3D uygulamaları son zamanlarda hızla yaygınlaşmaktadır. Bu makalemizde, mevcut 3D modellerini ve uygulama alanlarını göreceğiz. Burada kastedilen 3D, görüntü işlemede kullanılan 3D dir. Standart kameralar (monocular) X-Y düzleminde görüntüler verir. Biz, aynı zamanda derinlik (Z) bilgisini de içeren, X-Y-Z bilgisi verebilen teknolojilere hızlıca değineceğiz.
Günümüzde yaygın olarak kullanılan 3D yapay görme teknolojileri şunlardır.
1. Laser Triangulation
Bu modelde, genellikle bir çizgi lazer kaynağı ve kalibre edilmiş bir kamera kullanılır. Genellikle çizgi lazer ve kamera, birlikte tek bir kutu içinde yer alır. Sistemin çalışabilmesi için, 3 boyutlu olarak algılanmak istenen nesnenin kontrollü bir şekilde hareket etmesi gerekmektedir. (Bir encoder yardımıyla nesnenin ne kadar gittiği hesaplanabilir) sistem sürekli fotoğraf çekerek lazer çizgisindeki profil değişikliğinden faydalanarak, 3 boyutlu nesnenin profilini çıkartır. Piyasada farklı alternatifler vardır, daha önceden LPS 36 isimli bir modeli incelemiş, HALCON ile çeşitli uygulamalar geliştirmiştim. Ülkemizde bu veya benzer ürünleri kolaylıkla temin etmek mümkündür.
2. Time Of Flight Kameralar
Kişisel olarak, geleceklerinin iyi olduğunu düşündüğüm 3D kamera teknolojisidir. Daha önce şu makalede detaylı olarak bu kameraları anlatmıştım. Çalışma prensipleri (özetle) 3D olarak belirlenmek istenen nesnenin fotoğrafı alınırken, aynı zamanda infrared (veya başka bir dalga) göndermek ve gelen dalganın ne kadar geciktiğini ölçerek (bir nevi radar), her noktada mesafeyi hesaplamak mantığına dayanır. Gerçekte zaman ölçümü Frekans Kaydırma (Frequency shift) modülasyonu ile gerçekleştirilir. Yine piyasada (nadir olmakla birlikte) TOF kameralar mevcuttur.
3. Stereovision
En yaygın olarak kullanılan 3D teknolojisidir. İnsan gözü modelinde olduğu gibi, 2 kamera kullanılır. Kameraların arasındaki mesafe ve merkez doğrultu açıları net olarak bilindiğinden, her bir noktanın, her iki kameradaki izdüşümü, basit geometrik hesaplamalar ile bulunabilmektedir. (İleride çalışma prensibi daha detaylı anlatılacaktır)
4. Fringe Projection
Bu teknolojide, algılanacak 3 boyutlu nesne üzerine bir projektör yardımıyla özel bir desen (genelde çizgiler vb) düşürülür. Kamera bu çizgileri algılar. Çizgilerdeki değişim, 3D profili verir. Laser Triangulation tekniğinde, nesne hareketli idi, bu teknikte nesne sabit olup, üzerine tek bir lazer çizgi yerine, pek çok çizgi aynı anda düşürülmektedir. Çalışma prensibi aynıdır.
5. Kinect (PrimeSense) Grubu
Oyun konsollarının (XBox, PS v.b.) yaygınlaşması ile birlikte genellikle PrimeSense firmasının sensörlerinin kullandığı, stereovision tekniğidir. Aslında farklı bir teknik olmamakla birlikte, çok yaygın bir grup olduğu için ayrı bir başlık olarak ele alınabilir. Burada, projektör, bilinen pattern’e sahip görüntüyü nesne üzerine yollar. Kamera bu patterni algılar. Orijinal pattern ile olan değişimden yola çıkarak, 3 boyut oluşturmaya çalışır.
6. Active Stereo Vision
Bu teknikte, stereovision modeli biraz geliştirilerek, araya bir projektör eklenmiştir. Projektör rastlantısal bir pattern oluşturup nesnenin üzerine gönderir. Stereo kameralar bu patterni yakalayıp, 3 boyut bilgisini çıkartır. Normal stereo Vision da, projektör yoktu. Kameralar, gerçek cismin görüntüsünden yola çıkarak 3 boyut bilgisini çıkartmaya çalışıyordu. Cismin üzerinde texture (şekil, yazı, desen vb.) yoksa, böyle bir durumda stereo vision başarılı olamıyordu. Çünkü her pixel kendi komşu pixelleri ile aynı bilgiyi taşıyor farklılık yaratmıyordu. Bu modelde, projektör cisim üzerine yeterli karmaşıklıkta desen varmış gibi pattern yollar. Kendi gönderdiği patterni arar ve 3 boyut bilgisini çıkartır. En sağlıklı 3D yöntemi de, günümüzde budur. (Firmamız, Active Stereo Vision ürünü olan Ensenso cihazlarının Türkiye distribütörüdür.)
Tüm teknikleri artı ve eksileri ile karşılaştıran aşağıdaki gibi bir tablo yaptım.
Buradaki Multi-View stereo, aynı nesneye birden fazla yerden (ön, arka, sağ, sol v.b.) bakmak gerektiği durumları ifade eder. Örneğin 3-4 Kinect cihazını farklı açılardan birbirine bağlayıp daha iyi bir görüntü elde edemezsiniz. (Kinect böyle bir teknolojiyi sunmamaktadır, tek ve bağımsız çalışmaktadır gibi.)
Bu konuya kaldığımız yerden devam edeceğiz. Önce Stereo Vision teknolojisine daha detaylı giriş yapıp, işin tekniğini kavrayacak, sonra HALCON ile stereo vision uygulaması nasıl geliştiririz buna bakacağız.
Bir sonraki bölüm için tıklayınız…