Datorseende. Niels Chr Overgaard Januari 2010

Relevanta dokument
Geometrisk optik. Syfte och mål. Innehåll. Utrustning. Institutionen för Fysik

About the optics of the eye

Figur 6.1 ur Freeman & Hull, Optics

Föreläsning 11 (kap i Optics)

OPTIK läran om ljuset

Eftersom brytningsindex n ändras med våglängden (färgen) kommer olika färger hos ljuset att brytas olika genom prismor och linser.

Signal och bildbehandling SBB

Föreläsning 9 10: Bildkvalitet (PSF och MTF)

Föreläsning 14 och 15: Diffraktion och interferens i gitter, vanliga linser, diffraktiv optik och holografi

LABORATION 6 Astigmatism och Distorsion

Vågfysik. Geometrisk optik. Knight Kap 23. Ljus. Newton (~1660): ljus är partiklar ( corpuscles ) ljus (skugga) vs. vattenvågor (diffraktion)

Vi är beroende av ljuset för att kunna leva. Allt liv på jorden skulle ta slut och jordytan skulle bli öde och tyst om vi inte hade haft ljus.

Signal och bildbehandling SBB. Två (nästan identiska) profiler på D/IT resp Y programmen inom området datorer & bilder Profilansvarig: Klas Nordberg

Figur 1: Figur 3.12 och 3.18 i Optics. Teckenkonventionen: ljus in från vänster, sträcka i ljusets riktning = positiv

Introduktion till fotogrammetrin

LJ-Teknik Bildskärpa

Figur 1: Figur 3.12 och 3.18 i Optics. Teckenkonventionen: ljus in från vänster, sträcka i ljusets riktning = positiv

Vågrörelselära och optik

Föreläsning 14 och 15: Diffraktion och interferens i gitter, vanliga linser, diffraktiv optik och holografi

Övning 1 Dispersion och prismaeffekt

Om du tittar på dig själv i en badrumsspegel som hänger på väggen och backar ser du:

Laboration i Fourieroptik

λ = T 2 g/(2π) 250/6 40 m

Introduktion till fotogrammetrin

Optik. Läran om ljuset

Hittills har vi bara använt sfäriska ytor, dvs delar av en sfär. Plana ytor är specialfall av sfär (oändlig krökningsradie, r= ).

Föreläsning 8: Linsdesign

v F - v c kallas dispersion

Nej, farfar. Det är en mus, inte en elefant! GRÅ STARR KATARAKT. Hindrar din grå starr dig från att se livets alla små underverk?

Mätning av fokallängd hos okänd lins

Föreläsning 9-10: Bildkvalitet (PSF och MTF)

Gauss Linsformel (härledning)

Projekt 6. Fourieroptik Av Eva Danielsson och Carl-Martin Sikström

UPG5 och UPG8 Miniprojekt 1: 2D datorgrafik

Vad skall vi gå igenom under denna period?

Instuderingsfrågor extra allt

Hur jag tänker innan jag trycker på knappen? Lasse Alexandersson

Projektorobjektiv, MTF, aberrationer i projektorer, skärpedjup, Keystone, Scheimpflugvinkel

Förklara dessa begrepp: Ackommodera Avbildning, Brytning Brytningslagen Brytningsindex Brytningsvinkel Brännvidd Diffus och regelbunden reflektion

1. Betrakta en plan harmonisk elektromagnetisk våg i vakuum där det elektriska fältet E uttrycks på följande sätt (i SI-enheter):

Laboration i Fourieroptik

Observera också att det inte går att både se kanten på fönstret och det där ute tydligt samtidigt.

Teckenkonventionen: ljus in från vänster, ljusets riktning = positiv

Övning 9 Tenta

Civilingenjör i medicinsk teknik

Föreläsning 3: Radiometri och fotometri

Optik 2018 Laborationsinstruktioner Våglära och optik FAFF30+40

för M Skrivtid i hela (1,0 p) 3 cm man bryningsindex i glaset på ett 2. två spalter (3,0 p)

Tentamen i Fotonik , kl

Instrumentoptik, anteckningar för föreläsning 4 och 5 (CVO kap. 17 sid , ) Retinoskopet

Ansiktsigenkänning med MATLAB

MÄNNISKAN OCH LJUSET


3) Sag formeln ger r=y 2 /(2s). y=a/2=15 mm, s=b c=4,5 mm ger r=25 mm. Då blir F=(n 1)/r=(1,5 1)/0,025=20 D

Exempelsamling i Ögats optik

Digitalkamera. Fördelar. Nackdelar. Digital fotografering. Kamerateknik Inställningar. Långsam. Vattenkänslig Behöver batteri Lagring av bilder

SK1140, Fotografi för medieteknik, HT14

LABORATION 5 Aberrationer

Vinkelupplösning, exempel hålkameran. Vinkelupplösning När är två punkter upplösta? FAF260. Lars Rippe, Atomfysik/LTH 1. Böjning i en spalt

Svar till beräkningsuppgifter för instuderingsfrågor i övning 2

Holografi. Förberedelser. Referensvåg. Konstruktiv interferens. Läs i vågläraboken om holografi (sid ) och hela laborationsinstruktionen.

LABORATION 1 AVBILDNING OCH FÖRSTORING

Hur påverkas vi av belysningen i vår omgivning?

LABORATION 2 MIKROSKOPET

LABORATION 5 Aberrationer

Övning 9 Tenta från Del A. Vägg på avståndet r = 2.0 m och med reflektansen R = 0.9. Lambertspridare.

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK december 2011

TENTAMEN. Institution: DFM, Fysik Examinator: Pieter Kuiper. Datum: april 2010

Föreläsning 2 (kap , 2.6 i Optics)

Spelutveckling 3d-grafik och modellering. Grunder för 3d-grafik Blender Animering

Barnfilmskolan presenterar

Polarisation. Abbas Jafari Q2-A. Personnummer: april Laborationsrapport

Läs i vågläraboken om holografi (sid ) och sid 5 17 i detta kompendium.

Matematisk kommunikation (FMA085 4,5hp) Läsperiod 2, HT 2015

Tentamen i Fotonik , kl

VP-MODELLEN KAMERAN SOM VERKTYG. Kamerans ABC

Martin Burström [dit02mbm] Robert Eriksson [dit02ren] Filip Sjögren [dit02fsn] Handledare: Therese Edvall Daniel Ölvebrink :13

Veckoblad 3, Linjär algebra IT, VT2010

Att räkna med mellanbilder genom ett system med många linser och gränsytor blir krångligt. Vi vill kunna avbilda genom alla ytor direkt.

AstroSwedens mikroskopskola - nybörjarmikroskopi. AstroSwedens mikroskopiskola att använda mikroskop

E-strängen rör sig fyra gånger så långsamt vid samma transversella kraft, accelerationen. c) Hur stor är A-strängens våglängd?

Vinkelupplösning, exempel hålkameran. Vinkelupplösning När är två punkter upplösta? FAF260. Lars Rippe, Atomfysik/LTH 1. Böjning i en spalt

Förberedelseuppgift inför datorlaborationen

Koordinatsystem och Navigation

MLBINO MLBINO BIFO. Binokulär läsning på kort avstånd. Bifocal ML Bino. Vår instegsmodell

FÄRG. Färg. SPD Exempel FÄRG. Stavar och Tappar. Ögats receptorer. Sasan Gooran (HT 2003) En blåaktig färg

Metoder för rörelsemätning, en översikt.

Industriell ekonomi åk 2 VT15. Inriktningen Systemteknik

Mikroskopering. Matti Hotokka Fysikalisk kemi

En överblick över tekniken bakom fotografering...

Grundläggande om kameran

Extramaterial till Matematik Y

Tentamen 1 Perception (T3)

Tentamen i Fotonik , kl

Att välja kurser på Datateknik år 4-5

Transformationer i 3D. Gustav Taxén

Böjning. Tillämpad vågrörelselära. Föreläsningar. Vad är optik? Huygens princip. Böjning vs. interferens FAF260. Lars Rippe, Atomfysik/LTH 1

Homogena koordinater och datorgrafik

Övningstal i Avbildningskvalitet för optikerstuderande. Rita figurer och motivera ordentligt!

Transkript:

Datorseende Niels Chr Overgaard Januari 2010

Allmänt Föreläsningar: 14x2h, ti 15-17 + to 13-15 Övningar: 7x2h, fr 8-10 Labbar: 4x2h (obligatoriska) Inlämningsuppgifter: 5 stycken (obligatoriska) Projekt: startar lp4 (valfritt) Poäng: 6hp (9hp med projekt) Godkänd på kursen: Godkända labbar +godkända inlämningsuppgifter +muntligt prov Överbetyg (4 eller 5): Godkänd på kursen (som ovan) +skriftlig hemtenta

Datorseende kan vara svårt http://web.mit.edu/persci/people/adelson/checkershadow_illusion.html

Innehåll F1 Introduktion F2 Euklidisk, affin och projektiv geometri F3 Kameramodellering F4 Kant- och hörndetektion F5 Epipolar geometri F6 Stereo F7 Följning, matchning och anpassning F8 Multipel-vy geometri F9 Rekonstruktionsmetoder och optimering F10 Igenkänning F11 Vysyntes, ytor och silhouetter F12 Gästföreläsning: Medicinsk bildanalys och formmodeller F13 Reserv (ev. Variationsmetoder inom datorseende) F14 Reserv+repetition.

Datorgrafik Bildbehandling Bildanalys Datorseende Datorgrafik Givet databas S och en algoritm T: Generera relevant bild B. S T B

Bildbehandling Givet bild B: Behandla den på något sätt. Bildanalys Givet bild B och en modell för T: Behandla bilden på något sätt.

Datorseende Givet bild B och en modell för T: Dra relevanta slutsatser om S. Datorseende syftar till att i artificiell form (oftast mjukvara i datorer) återskapa funktioner som finns i det mänskliga seendet. Till exempel: Igenkänning Navigering Rekonstruktion Närliggande områden Artificiell intelligens: Avancerat beslutsfattande på en högre nivå. Fotogrammetri: Noggranna tredimensionella mätningar med hjälp av avancerade kameror utan krav på beräkningstid. Datorseende: Befinner sig någonstans mellan artificiell intelligens och fotogrammetri, ofta krav på snabba och automatiska algoritmer.

Datorgrafik Kamerarörelse bild scenmodell

Datorseende Det omvända (inversa) problemet till datorgrafik kamerarörelse Bild (bilder) scenstruktur

Tillämpningar Autonoma system, truckar robotar, bilar. 3D-modellering, CAD, VRML. Medicin, röntgen, tomografi. Underhållning, augmented reality. Övervakning, igenkännning, biometri. Etc.

Rekonstruktion

VRML-modellering

Vysyntes

Augmented Reality Visuellt guidad kirurgi

Medicinsk bildbehandling

Igenkänning

Tillämpning: Sport www.sportvision.com Kräver (1) noggrann kameraregistrering; (2) en färgmodell för att skilja bakgrund från förgrund

3D Scanning Scanning Michelangelo s The David 2 miljarder polygoner, noggrannhet.29mm Digital Michelangelo project (Stanford)

Omöjliga figurer Antag att alla ytor är plana Finns det något tredimensionellt objekt som ger denna bild? I detta fallet: NEJ

Olika typer av ögon Hos levande varelser finns olika visuella system: Kameraöga: (t ex människor, spindlar) Ljuset fokuseras av en lins. Det fokuserade ljuset registreras av en retina. Ger en skarp bild. Det finns även djur med hålkameraögon utan linser, t ex Nautilus. Spegelöga: (t ex kammussla) Ljuset fokuseras av en spegel, och registreras av en retina. Ger suddigare bild men kräver mindre plats. Facettöga: (t ex insekter, krabbor) varje lins kopplad till en sensor. Ger stort synfält för litet öga. Det finns även facettögon av spegeltyp, t ex kräftor. Icke-fokuserande öga: (primitiva djur) Ljuset fokuseras inte. Ger suddig bild men mycket ljuskänslig.

Det mänskliga ögat Nästan sfäriskt med en medeldiameter på ca 20 mm. Ljuset fokuseras på näthinnan (retinan) av linsen. Retinan är ca 0.1 mm tjock och består av ca 130 miljoner fotoreceptorer. Dessa sitter tätast i mitten av ögat. Varje receptor absorberar ljus med våglängder mellan 400 nm och 700 nm. Det finns två huvudtyper av receptorer. Stavar: De flesta receptorer är stavar. Dessa är mer ljuskänsliga och registrerar ingen färginformation. Flera stavar kan vara hopkopplade till en nervcell. Tappar: Det finns ca 7 miljoner tappar. Dessa är lokaliserade till mitten av ögat och är färgkänsliga. Varje tapp är kopplad till en nervcell.

Hålkameran Camera Obscura Pinhole camera Reinerus Gemma-Frisius första avbildning av Camera obscura 1544

Datorseende vt-10 Föreläsning 1 Matematisk modell för hålkameran En klassisk hålkamera inverterar Det avbildade objektet. Leon Battista Alberti, c:a 1435 Albertis och Dürers kameror gör Inga inverteringar. Albrecht Dürer c:a 1525 26

Olika koordinatsystem I de flesta fall kan man inte använda samma koordinatsystem för att beskriva kameran som för att beskriva de 3D-punkter som projiceras på bildplanet, eftersom kamerans läge i förhållande till objektet normalt inte är känd. Således måste vi använda olika koordinatsystem för objektet och för kameran. Det finns (åtminstone) tre intressanta transformationer: Euklidiska transformationer Affina transformationer Projektiva transformationer (Likformighetstransformation = Euklidisk + global skalning) Relationen mellan dessa koordinatsystem kan beskrivas med hjälp av en geometrisk transformation.

Euklidisk transformation Rotation + translation Bevarar avstånd och relativa vinklar. Likformighetstransformation= Euklidisk + skalning

Affin transformation Bevarar kvoter mellan avstånd och parallellitet. Ändrar på vinklar.

Projektiv transformation Bevarar varken avstånd eller relativa vinklar. Bevarar inte parallellitet.

Varför inte använda hålkameran? Om hålet är för stort medelvärde av många riktningar resulterar i utsmetade bilder Om hålet för litet diffraktioner påverkar bilden Allmänt, hålkameran resulterar i mörka bilder pga endast ett fåtal ljusstrålar från en viss punkt träffar bildplanet

Aberrationer Uppkommer då fokallängden varierar på grund av att linsen ej är perfekt. Bilden blir då oskarp. Sfäriska aberrationer: fokallängden avtar från bildens centrum mot periferin. Astigmatism: fokallängden varierar då man rör sig i en cirkel runt principalpunkten Kromatiska aberrationer: fokallängden varierar med ljusets våglängd

Distortioner Variationer av projektionen av olika punkter på grund av att linsen inte är perfekt. Radiell distortion: Litet nära principalpunkten, ökar mot periferin. Tangentiell distortion: Vanligtvis försumbar.