بینایی سه بعدی با استفاده از نور ساختار یافته با الگوی رنگی

هدف از این پروژه استخراج پروفایل سه بعدی اجسام به استفاده از روش نور ساختار یافته ااست.

با توجه به بررسی های انجام شده نور ساختار یافته دارای مزایای ویژه ای می باشد . برای مثال سیستمهای مبتنی بر اُپتیک معمولا دارای هزینه پایین تری هستند . همچنین سیستم های بینایی استرﻳو ( شامل دو دوربین ) یا استریو فتو گرامتری برای سنجش برد کوتاه دارای کاربردهای زیادی می باشد . اما این سیستم در اندازه گیری فواصل کوتاه دارای نواقص و مشکلات مربوط به خود است . این مطلب باعث شده روشهای نور ساختار یافته در فواصل کوتاه بیشتر مورد توجه قرار گیرد . وجود کدینگ در نور ساختار یافته و کاربرد آن در تناظر یابی باعث بالاتر رفتن ضریب اطمینان می شود . برای راه اندازی این سیستم نیاز به یک پروژکتور LCD و یک دوربین تصویر برداری است که با توجه به الگو از آن می توان برای بازسازی اجسام متحرک نیز استفاده کرد . در این میان نقش اساسی را الگوریتم و نرم افزار نوشته شده برای پردازش ها و اندازه گیریها برعهده دارد . مراحل کاری این سیستم در فلوچارت به صورت کلی آورده شده است .

این سیستم دارای کاربردهای فراوانی در استخراج مدل سه بعدی اجسامی از قبیل آثار هنری ، ایجاد مدل کامپیوتری از عروسکها و مجسمه ها در کاربردهای انیمیشن سازی دارد . همچنین دارای کاربردهای قابل تطبیق، در سیستم های پزشکی و برخی مسائل صنعتی مانند مهندسی معکوس نیز می باشد .

فهرست مطالب:

چکیده . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

 فصل اول : تئوری نور ساختار یافته و کاربردهای بینایی سه بعدی

1-1- مقدمه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1-2- روشهای غیر فعال بینایی سه بعدی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1-2-1- روش استریوفتوگرامتری . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1-3- روشهای فعال بینایی سه بعدی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1-3-1- بکار گیری سنسور تماسی دربینایی سه بعدی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1-3-2- بکار گیری سنسور غیر تماسی دربینایی سه بعدی . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1-3-2-1- روش ارسال امواج . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1-3-2-2- روش های انعکاسی. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1-3-2-2-1- رهیافتهای غیر اپتیکی در روشهای انعکاسی . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1-3-2-2-2- رهیافتهای اپتیکی در روشهای انعکاسی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1-3-2-2-2-1 رادار تصویر برداری. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

 1-3-2-2-2-2- روشهای اینترفرومتریک . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

1-3-2-2-2-3- استخراج عمق از طریق تمرکز بر روش فعال . . . . . . . . . . . . . . 27

1-3-2-2-2-4- استریوی فعال . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1-3-2-2-2-5- راستراستریوفتوگرامتری . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1-3-2-2-2-6- سیستم مجتمع تصویر برداری . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

1-3-2-2-2-7- تکنیک نور ساختار یافته . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

1-4- مقایسه روشها وتکنیکها و کاربردهای آنها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

1-5- نتیجه گیری . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

  فصل دوم : روشهای مختلف کدینگ الگو

2-1- مقدمه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2-2- روشهای طبقه بندی کدینگ الگوهای نوری . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2-2-1- الگوهای نوری از دیدگاه درجات رنگی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2-2-2- الگوهای نوری از دیدگاه منطق کدینگ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2-2-2-1- روشهای مبتنی بر الگوهای چند زمانه (کدینگ زمانی) . . . . . . . . . . 42

2-2-2-1-1- کدینگهای باینری. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2-2-2-1-2- کدینگ با استفاده از مفهوم n-ary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2-2-2-1-3- کدینگ با استفاده از مفهوم انتقال مکانی. . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2-2-2-1-4- کدینگ با استفاده از همسایگی. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2-2-2-2- روشهای مبتنی بر همسایگیهای مکانی(کدینگ مکانی) . . . . . . . . . 48

2-2-2-2-1- کدینگهای غیر متعارف (ابتکاری) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

2-2-2-2-2- کدینگ بر اساس دنباله De_Bruijn^[1]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

2-2-2-2-3- کدینگ بر اساس منطق M-Arrays. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

2-2-2-3- کدینگ مستقیم . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2-3- نتیجه گیری. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

 فصل سوم :پیاده سازی کدینگ و پردازش تصویر

3-1- مقدمه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

3-2- تولید کلمه های رمز با استفاده از دنباله De_Bruijn. . . . . . . . . . . . . . . . 59

3-3- تابش الگو و عکسبرداری. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3-4- پردازش تصویر . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

3-4-1-دوسطحی سازی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3-4-2- تشخیص لبه ها و اسکلت بندی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3-4-3- نازک سازی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

3-4-4 نقاط تقاطع . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

3-4-5- شناسایی خطوط . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

3-5- نتیجه گیری . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

 فصل چهارم :

شناسایی رنگ و حل مسئله تطابق و بازسازی سه بعدی

4-1- مقدمه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

4-2- شبکه عصبی و شناسایی رنگ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

4-2-1- مسئله تغییر رنگ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

4-3- طراحی شبکه عصبی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

4-4- مسئله تطابق . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

4-5- بازسازی سه بعدی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

4-6- بررسی خطاهای موجود. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

4-6-1- تغییر رنگ و خروجی غیر قطعی شبکه. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

4-6-2- ناپیوستگی های تصویر رنگی. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

4-6-3-خطای همپوشانی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

4-7- نتیجه گیری . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

  فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1 مقدمه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

5-2- انتخاب روش و پیاده سازی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

5-3- پیشنهادات . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

 پیوست الف : نرم افزار تهیه شده . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

پیوست ب : مثلث بندی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

مراجع . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130