3D-kuvausteknologiat

3D-kuvausta voidaan toteuttaa usein eri keinoin:

Stereokuvaus

Stereokuvauksen toimintaperiaate on ihmisen näkökyvyn kaltainen. Stereokuvauksessa kamerat järjestetään niin, että kuvia otetaan vähintään kahdesta eri suunnasta kohteen liikkumatta. Toinen vaihtoehto on ottaa kohteesta yhdellä kameralla useita kuvia eri kulmista. Tällöin tietysti kameraa tulee liikuttaa tarkasti tunnettuihin pisteisiin. Kuvien yhdistäminen tehdään tietokoneella, joka analysoi kuvat kokonaisuuksina etsien hahmoista samoja pisteitä ja yhdistämällä niitä. Näin saadaan aikaan kohteen 3D-kuva. Stereokuvauksessa kohteen hahmon tulee olla sellainen, että tietokone ymmärtää sen. Vaikeita kohteita ovat esimerkiksi erilaiset tasaiset pinnat sekä pinnat, joissa on toistuvia muotoja.

Stereokuvaus

Kuva 1. Kappale kuvattuna kahdesta eri kulmasta. Näistä vastinpisteitä yhdistämällä saataisiin aikaan kolmannen ulottuvuuden sisältävä kuva.

 

Stereokuvaus_vaikea

Kuva 2. Esimerkki vaikeasti stereokuvattavasta pinnasta. Pinnassa ei ole eroavaisuuksia, joiden perusteella vastinpisteitä voitaisiin asettaa.

Rakenteelliseen valaisuun perustuva 3D-kuvaus

Rakenteellisen valaisuun perustuvassa 3D-kuvauksessa kohdetta valaistaan osittain valolla, jonka geometria tunnetaan ja sitä kautta saadaan selville kohteen paikka. Yleisin valaisutekniikka on laser. Laserilla saadaan tuotettua erittäin tarkkoja valokuvioita. Yleisimmin käytetään laserviivavaloa, jota liikutellaan kappaleen pinnalla ja samaan aikaan kuvataan viivan profiilin muutokset, joista saadaan ohjelmistolla muodostettua 3D-malli. Kuvauksen aikana kappaleen tulee joko liikkua tunnetulla tavalla tai se ei saa liikkua, jos laseria liikutetaan. Tällä tekniikalla kappaleita voidaan kuvata hyvinkin tarkasti. Kappaleen pinnan kiiltävyys, karheus jne. vaikuttavat kuvauksen onnistumiseen oleellisesti.

Rakenteellinen_valaisu

Kuva 3. Vasemmalla kohde valaistuna punaisella laserviivavalolla. Viiva kohdistetaan kappaleen pintaan vasemmalta n. 45 asteen kulmassa. Oikealla sama kuva ilman ympäröivää valaistusta

Fringe

Fringen toiminta perustuu siihen, että kohde valaistaan tunnetulla valaisukuviolla eli fringe-kuviolla. Kuvio muodostuu esim. pystysuorista mustista ja valkoisista viivoista, jotka lähetetään projektorille. Projektori projisoi fringe-kuvion kohteen pinnalle. Kohteen pinnanmuodot muuttavat projektion muotoa kameran näkymässä, kun pystysuorat viivat taittuvat kohteen muotojen mukaisesti. Kamera kuvaa vääristyneen fringe-kuvion ja lähettää sen tietokoneelle analysoitavaksi. Tietokone analysoi kuvan käyttäen vastinpisteisiin perustuvaa kolmiomittausta. Näin saadaan aikaan kohteen 3D-malli. Fringe-menetelmällä aikaan saadun 3D-mallin tarkkuuteen vaikuttaa kameran ja optiikan lisäksi myös projektorin tuottaman viivaprojektion tarkkuus.

Kinect

Microsoft Kinectin 3D-kuvausjärjestelmän infrapunavalonlähde valaisee ympäristöä yli kymmenellä tuhannella infrapunapisteellä. Näiden pisteiden avulla Kinectin infrapunakamera tunnistaa hahmon tai kappaleen sijainnin sekä etäisyyden. Kinectissä on kaksi kameraa, normaali näkyvän valon aallonpituusalueen kamera pelitilanteiden kuvaamiseen sekä infrapunakamera liikkeiden ja sijainnin tunnistamisteen. Kinectistä on tullut versio myös Windows-tietokoneille, ja Microsoft on antanut sen kehitystyökalut kehittäjien käyttöön. Viime aikoina eri valmistajilta on tullut Kinectin teknologiaan perustuvia laitteita myös teollisuuskäyttöön.

Kinect

Kuva 4. Xboxin Kinect-kamera etualalla ja Windows Kinect taka-alalla.

Time of Flight

Time of Flight -kuvaustekniikassa on sama toimintaperiaate kuin ultraääniantureissa. Periaatteessa järjestelmä sytyttää valaisimen, jonka jälkeen se laskee ajan, joka kesti valonsäteiltä kulkea kohteelle ja palata takaisin kohteelta kameralle. Time of Flight toimii joko vaihe-eron havaitsemisella tai elektronisella sulkijalla, joka pulssittaa valonlähteen mukaan. Time of Flight on todella nopea kuvaustapa ja sillä voidaan kuvata nopeastikkin liikkuvia kohteita kolmiulotteisesti. Tekniikka on kuitenkin vielä suhteellisen uutta ja sitä kautta laitteistotkin ovat vielä kalliita (> 10 000 €).

Time of Flight

Kuva 5. Vision2012-messuilla marraskuussa 2012 esitelty Odos Imagingin Time of Flight -kuvausjärjestelmä, jossa katosta roikkuvia kirjaimia kuvataan ja niistä saatava 3D-kuva näkyy näytöllä kuvan vasemmassa reunassa.

Depth from focus

Depth from focus on kuvaustekniikka, jossa kohteiden etäisyyttä kamerasta arvioidaan vertailemalla niiden tekstuurien tarkkuuksia eri tarkennusetäisyyksillä. Tekniikka ei ole kovin tarkka, ja kuvaustilanteessa kohteen pitää olla liikkumatta. Moniin kohteisiin tarkkuus on kuitenkin ihan riittävä. Toisaalta taas kuvaamiseen tarvitaan vain yksi kamera sekä moottoritarkennuksella toimiva linssi. Moottoritarkennuksen sijaan voidaan myös kameraa liikuttaa kohtisuoraan kohdetta kohti (tai poispäin). Tämä tekniikka ei sovellu käytettäväksi mikäli kohteessa ei ole tekstuuria, josta näkisi onko kohde tarkka vai ei.

Depth from focus

Kuva 6. Esimerkki ruuvien sijoittelusta.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *

Time limit is exhausted. Please reload CAPTCHA.