн туршилт бүр дээртухайн хананай зайг зүүн доод булангаас буюу баруундээд булан хүртэл аажим алслаттай байгаа нь биднийхамерын харах өнцөгийн алслатаас үүдэн гарч буй

Өгөгдөл ба Мэдлэгийн Менежмент MMT 2015

85

Page 5: [ Z F w^ew]bc g F g ` f gl MMT 2015 Олон өнгийн гэрлийн ... fileтогтох тригонометрийн арга дээр үндэслэн бүтэцлэгд- сэн

нөлөө юм. Эдгээр алдааг арилгахыг тулд бид камер бо-лон проекторын гадаад болон дотоод параметрүүдийгдахин нарийвчлан үнэлэх шаардлагатай.

( a ) ( б )

( в ) ( г )

Зураг 7: а) проекторт үүсгэж буй гэрлийн шулуун(зураг)б) 3D хэмжээсээр сэргээх гэж буй биет в) биетийн гадаргуудээрхи гэрлийн шулуу камерт буусан кадр/биетийн өндө-рөөс хамаарч гэрлийн шулуун шилжсэн байна/. г) биетийн3D загварыг сэргээснийг графикаар харуулав

( a ) ( б )

( в ) ( г )

Зураг 8: а) Олон өнгийн гэрэл ойлгогч гадаргуутай би-ет(маккоффи) б) 3D загварыг сэргээсэн үр дүнг графикаарв) 3.1х3.1х2.1 см шавар биетийн 3D загвар г) Шавар модель

VI. Дүгнэлт

1) Бусад судлаачдын төдийлөн хөндөж гаргадаггүйбүтэцлэгдсэн гэрлийн шинэ загвар(дараалал)-гтодорхой үндэслэлтэй гаргаж түүнийг камерынкадр дээрээс алдаагүй илрүүлэх аргачлал боловс-руулсан.

2) Проектороос үүсгэсэн гэрлийн шулуун болон би-етээс ойсон гэрлийн камер дахь тусгал шулууны

Зураг 9: шавар яст мэлхийн 3D загварыг хажуугаас харуул-сан байдал

тусламжтай биетийн 3D загварыг сэргээх аргач-лал боловсруулж туршиж үзсэн. Мөн энэ аргыгстерио камер ашиглан биетийн байршил илрүүлэхсудалгаанд ашиглаж болно.

3) Судалгааны үр дүнд 5 төрлийн биетийн 3D заг-варыг 250х190 нягтаршилтай сэргээж үүсэж буйалдаан дээр үнэлэлт дүгнэлт гаргасан. Үүнд үн-дэслэн дараа дараагийн биетийн 3 хэмжээст заг-вар сэргээх аргачлалыг сайжруулах арга замыгэрэлхийлсэн.

Ном зүй[1] Daniel Scharstein, Richard Szeliski, "High Accuracy Stereo

Depth Maps Using Structured Light,"IEEE Computer SocietyConference on Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR’2003)

[2] M.Pasherei, S.M.Mousavi, "Implementation of a LowCost Structured Light Scanner,"XXIV International CIPASymposium, 2-6 September 2013, Strabourg, France.

[3] C.Rocchini, P.Cignoni, C.Motani, P.Pingi and R,Scopigno, "ALow cost 3D scanner based on structured light,"EuropeanWorkshop on “High Performance Graphics Systems andApplications”, Cineca, Bologna, Italy, Oct. 16-17, 2000.

[4] Chen SY, Li YF and Zhang J, "Vision Processing for Realtime3-D Data Acquisition Based on Coded Structured Light,"IEEETrans Image Process. 2008 Feb;17(2):167-76.

[5] Frank Forster, Manfred Lang and Bernd Radig, "Real-Time 3Dand Color Camera,"European IST program (IST-1999-10087-HISCORE).

[6] J. Salvi, J. Pags, and J. Batlle,“Pattern codification strategies instructured light systems,”Pattern Recognit., vol. 37, no. 4, pp.827–849, Apr. 2004.

[7] S. Inokuchi, K. Sato, and F. Matsuda,“Range-imaging systemfor 3-D object recognition,”inProc. 7th Int. Conf. PatternRecognition, Montreal, QC, Canada, 1984, pp. 806–808.

[8] Р.Амартүвшин, Д.Нанзадрагчаа, М.Баярпүрэв, "Камерынзагварчлал болон параметрүүдийг үнэлэх нь,"ММТ 2013эрдэм шинжилгээний хурал, Монгол улс, улаанбаатар хот,2013оны 4сар.

Өгөгдөл ба Мэдлэгийн Менежмент MMT 2015

86