Precyzyjny pomiar obiektów 3D z wykorzystaniem reguły Scheimpfluga

W wielu przypadkach płaszczyzna obrazu (sensora obrazu) i płaszczyzna obiektu są w stosunku do siebie równoległe, co powoduje zachowanie ostrości obrazu na całym polu widzenia.

Inaczej jest w aplikacjach 3D, gdzie powierzchnia obiektu nie jest ułożona równolegle w stosunku do sensora kamery. Obraz obiektu o złożonej strukturze, zwłaszcza gdy mamy do czynienia z projekcją światła z pochyłych płaszczyzn, przy zastosowaniu standardowej optyki zachowuje ostrość tylko w małym obszarze pola widzenia (dokładnie w części centralnej). Pozostały obszar obrazu jest nieostry. W efekcie końcowym uzyskujemy obraz, który absolutnie nie nadaje się do celów pomiarowych.

Firma Opto Engineering (www.opto-engineering.com) zaprojektowała unikalną rodzinę obiektywów i oświetlaczy światła strukturalnego do zastosowania w aplikacjach pomiarowych 3D oraz do rekonstrukcji obrazu 3D.

Nowa rodzina produktów składa się z: obiektywów bitelecentrycznych, makroobiektywów oraz ledowych projektorów wzorców 3D. Wszystkie elementy optyki 3D zintegrowane są z bardzo precyzyjnym mechanizmem obrotowym, bazującym na wykorzystaniu reguły Scheimpfluga. Zastosowanie tej reguły umożliwia uzyskanie właściwej perspektywy i głębi ostrości dla obiektów, których płaszczyzna znajduje się pod kątem w stosunku do płaszczyzny sensora kamery.

Obiektywy bitelecentryczne 3D zostały zaprojektowane w celu uzyskania maksymalnej dokładności w systemach pomiarowych 3D, umożliwiają uzyskanie doskonałej ostrości w szerokim zakresie kątów przy zachowaniu bardzo niskiego poziomu zniekształceń obrazu.

Obraz jest liniowo skompresowany tylko w jednym kierunku przy zachowaniu wyjątkowej dokładności, co znakomicie ułatwia proces rekonstrukcji 3D. Większość systemów pomiarowych bazujących na technikach triangulacji optycznej zapewnia powiększenie w zakresie 0,5× – 0,1× przy kątach widzenia w od 0° do 45°, optyka Opto Engineering znakomicie spełnia te wymogi.

Analiza kształtów 3D bardzo często wymaga oświetlenia strukturalnego, ukierunkowanego bezpośrednio na przedmiot, o kącie różnym od prostego. Kątowe ustawienie źródła światła względem kamery staje się niezbędne, gdy stosuje się projekcję wzorca. Zachowanie jednorodnej ostrości na całej powierzchni przedmiotu jest podstawowym wymaganiem pomiarowym. Zapadkowy mechanizm, zbudowany z wykorzystaniem reguły Scheimpfluga, wbudowany jest ledowy projektor wzorca 3D zachowujący niezmienność ostrości na całej powierzchni widzenia. Kiedy wzorzec zmienia kąt, wewnętrzny mechanizm ogniskowania oferuje maksymalne zgranie pomiędzy projekcją wzorca a standardowymi obiektywami typu C.

Makroobiektywy 3D mogą współpracować z dowolnymi źródłami światła strukturalnego. Oferują szeroki zakres wzmocnienia i kątów widzenia. Ostrość obrazu zachowywana jest nawet, gdy obiektyw odchylany jest w szerokim zakresie. Spełnienie reguły Scheimpfluga realizuje się przez prostą regulację osi obrotu detektora obrazu.

dr Alena Verameyeva
Opto Engineering srl
mgr inż. Janusz Kopczyk
JAS Projektowanie
Systemów Komputerowych

źródło: Opto Engineering