Какую веб-камеру выбрать для наиболее точного определения расстояния до объекта?

Question

[vipermagi]

Задача: через пару веб-камер определять в реальном времени расстояние до двигающегося в кадре объекта. При тусклом освещении.

На какие критичные параметры веб-камер глядеть в первую очередь, какие параметры вторичны, какие не особо важны?

На сколько будет отличаться точность между очень хорошим вариантом и дешёвым за 500 рублей?

Comments

[15432]

Для камеры задача сложная. Есть специальные камеры глубины (xbox kinect), ультразвуковые дальномеры, лидары...

[vipermagi]

Ценничек у этих чУдных приборов великоват. Ультразвуковые дальномеры и лидар они линейные, а нужен довольно широкий угол. Так называемая камера глубины kinect - это чёрно-белая cmos камера 640х480 с инфракрасным источником и обычная цветная камера. По некоторым причинам мне этот кинект не подойдёт.

Answer 1

[Виктор]

Это же старый добрый параллаксный дальномер, верно? Его точность (кроме прочего) будет сильно зависеть от точности измерения угла (азимута) на объект, когда веб-камера отслеживает его положение в кадре. Насколько помню теоретические основы, там вообще достаточно знать расстояние между камерами (базу) и разницу этих азимутов с обоих точек наблюдения при положении объекта в центре кадра - после этого расстояние легко рассчитывается обычной тригонометрией.
Следовательно, для каждой камеры нужен точный датчик угла - он, собственно, и задаёт точность. А что касается параметров самой камеры - они могут быть и не слишком крутыми, лишь бы их было достаточно для того, чтобы загнать объект точно в центр кадра. Нахождение объекта в центре (фактически - совмещение изображений с обеих камер) должно идентифицироваться управляющим контроллером, значит, излишне детальное изображение может затруднить (замедлить) эту идентификацию. Плюс распознавание объекта на фоне прочих местных предметов... В общем, берите 1 мегапиксель - думаю, для начала этого будет достаточно.
Что касается освещённости объекта - мне кажется, этот вопрос вообще посторонний, поскольку относится не к камере, а к затратам на пару светодиодов (инфракрасных, если желательна незаметность).

Comments

[vipermagi]

Что за датчик угла такой? Я думал будет достаточно закрепить обе камеры параллельно ровно.

По части освещения я пока не уверен, что его можно будет полностью игнорировать. К тому же нужно будет у камеры отколупывать фильтр, а люди пишут, есть камеры со вшитым фильтром.

[Виктор]

vipermagi: Я так понял, что с принципом действия такого дальномера вы не знакомы - а между тем они до появления цифровой фотографии были весьма распространены (да и сейчас всё ещё можно купить дальномер "Блик"). Собственно, принцип элементарен и основан на перекрещении на объекте двух лучей, исходящих из разнесённых точек (кстати, чем дальше разнесены эти точки, тем точнее измерение):
Два зеркала, одно из них полупрозрачное и может поворачиваться на небольшой, но точно отмеренный угол. Глядя через него, надо совместить два изображения, создаваемых этими зеркалами, и тогда на шкале будет расстояние до объекта. Вот практика, а вот теория.
А то, что вы первоначально подумали, с такой задачей не справится. Ну разве что для конкретного объекта, точные размеры которого заранее известны, по его пиксельной картинке можно очень грубо оценить расстояние, но для этого второй камеры не требуется.

[vipermagi]

Изначальная мысль такая: две камеры смотрят параллельно на расстоянии друг от друга и в кадр помещается калибровочная сетка; центры картинок каждой камеры отмечают две точки на этой сетке; из чего вычисляется расстояние между камерами; по проекциям объекта на обе картинки можно восстановить углы; профит.

Единственно тревожит вопрос про искажение, которое может неравномерным образом мешать восстановлению углов из проекции.

Вот, кстати, интересный вопрос: как узнать расстояние "near" у камеры? Ну как в 3d графике расстояние до ближайшей плоскости проекции. Теоретически это даст наиболее точно востановить угол без всяких приближённых замеров руками.

[Виктор]

vipermagi: Как-то это всё... не классически, что ли. Сразу напрашиваются уточнения.
1. Объект всегда один и тот же, или разные, и заранее неизвестно, какие будут? Если разные, то задача распознавания изображения, ПМСМ, будет куда сложнее измерения расстояния.
2. Объект симметричен относительно поворотов? Т.е. выглядит ли он по-разному, когда стоит или лежит?
3. Угол зрения камеры ограничен, и что будет, когда объект, двигаясь вдоль оси зрения одной камеры (т.е. продолжая быть видимым), покидает поле зрения другой? Какие бы ни были у них широкоугольные объективы, а полностью совместить поля зрения у камер с параллельными осями не получится.
Это только то, что сформулировалось с ходу, а можно натрясти и ещё кучу... Похоже, реализовать классический параллаксный дальномер будет проще.

[Виктор]

vipermagi: Впрочем, перечитав ваш коммент, я, кажется, понял вашу идею - реализовать всё тот же классический дальномерный треугольник в виртуальном виде, т.е. не измерять углы, а вычислять их. Наверное, это возможно, но это же другая математика, которую ещё предстоит разработать, и к тому же она будет ещё плотнее связана с распознаванием изображений.
Поначалу я думал, что вы планируете реализовать измеритель на каком-нибудь МК, но для такой распознавалки нужны куда более существенные вычислительные мощности.
Что же касается точности такого измерения, то действительно,
может возникнуть погрешность от геометрических искажений камеры,
но это свойство не столько камеры (матрица, электроника),
сколько её оптики - надо будет просто укомплектовать камеру объективом подороже, в котором все эти дисторсии в достаточной степени скомпенсированы. Кстати, их легко оценить визуально - достаточно подставить камере точно начерченную сетку на большом листе бумаги, а потом померить линейкой на экране монитора размер клеток.

из чего вычисляется расстояние между камерами;

Вот этого я не понял. По классике, расстояние между камерами известно заранее и является базой для остальных вычислений - собственно, именно оно вносит в формулы размерность дальности.

[vipermagi]

Ну это ведь не готовый прибор, а две отдельных камеры. Расстояние известно заранее после того, как его измерили. Вот, собственно, это и есть процесс первичного получения расстояния. Если брать какой-нибудь кинект, то там на заводе калибронули, вшили значение и готово. К тому же, в процессе разработки расстояние это будет экспериментально меняться и прийдётся иногда перекалибровывать.

Объектив подороже всёравно прийдётся от искажений фильтровать. Я думаю в интернетах найду массу статей по радиально-тангенциальному искажению.

1. объект всегда один
2. я пока не уверен до конца, но объект всегда стоит вертикально лицевой частью в камеру, а его повороты вряд ли превысят погрешность точности алгоритма
3. на данный момент думаю, выход из кадра одной камеры приравнять к выходу из обоих кадров

[Виктор]

vipermagi:

Ну это ведь не готовый прибор, а две отдельных камеры.

Это как сказать... Две камеры плюс софт - вполне себе готовый прибор.
Насчёт "кинекта" и калибровки - ничего не понял. Впрочем, на раскрытие ваших ноу-хау не претендую.
Насчёт вычислительной коррекции оптических искажений - да, есть такие примеры. Скажем, программа PTGui для сшивки панорам - в ней для более точной сшивки можно ввести тип объектива, которым велась съёмка, т.е. туда уже введена целая база различных оптических моделей..