Legózz magadnak kamerát

Több startup és nagyvállalat szerint is – köztük a Google a Project Ara telefonjával – a jövő a moduláris készülékekben rejlik, a különálló hardverelemekben, melyeket egyszerűen összeillesztve mindig a célnak megfelelő kütyüt vihetjük magunkkal. Habár az Ara továbbra is messze van egy működő összerakosgatható okostelefontól, a Columbia Egyetem gépi látás laborjának kutatói most megpróbálják valóssággá tenni azt egy kamera esetében.

A Cambits-nek nevezett eszköz eltérő színű és funkciójú tömbökből rakosgatható össze. A hardver különböző elemei – jelenleg alapegység, szenzor, vaku, optika, mozgatható egység  és különböző optikai kiegészítők (polarizáló, mikroszkóp) elérhetőek – mágnesesen tapadnak egymáshoz, az adatátvitel, tápellátás és irányítás pedig külön kis csatlakozókon keresztül zajlik.

Cambits

A lenti kis videó alapján a megfelelő elemekkel pillantok alapján össze tudjuk rakni akár a saját 3D kameránkat, mikroszkópunkat vagy pan-tilt kameránkat is.

A Cambits egyelőre csak az egyetemen létezik, de ha valahol, akkor a kamerák világában talán tényleg lehet értelme a modularitásnak, hiszen azok a cserélhető optikáikkal szinte már annak is számítanak. A Cambits ezt emeli egy újabb szintre, és valljuk be, mi is szívesen kísérletezgetnénk a színes kis kockákkal saját kameránkon.

Advertisements

Hogyan válassz optikát?

A gépi látást bemutató cikkeink közül a legutóbbiban a kamera hátulját néztük meg, az interfészeket bemutatva, most pedig előre megyünk, és az optikákat, és a kameránkhoz való megfelelő optika kiválasztását mutatjuk be.

Egy szép és éles képhez nem elég jó kamerát választani, legalább ugyanilyen fontos a megfelelő optika is. A kompakt digitális kamerák általában nem cserélhető optikával kerülnek forgalomba, míg a profi tükörreflexes gépekre mindig a szituációnak megfelelő cserélhető objektíveket lehet feltenni. Ezek az önálló lencsék nem csak a felbontásukban, fókusztávolságukban, méretükben hanem a kivitelükben is különböznek, melyre a gépi látás kameráknál is külön figyelmet kell fordítani.

Mindenekelőtt szót kell ejteni a különböző elérhető optika típusokról. A legelterjedtebb hagyományos optikák mellett jelen vannak a gépi látás rendszerekben még a telecentrikus optikák, más területeken pedig a széles látószögű és halszem optikák, illetve különleges, közel infravörös tartományra fejlesztett (NIR) optikák is. Azonban az alábbiakban csupán a leginkább használt hagyományos optikákkal fogunk foglalkozni. Ezek legfőbb jellemzője, hogy az emberi látásnak megfelelően működnek, a távoli tárgyak kisebbnek, a közeliek nagyobbnak látszódnak.

Ha sikerült kiválasztani a projektünknek megfelelő gépi látás kamerát, meg kell találnunk az ahhoz ideális optikát a tökéletes eredmény eléréséhez. Öt fő szempontot kell figyelembe venni a kiválasztás során:

  • A szenzorméretnek megfelelő legyen a lencse méret (Image circle diameter)
  • Megfelelő legyen a menettípus
  • Az optika felbontása elegendő legyen a szenzor felbontásához
  • A szenzornak és az alkalmazásnak megfelelő legyen a fókusztávolság
  • A világításnak megfelelő méretű legyen a rekesznyílás

A kamera szenzormérete döntő szempont az optikaválasztás során. A szenzorméretet a gyártók inch-ben szokták megadni, de ez az inch nem a megszokott 25,4 mm, hanem 16 mm. A pontos szenzorméret meghatározható még a felbontás és pixelméret segítségével is. Jellemzően a nagy felbontású area scan és line scan kamerák szenzora nagyobb is mint a kisebb felbontásúaké.

Az ipari kamerákhoz kapható optikák menettípusukban is eltérhetnek, ha nem jót választunk, akkor könnyen előfordulhat, hogy egyáltalán nem, vagy csak speciális átalakítóval tudjuk a kameránkra feltenni. Az iparban a C menetes optikák a legelterjedtebbek, ezek a nagyjából maximum 20 mm-es – 1,5 inch-es – szenzorokhoz elegendőek. Nagyobb szenzorokra F menetes optikák, míg kisebbekre CS vagy S menetesek valóak. Fontos tudni, hogy CS menetes kamerára lehet tenni C menetes optikát, de fordított irányba nincs átjárás.

A menettípus közvetetten meghatározza a képkört (image circle), azaz a szenzornak azt a felületét, ahova az optika el tudja juttatni az összegyűjtött fényt a széleken való sötétedés (vignettálás) nélkül. Ha a kamera szenzoránál kisebb átmérőjű lencsét használunk, az nem fog fényt juttatni a szenzor széleihez, sarkaihoz, azok feketék fognak maradni, ezt hívjuk vignettálásnak. Tehát mindig a szenzorméretnek megfelelő, vagy annál nagyobb optikát kell választani. Nagyobb optika nagyobb képkört is jelent, aminek köszönhetően az élesség változatlan marad a kép közepétől a széléig. Azonban a a nagyobb optika nagyobb lencséket, több megmunkálást, anyagot is igényel, ezért drágábbak is. Kis szenzorokhoz tehát érdemes megfelelően kis optikát választani.

Selecting the Right Lens   Vision Campus

Azonban még ez után is oda kell figyelni, ugyanis hiába van papíron nagy felbontású kameránk, ha nem megfelelő az optika, nem fogjuk a várt eredményt kapni. Az optikáknak is megvan a saját felbontásuk, és ha ez kisebb mint a kamera szenzoráé, akkor a gyengébb felbontást fogjuk viszontlátni a képeinken. Az optikák felbontását vonalpár/mm-ben (line pair/mm, lp/mm) szokták megadni, ami azt takarja, hogy egy milliméteren belül hány vonalpárt tud elkülöníthetően megjeleníteni. Az optikák felbontását a modulációs átviteli függvény (modulation transfer function – MTF) jellemzi, ami a lencse felbontási kapacitását írja le a kép középpontjától a széle felé. Az MTF értéket egy fekete-fehér csíkokat ábrázoló teszt diagrammal mérik, ezzel meghatározható az lp/mm értéke. Az optika felbontása ezáltal meghatározza, hogy mekkora lehet a szenzor pixelmérete ahhoz, hogy mindegyikre más képrészlet jusson

Ahhoz, hogy a szép kép mellet pontosan azt a területet is lássuk, ami az alkalmazásunkhoz szükséges, az optikák fókusztávolságát kell figyelembe venni. A fókusztávolság a lencse optikai középpontja és a fókuszpont távolsága. A fókuszpontban találkoznak az optika által begyűjtött fénysugarak, a fókusztávolság tehát gyakorlatilag a lencsék fénytörő képességétől függ, és mm-ben szokták megadni. Minél nagyobb a fókusztávolság, annál nagyobb lesz a kép telefotó jellege. A sporteseményeken és paparazziknál látható óriási objektívek lényege is a nagy fókusztávolság, a hétköznapi objektívekhez képest. A nagy látószögű, és halszem optikák ennek megfelelően pedig kisebb fókusztávúak.

Selecting the Right Lens   Vision Campus2

A tökéletes képhez még egy dolgot kell figyelembe venni, mégpedig az üzemeltetés helyén lévő világítást, és az optikák ehhez kapcsolódó rekesznyílás méretét. A rekesznyílással lehet szabályozni a szenzorra jutó fény mennyiségét, és az úgynevezett F számmal szokták jelölni. Minél nagyobb az F szám, annál kisebb a rekesznyílás és annál kevesebb fény jut a szenzorra. A rekesznyílás mértékével a szenzorra jutó fénymennyiségen kívül a mélységélességet is szabályozni lehet. A kis rekesznyílás – tehát nagy F szám – nagy mélységélességet tesz lehetővé, míg nagy rekesznyílásnál csak a fókuszpontban lévő részlet lesz éles.

Selecting the Right Lens   Vision Campus3

Tehát még egyszer, az öt kulcstényező a jó optika választásához: lencseméret, menettípus, felbontás, fókusztávolság és rekesznyílás. Ha mindegyikre megtaláljuk a megfelelő értéket nyugodtak lehetünk, a kameránk az elvárt képminőséget fogja nyújtani.

Maz Kanata és a face motion capture

A nagy hollywoodi blockbusterek ma már elképzelhetetlenek vizuális effektek, CGI és motion capture nélkül. Utóbbi pedig nem máson, mint gépi látás technológiákon alapul, hiszen az emberi test és arc egészen apró mozgásait kell rögzíteni, majd azokat egy digitálisan rajzolt karakterre átültetni. Ennek leghíresebb példája gyakorlatilag az egész Avatar film, illetve a Gyűrűk Ura Gollamja.

mazkanata

Természetesen a legfrissebb Star Wars opus, az Ébredő erő sem kivétel. Az előzmény trilogiához képest visszafogottabb, de modernebb digitális utómunkával találkozhatunk az új filmben. Többek között motion capture technológiával kelt életre a titokzatos Maz Kanata, és a Jakku bolygó szeméttelepének főnöke, Unkar Plutt is, akik újabb ékes példái a gépi látás szórakoztatóiparban betöltött szerepére.