1.1 Определение возможностей камеры
В данном пункте я хотел бы рассмотреть систему из двух компонентов структурной схемы. Объектом изучения будут оптическая система и матричный приёмник оптического излучения.
Камеры флагманских устройств на рынке мобильных телефонов работают только с видимым излучением, используют КМОП матрицы для захвата изображения и имеют все необходимые характеристики для того чтобы быть использованными в качестве 3Dсканеров. Но больше нас интересуют частные вопросы их возможностей.[1]
Проведя небольшое исследование можно сказать, что обобщённо камеры мобильных телефонов имеют угол обзора 60˚ и разрешение матрицы 3264х2448 пикселей. Объект же нашего сканирования имеет максимальный диаметр 5000 миллиметров. Для того, чтобы в условиях идеального процесса сканирования добиться обусловленной погрешности в ±1 миллиметр, нужно чтобы 1 пиксель матрицы отображал 1 миллиметр сканируемого объекта. Воспользовавшись данными нам параметрами, через равнобедренный треугольник, взяв основание за меньшую сторону матрицы в пикселях, а угол при вершине равный углу обзора, можно вычислить расстояние до объекта в соответствии с рисунком 2. Оно будет равняться 2 метрам 12 сантиметрам (исходя из высоты матрицы) и для полного его захвата объект должен быть примерно в два раза меньше исходного.
Рисунок 2 - Определение максимального расстояния до объекта: h – расстояние до объекта, a- меньшая сторона матрицы, ɑ - половина угла обзора
Исходя из этого, в реальной системе минимальное расстояние до объекта составит 4 метра 33 сантиметра, погрешность же получаемого камерой изображения составит приблизительно 2 миллиметра. А с учётом неизбежных аберраций реальной системы во время всего процесса сканирования, значение погрешности может в несколько раз превысить требуемое.[2]
Данный недостаток является существенным. Но нужно учитывать тот факт, что в данной работе рассматриваются обобщённые сведения о мобильных устройствах. Если бы мы рассматривали субъективно лидирующие в фото- и видеосъёмке модели мобильных телефонов, то данная проблема не имела бы места быть. Такие модели имеют разрешение в 7712×5360 пикселей (Nokialumia1020). Планируемое программное обеспечение на таких устройствах появится в обозримом будущем.
1.2 Устройство и программное обеспечение
Когда-то, чтобы человек полетел в космос, требовались большие ЭВМ, имеющие по современным меркам ничтожно малые вычислительные мощности. Сейчас обычный смартфон имеет вычислительные возможности больше, чем человечеству было нужно для запуска ракеты в космос. Но и программное обеспечение стало намного сложнее и требовательнее.
Мы имеем ограничение в обработке снятого объекта не более 5 секунд. На данном этапе работы не представляется возможным измерить даже примерное время выполнение алгоритма формирования 3Dмодели. Для уменьшения времени обработки снятого объекта я предлагаю использовать флагманские смартфоны с наибольшими вычислительными мощностями.
Программное обеспечение должно быть выполнено в соответствии с условиями пассивного 3Dсканирования. Оно должно быть ориентировано на несколько источников света или естественное освещение сканируемого объекта.
Первой стадией является сканирование объекта со всех сторон. Это может быть выполнено съёмкой объекта по окружности, либо вращением самого объекта в горизонтальной плоскости.
Второй стадией является получение проекционной 3Dмодели нашего объекта. Из-за оптических мощностей предполагается использование программы для сканирования вне производства, на котором было бы возможно использование проекционного контрастного экрана или подсвечивание объекта для получения его теневого изображения на фоне с ним контрастирующим. Учитывая это нам необходимо использовать фон не заданный никакими константами для дальнейшего захвата и обработки изображения объекта.
При вращении камеры вокруг объекта случайный фон будет меняться быстрее, чем сканируемый объект. Либо фон будет оставаться неподвижным при вращении самого объекта. Таким образом, образуется мало подвижная часть из которой нужно выделить её контур, который будет располагаться ближе остальных контуров к центру сканируемого пространства. Этот контур сможет заменить изображение проекций на экране.
Третьей завершающей стадией после составления проекционной 3Dмодели будет являться реконструкция глубинных значений изображений в этой части отсканированного пространства.[3]