Екстремна макро 3D реконструкцияПрограмно осигуряване: MetashapeProНаписано от Пол Бурк Paul BourkeЮни 2019 г. Въведение
Следващите документи упражнение за 3D реконструкция на 22 малки мъниста от черупки, използвани за оформяне на огърлица, хартията, описваща предметите, може да бъде намерена тук. Взетият подход е фотографски, често наричан фотограметрия, използва се програмно осигуряване MetaShape. Размерът на мънистата варираше от 4 мм до 20 мм. Силно желана цел за фотографска реконструкция е рязкото фокусиране на изображенията и добрата дълбочина на фокусиране, но дълбочината на фокусиране е точно това, което човек няма при макро фотографията. Едно от решенията за това е да фокусирате стека, , като комбинирате множество снимки, всяка с различен диапазон на дълбочина на фокуса. За този проект този подход беше изключен поради екстремните времена за улавяне, които биха изисквали, както и увеличеното време за постпродукция. Например, използваният подход за единична снимка на позиция отне средно 1 час на обект, подреждането на фокуса би удължило това поне с коефициент 4. Постпроизводството ще изисква допълнителна стъпка, въпреки че може да бъде до голяма степен автоматизирано. Съоръжение за камера
Първоначалната платформа на камерата се състоеше от обекта, монтиран на пластмасов блок, 100-милиметров макро обектив Canon и линеен макро плъзгач.
Докато това беше функционално за по-големи обекти (15 мм до 20 мм на сензора с пълна рамка), той страдаше от редица проблеми: линейната макро релса включваше грубо и отнемащо време ляво/дясно подравняване с помощта на контролите за глава на статив, а макро обективът от 100 мм е все още в най-добрия случай 1:1 обектив, така че не е идеален за по-малки обекти с или под 10 мм, където обикновено ще се използва по-малко от 1/4 от сензора. Крайното решение включваше двуосова макро релса, лява и дясна за подравняване и напред-назад за фокусиране. Крайният обектив беше 65-милиметрова макроскопия на Canon с увеличение между 1:1 и 5:1, въпреки че за тези обекти всъщност беше използвано не повече от 3: 1 увеличение.
Има алтернативи на закупуването на относително необичайни лещи с увеличение 5:1, например обратната леща.
Тъй като е необходим пълен 3D модел, обектите са снимани в две ориентации с обикновено поне 30% припокриване. Формата на всеки обект варира и за всеки тип форма са използвани различни монтажи. Критично е, разбира се, обектът да не се движи по време на сканиране, въпреки че може да се толерира движение, предизвикано от малки вибрации, тъй като то съответства на смяна на камерата или наклон. Използвана е светлинна кутия, за да даде и по-високи нива на светлина, за да може да се постигне малка бленда (увеличена дълбочина на фокусиране). Той също така премахва светлинните ефекти върху самите обекти, позволявайки максимална възможност за осветяване в презентациите. Улавяне
За увеличение 1:1 и 2:1 е имало достатъчно припокриване във фокусни области и следователно достатъчно припокриване на точката на характеристиките, като се правят стъпки от 20 градуса по дължина и се извършват четири 360 пръстена по географска ширина. Тъй като обхватът на географската ширина обикновено е от 0 (екватор) до 80 градуса, това е и размер на стъпка от 20 градуса по географска ширина. В много случаи за най-висока географска ширина са били необходими само стъпки от 30 градуса за достатъчно припокриване. Следователно за всяко половин сканиране са необходими или 66, или 72 снимки. Камерата беше Canon 5D Mk III (пълен кадър). Автоматичното въртене е постигнато с ротационен блок Edelkrone Head One.
В светлинната кутия имаше достатъчно светлина за максималната бленда f16, като същевременно се поддържаше разумна ISO 200 и 1/20 скорост на затвора. На всеки кадър беше взето решение за региона, върху който да се фокусира, обикновено поради формата на обекта, това беше най-близката повърхност до камерата. Макро релсата е използвана за фокусиране, тъй като този обектив няма възможност за автоматично фокусиране. Дори и с автоматичен фокус, макрообективите обикновено имат значително фокусирано дишане, което променя фокусното разстояние за всеки кадър, което не е добра идея за алгоритмите за 3D възстановяване. И накрая, след фокусиране с помощта на увеличен изглед на LCD дисплея, кадърът е направен, след като вибрациите са се уталожили. Средно целият този процес за един изстрел отне 15 секунди. В обобщение процесът включва първо настройка на височината на статива за предстоящото сканиране на географска ширина, след това за всяка позиция на географската дължина:
Обработка
Горната и долната половина след процеса на подравняване на камерата са показани по-долу. Поради малката дълбочина на фокусиране, като цяло всичко, което не е върху обекта, е било доста извън фокуса и не са открити точки на характеристиките. Поради това в повечето случаи маскирането не се изисква, спестявайки значително количество човешко време.
Като цяло нямаше достатъчно припокриване между двете половини за автоматично подравняване и обединяване на базата на точки. Вместо това на всяка половина бяха идентифицирани редица съвпадащи маркери и беше извършено подравняване и обединяване по маркер. Пример, показан по-долу.
Като цяло по-добри резултати бяха получени чрез преизчисляване на облака с гъста точка след процеса на сливане.
Накрая обединеният модел.
Типично резюме на проекта може да бъде както следва.
|