دانلود مقاله بینایی سه‌ بعدی با استفاده از نور ساختار یافته با الگوی رنگی

دانلود مقاله کارشناسی ارشد رشته برق بینایی سه‌ بعدی با استفاده از نور ساختار یافته با الگوی رنگی  – ۳D Vison using structured light with color pattern

مقدمه:

یکی از کاربردهای اساسی علم ترمودینامیک مطالعه بازدهی فرآیندها می باشد. در قدیم از دو روش استفاده از توازن انرژی درسیستم و محاسبه میزان کارایی مربوط به سیستم استفاده می شد. موازنه انرژی، با همه شکلهای انرژی به صورت یک معادله و دبون تمایز بین انواع مختلف انرژی سروکار داشت واطلاعاتی درباره تلفات داخلی به ما نمی داد. یک روش جدید ارزیابی سیستمها، روش اگزرژی می باشد که براساس تئوری اگزرژی بوده و به عنوان معیار جهانی پتانسیل کار با کیفیت شکلهای مختلف انرژی درباره یک محیط معین می باشد. پل تمام اجزای یک ماشین حرارتی، توزیع بازگشت ناپذیری درمیان اجزای ماشین وسهم هر کدام درکاهش بازده کلی ماشین را نشان می دهد. برخلاف معیارهای سنتی، ایده بازگشت ناپذیری براساس دو قانون اصلی ترمودینامیک می باشد و توازن اگزرژی از قانون اول و دوم ترمودینامیک حاصل شده است. اگر چه قانون دوم به طور مستقیم در روش اگزرژی استفاده نشده است. ولی کاربرد آن درتحلیل فرایند ها، یک مفهوم علمی از قانون دوم را شرح می دهد. بنابراین مطالعه شکلهای مختلف بازگشت ناپذیری و تأثیر آنها روی عملکرد یک ماشین حرارتی، اطلاعات بیشتر و مفیدتری نسبت به مطالعه و نتایج قانون دوم به ما می دهد.

مفهوم اگزرژی
با درنظرگرفتن کیفیت متغیر شکلهای مختلف انرژیهای بسامان و نابسامان در تحلیل ماشینهای حرارتی، یک استاندارد جهانی از کیفیت مورد نیاز می باشد. طبیعی ترین و مناسب ترین استاندارد کارحداکثر می باشد که می توان آنرا از شکل داده شده انرژی که از پارامترهای محیطی به عنوان حالت مرجع استفاده می کند، بدست آورد. این استاندارد از کیفیت انرژی «اگزرژی» نامیده می شود.
اگزرژی مربوط به انتقال کار:
از آنجاییکه ما کار را معادل با شکلی از انرژی به عنوان میزانی از اگزرژی آن تعریف می کنیم، واضح است که کار، معادل اگزرژی میباشد. بنابراین انتقال اگزرژی بوسیله مقدار و جهت انتقال کار مشخص می شود. و همان نماد w.w. برای آن استفاده می شود.

فهرست مطالب

چکیده . . . . . . . ۲

فصل اول : تئوری نور ساختار یافته و کاربردهای بینایی سه بعدی

۱-۱- مقدمه . . . . . . . ۱۷

۱-۲- روشهای غیر فعال بینایی سه بعدی . . . . . . ۱۸

۱-۲-۱- روش استریوفتوگرامتری . . . . . . ۱۸

۱-۳- روشهای فعال بینایی سه بعدی . . . . . . ۱۹

۱-۳-۱- بکار گیری سنسور تماسی دربینایی سه بعدی .. . . . . . ۲۱

۱-۳-۲- بکار گیری سنسور غیر تماسی دربینایی سه بعدی . . . . . . ۲۲

۱-۳-۲-۱- روش ارسال امواج . . . . . . ۲۲

۱-۳-۲-۲- روش های انعکاسی. . . . . . . . ۲۳

۱-۳-۲-۲-۱- رهیافتهای غیر اپتیکی در روشهای انعکاسی . . . . . ۲۳

۱-۳-۲-۲-۲- رهیافتهای اپتیکی در روشهای انعکاسی . . . . . . . ۲۳

۱-۳-۲-۲-۲-۱ رادار تصویر برداری. . . . . . . . ۲۴

۱-۳-۲-۲-۲-۲- روشهای اینترفرومتریک . . . . . . . . ۲۶

۱-۳-۲-۲-۲-۳- استخراج عمق از طریق تمرکز بر روش فعال .. . . . . . ۲۷

۱-۳-۲-۲-۲-۴- استریوی فعال . .. . . . . ۲۸

۱-۳-۲-۲-۲-۵- راستراستریوفتوگرامتری . . . . . . . ۲۸

۱-۳-۲-۲-۲-۶- سیستم مجتمع تصویر برداری . . . . . . ۲۹

۱-۳-۲-۲-۲-۷- تکنیک نور ساختار یافته .. . . . . . . ۳۰

۱-۴- مقایسه روشها وتکنیکها و کاربردهای آنها. . . . . . . . ۳۲

۱-۵- نتیجه گیری . . . . . . ۳۵

فصل دوم : روشهای مختلف کدینگ الگو

۲-۱- مقدمه . . . . . . . . . ۳۷

۲-۲- روشهای طبقه بندی کدینگ الگوهای نوری. . . . . . ۳۸

۲-۲-۱- الگوهای نوری از دیدگاه درجات رنگی . . . . . ۳۹

۲-۲-۲- الگوهای نوری از دیدگاه منطق کدینگ. . . . . . . ۴۰

۲-۲-۲-۱- روشهای مبتنی بر الگوهای چند زمانه (کدینگ زمانی) . . . . . . ۴۲

۲-۲-۲-۱-۱- کدینگهای باینری. . . . . . . ۴۲

۲-۲-۲-۱-۲- کدینگ با استفاده از مفهوم n-ary

۲-۲-۲-۱-۳- کدینگ با استفاده از مفهوم انتقال مکانی. . . . . . . ۴۵

۲-۲-۲-۱-۴- کدینگ با استفاده از همسایگی . . . . . ۴۶

۲-۲-۲-۲- روشهای مبتنی بر همسایگیهای مکانی(کدینگ مکانی) . . . . .. . . ۴۸

۲-۲-۲-۲-۱- کدینگهای غیر متعارف (ابتکاری) . . . . . . ۴۸

۲-۲-۲-۲-۲- کدینگ بر اساس دنباله De_Bruijn[1

۲-۲-۲-۲-۳- کدینگ بر اساس منطق M-Arrays

۲-۲-۲-۳- کدینگ مستقیم . . . . . . ۵۴

۲-۳- نتیجه گیری. . . . . . . ۵۵

فصل سوم :پیاده سازی کدینگ و پردازش تصویر

۳-۱- مقدمه . . . . . . . ۵۷

۳-۲- تولید کلمه های رمز با استفاده از دنباله De_Bruijn.

۳-۳- تابش الگو و عکسبرداری. . . . . . ۶۵

۳-۴- پردازش تصویر . . . . . .۶۶

۳-۴-۱- دوسطحی سازی . . . . . . . ۶۸

۳-۴-۲- تشخیص لبه ها و اسکلت بندی . . . . . . ۷۰

۳-۴-۳- نازک سازی .. . . . . ۷۴

۳-۴-۴ نقاط تقاطع . . . . . . ۷۵

۳-۴-۵- شناسایی خطوط . . . . . .. . ۷۸

۳-۵- نتیجه گیری . . . . . . . ۸۲

فصل چهارم :

شناسایی رنگ و حل مسئله تطابق و بازسازی سه بعدی

۴-۱- مقدمه . . . . ۸۴

۴-۲- شبکه عصبی و شناسایی رنگ. .. . . . . . . ۸۶

۴-۲-۱- مسئله تغییر رنگ . . . . . . . . ۸۷

۴-۳- طراحی شبکه عصبی . . . . . . . ۸۸

۴-۴- مسئله تطابق . . . . . . ۹۳

۴-۵- بازسازی سه بعدی . . . . . . . ۹۹

۴-۶- بررسی خطاهای موجود. . . . . . . ۱۰۳

۴-۶-۱- تغییر رنگ و خروجی غیر قطعی شبکه. . . . . . . ۱۰۳

۴-۶-۲- ناپیوستگی های تصویر رنگی . . . . . . ۱۰۳

۴-۶-۳-خطای همپوشانی . . . . . . ۱۰۴

۴-۷- نتیجه گیری . . . . . . ۱۰۵

فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات

۵-۱ مقدمه . . . . . . . . . ۱۰۷

۵-۲- انتخاب روش و پیاده سازی . . . . . . . . . ۱۰۸

۵-۳- پیشنهادات . . . . . . . . ۱۰۸

پیوست الف : نرم افزار تهیه شده . . . . ۱۱۱

پیوست ب : مثلث بندی . . . . . ۱۲۲

مراجع .. . . . . . . . ۱۳۰

شکل ۱-۱) ساختار سیستم استریوفتوگرامتری. . . . . . . ۱۹

شکل ۱-۲) روشهای استخراج پروفایل سه بعدی. . . . . ۲۰

شکل ۱-۵ : دستگاه اندازه گیری سه بعدی بر اساس روش مویره. . . . . . . . ۲۷

شکل ۱-۶ : ساختار سیستم راستر استریو فتوگرامتری. . . . . . . . ۲۹

شکل ۱-۷ : ساختار یک سیستم مجتمع تصویر برداری. . . . . . ۳۰

شکل ۱-۸ : ساختار سیستم نور ساختاریافته. . . . . . ۳۱

شکل ۱-۹ :تصویر نورساختار یافته موازی . این تصویر با تاباندن یک الگو با خطوط عمودی موازی بر روی صورت ساخته شده است . . . . .. . . . . ۳۲

جدول ۱-۲ :مقایسه روشها و کاربرد آنها . . . . . . . ۳۳

شکل۲-۱ : طبقه بندی روشهای کدینگ در نورساختاریافته . . . . . ۴۱

شکل۲-۲ : پرده های نوری و نحوه بکارگیری یک الگوی چند زمانه. . . . . ۴۳

شکل۲-۳ : نمونه بازسازی تصویر مجسمه اسب و نقاط دست انسان به وسیله الگوی چند زمانه و روش Postdamer

شکل۲-۴ : نمونه الگوهای طراحی شده با روش n-ary . . . . . . . ۴۴

شکل۲-۵ : نمونه بازسازی تصویر مجسمه اسب و نقاط دست انسان به وسیله الگوی چند زمانه و تکنیک n-ary

شکل۲-۶ : نمای پیک تصویر و انتقال مکانی آن. . . . . . . ۴۷

شکل۲-۷ : a) الگوی شامل خطوط بریده با اندازه خطوط به عنوان مشخصه مهم b) الگوی تشکیل شده از خطوط افقی با سه سطح خاکستری. . . . . . . . . ۵۰

شکل۲-۸ : الگوی طراحی شده با دنبالهDe-Bruijn

شکل ۲-۹ : a) طراحی الگوی مرانو b)الگوی کامل شده مرانو. . . . . . . . . ۵۳

شکل ۲-۱۰ : نمونه بازسازی تصویر مجسمه اسب و نقاط دست انسان به وسیله تکنیک M-Array

. . . . . . . . ۵۳

شکل ۲-۱۱ : الگوی طراحی شده توسط گریفین. . . . . . . ۵۴

شکل ۲-۱۲ : الگوی خاکستری در رمز نگاری مستقیم . . . . . ۵۵

شکل ۳-۱ : گراف مربوط به B(2,3) .

شکل ۳-۲ : نرم افزار نوشته شده برای تولید الگو و کد .. . . . . . ۶۳

شکل ۳-۳ : نمونه الگوی طراحی شده . . . . . . . . . ۶۴

شکل ۳-۴ :تابش نور و شرایط عکس برداری . . . . . . . ۶۵

شکل ۳-۵ : فلوچارت مراحل تناظر یابی. . . . . . . . ۶۸

شکل ۳-۶ : عمل دوسطحی سازی در نرم افزار نوشته شده . . . . . ۷۰

شکل ۳-۷ : نمونه عمل دوسطحی سازی . . . . . . . ۷۰

شکل ۳-۸ : نمونه خطای ایجاد شده در استفاده از الگوریتم سبل. . . . . . . ۷۱

شکل ۳-۹ : نمونه نا پیوستگی ایجاد شده در استفاده از الگوریتم اسکلت بندی ساده . . . ۷۲

شکل ۳-۱۰ : تصویر خروجی مرحله شناسایی لبه ها در نرم افزار نوشته شده .. . . . ۷۳

شکل ۳-۱۱ : تصویر خروجی مرحله شناسایی لبه ها پس از اعمال ماسک (خطوط پیوسته هستند) . . . . . .. ۷۳

شکل ۳-۱۲ :نمونه تصویر خروجی مرحله نازک سازی.. . . . . . . ۷۴

شکل ۳-۱۳ :ماسکهای استفاده شده برای کشف نقاط تقاطع . . . . . . ۷۶

شکل۳-۱۴ : دسته نقاط یافت شده به عنوان نقاط تقاطع . . . . . . . ۷۷

شکل ۳-۱۵ : نقاط تقاطع نهایی . . . . . . . ۷۷

شکل ۳-۱۶ : شکل رنگی نشان دهنده اثر همپوشانی خطوط. . . . . . ۷۸

شکل ۳-۱۷ : برچسب گذاری تصویر اسکلت بندی شده . . . . . . . . . ۷۹

شکل ۳-۱۸ : بخشی از فایل خروجی شناسایی خطوط. . .. . . . ۸۰

شکل ۴-۱ : مقادیر کانالهای رنگی در تصویر گرفته شده از جسم . . . . . . ۸۸

شکل ۴-۲ :نرم افزار نوشته شده برای بدست آوردن نقاط نمونه از تصویر و مقادیر کانالهای رنگی متناظر نقاط از تصویر گرفته شده از جسم . . . . . . . .. . . . . . . ۸۹

شکل ۴-۳ : شبکه عصبی طراحی شده . . .. . . . . . . . ۹۰

شکل ۴-۴ : نمودار خطای آموزش شبکه برای تصویر الگو . . . . . ۹۱

شکل ۴-۵ : نمودار خطای آموزش شبکه برای تصویر الگوی تابیده شده روی شی . . . ۹۱

جدول ۴-۱ : قسمتی از اطلاعات خروجی شبکه پس از عمل گرد سازی . . . ۹۳

شکل ۴-۶ : فلوچارت مراحل تناظر یابی . . . . . . . . ۹۵

جدول ۴-۲ : قسمتی از جدول امتیاز دهی به تصویر نقاط الگو و تصویر جسم. . . . ۹۶

جدول ۴-۳ : قسمتی از جدول نقاط تناظر داده شده و اختلاف مختصات آنها . . . ۹۸

شکل ۴-۷ : تصویر یک جعبه تحت تابش . . . .. . . . ۹۹

شکل ۴-۸ : شکل سه بعدی جعبه از روی برایند اختلاف مختصات دو نقطه (محور عمودی ) . ۱۰۰

شکل ۴-۹ : تصویر یک ماوس تحت تابش . . . . ۱۰۱

شکل ۴-۱۰ : شکل سه بعدی جعبه از روی برایند اختلاف مختصات دو نقطه (محور عمودی ) . ۱۰۱

شکل ۴-۱۱ : تصویر یک گلدان تحت تابش .. ۱۰۲

شکل ۴-۱۲ : شکل سه بعدی گلدان از روی برایند اختلاف مختصات دو نقطه .(بدست آمدن شکل تقریبی نیم استوانه ). . . . . .. . . ۱۰۲

شکل الف -۱ : محیط برنامه نویسی C# و راه حل به همراه مقاله های تولید الگو و پردازش تصویر و تولید نقاط نمونه برای ورودی شبکه عصبی . . . . ۱۱۳

شکل الف -۲ : تصویر یک جعبه رنگ . . . . . . . ۱۱۵

شکل الف -۳ : تصویر فرم مربوط به ایجاد الگو در برنامه نوشته شده . . . . . . ۱۱۶

شکل الف -۴ : یک الگوی مناسب تولیدی توسط برنامه . . . . . . . . ۱۱۷

شکل الف -۵ : نمایی از فرم برنامه تهیه شده . . . . . . . . . . . ۱۱۸

شکل الف -۶ : نمایی از برنامه پردازش تصویر در حال کار. . . . . . . . ۱۱۹

شکل الف-۷ : نمایی از برنامه در حال فعال بودن نمودار هیستوگرام و انجام عمل اکولایز کردن۱۲۰

شکل ب-۱ :دو دستگاه مختصات الگو و تصویر در سیستم نوری نور ساختاریافته. . . . . ۱۲۳

شکل ب-۲ : هندسه ساده سیستم نوری نور ساختاریافته. . . . . . ۱۲۴

شکل ب-۳ : هندسه مربوط به دوربین و پروژکتور . H نقطه ای از جسم است که توسط پروژکتور روشن شده است . . . . . . . . ۱۲۶

شکل ب-۴ : مدل pinhole پروژکتور برای محاسبه پهنای خطوط . . . . . ۱۲۹

[۱] De_Bruijn Sequence