Optische Methoden in der Messtechnik 2VO 438.041 WS Gert Holler, Axel Pinz 2LU 438.019 WS Thomas Höll, Gert Holler 1
Axel Pinz Lehre WS 2012/13 710.094 Bildverstehen 2VO 710.095 Bildverstehen 1KU 438.020 Bildgestützte Messverfahren 2VO 430.041 Optische Methoden i.d. Messtechnik 2VO (gemeinsam mit Gert Holler) (710.007 Scientific Communication 2SE) 710.008 Augmented Reality 3VU (gemeinsam mit Dieter Schmalstieg) Sprechstunde nach Vereinbarung axel.pinz@tugraz.at 0316-873-5021 http://www.emt.tugraz.at/teaching/courses 2
Vision-based and Optical Measurement vo@emt.tugraz.at Rekonstruktion: Geometrie, Struktur, Bewegung Bildgestützte Messverfahren Radiometrie: Farbe, Strahlungstemperatur Bildgest. Messverfahren, Opt. Methoden Optik: Laser-Messtechnik Optische Methoden Objekterkennung: Individuen / Kategorien Bildverstehen 3
LVA-Inhalte Bildverstehen Di, Mi, 14-16, HS i8 Grundlagen Mid- u. High-Level Vision Visuelle Module Objekterkennung, Active Vision, Cognitive Vision Bildgestützte Messverfahren Di, Mi, 14-16, HS i8 Sensoren (Kameras) 3D, Stereo, Rekonstruktion, Projektive Geometrie Farbe Multibody Structure and Motion Optische Methoden Licht, Wellenoptik, Geometrische Optik Infrarot-Thermographie Laser, Interferometrie Strömungsmesstechnik, Abstands- und Konturmessung 4
VO Zeiten: Ablauf - Mi, HS i9, 10:15 11:45 - Ausnahmen, Absagen, Verschiebungen: TUG-Online Bitte anmelden (TUG-Online)! 5
Achtung: Projekt/DA - Themen Themen skalierbar für Projekt Seminar Bakkalaureats-, Magister-, Diplomarbeit Themen: Reconstruction for Recognition, Cognition by Action, Active Surveillance, 3D Surface reconstruction + sparse BRDF Bei Interesse direkt anfragen (email)! http://www.emt.tugraz.at/teaching/projects (so aktuell wie möglich) Inhalte allgemein: Theorie Praxis Gute wissenschaftliche Praxis Arbeit mit Literatur, wissenschaftliches Arbeiten Wissenschaftliche Präsentation (schriftlich, mündlich) Praktische Arbeit + Dokumentation 6
Reconstruction for Recognition: Cognition by Action Active Categorization 3D Surface reconstruction + sparse BRDF 3D Rock art scanner Active Surveillance: Pan/Tilt/Zoom, and translation! new lab Inffeldgasse 23/KG 3m linear rail on the ceiling 7
3D Pitoti Video Valcamonica_zoom_720p Scanner algorithms: SfM, stereo, stitching, tracking SVBRDF shrouding 8
Active Surveillance Previous Project (SS 2013): Hans Peter Promberger Video 130410_experiment_1_3 9
Unterlagen Skripten für Bildverstehen und Bildgestützte Messtechnik im Kopierzentrum (Inffeldgasse 10) Optische Methoden: 2012 übernommen von Markus Brandner, noch in Bearbeitung jeweils die Folien zur aktuellen Einheit auf http://www.emt.tugraz.at/teaching/courses E. Hecht, Optik, Oldenbourg Verlag, 5.Aufl., 2009 F. Pedrotti et al., Optik f. Ingenieure, Springer, 4.Aufl., 2007 Zusätzliche Informationen (Folien, Fragenkataloge, ) http://www.emt.tugraz.at/teaching/courses 10
Prüfungen / Beurteilung VO-Prüfungen: Generell schriftlich Immer gemeinsame Termine für alle meine LVAs Während des Semesters Meistens am letzten Freitag jedes Monats Mindestens 4 Termine / Semester 25.10., 22.11., 6.12., 31.1. 11
Übersicht Allgemeine Übersicht, Licht, Wellen- vs. Teilchenmodell, thermische Strahler, strahlungsoptische (radiometrische) vs. lichttechnische (fotometrische) Größen Beschreibung radiometrische, fotometrische Größen Detektoren Geometrische Optik Bildgebende Verfahren Anwendungen Licht als elektromagnet. Welle, Interferenz, Kohärenz, Laser, Interferometrie, Anemometrie 12
When one views a colored surface, the spectral radiance of the light reaching the eye depends on both the spectral radiance of the illuminant, and on the spectral albedo of the surface. We re assuming that camera receptors are linear, like the receptors in the eye. This is usually the case. Licht Quelle Interaktion Rezeptor Reflexion/Brechung/Absorption [Forsyth, Ponce. Computer Vision ] 13
Lichtquellen, Spektren E(λ) (1) Schwarzkörper (ausgehöhlt, kleines Loch), schwarzer Strahler spektrale Energieverteilung Farbtemperatur, Weissabgleich E 1 1 5 exp hc k T 1 h... Planck sches Wirkungsquant k... Boltzmannkonstante T... Absolute Temperatur [K] Wien sches Verschiebungsgesetz: max b / T, b 2898 mk 14
Lichtquellen, Spektren E(λ) (2) b/t [Tränkler, Oberhammer. Sensortechnik ] 15
Licht elektromagnetische Strahlung 10 3 Radio 10 6 Infrarot Radar Mikrowellen Licht Röntgenstrahlung 770 Sichtbares Licht 390 rot orange gelb grün blau violett 10-18 Gammastrahlung Kosmische Strahlung 100 Ultraviolett 16
Viele Darstellungen in der Literatur 1 [Pedrotti et al.] 17
Viele Darstellungen in der Literatur 2 Welle Teilchen [Hecht] 18
E(λ) Sonnenlicht Sonne ~ schwarzer Strahler ~6000K im Zentrum ~5000K an der Oberfläche 4 Absorption in der Erdatmosphäre [Pedrotti et al.] 19
E(λ) Thermische Strahlungsquellen 5 6 Sonnenlicht vs. Wolfram-Glühfadenlampe ~2100 K [Hecht] Quarz-Halogenlampe ~3100K [Pedrotti et al.] 20
E(λ) Sonnenlicht Relative spectral Irradiance E(λ)/E 0 [Forsyth, Ponce. Computer Vision ] λ [nm] 21
Viele mögliche technische Quellen (1) Thermische Strahlungsquellen Floureszenz Materialabhängige Spektrallinien Laser [Pedrotti et al.]: Temperaturstrahler Lumineszenzstrahler - schwarze Strahler - Entladungslampen - Globarquellen ( grau ) - Leuchtstoffröhren - Glühlampen - LEDs - Lichtbogen - Laser 22
Technische Quellen (2) Niederdruck-Quecksilber-Xenon-Bogenlampe Hochdruck-Xenon-Kurzbogenlampe [Pedrotti et al.] Spektren von Leuchtdioden Ausführlich zu Laser in späteren LVA-Einheiten 23
Schwarzkörper / FLIR Kalibration http://www.flir.com/thermography/americas/us/content/?id=18040 24
ρ(λ) Spektrale Albedo ρ(λ) [Forsyth, Ponce. Computer Vision ] λ [nm] 25
Rezeptoren (1) Beispiel Silizium, Photodiode [Seitz, Solid State Imaging ] 26
Rezeptoren (2) Menschliches Auge Empfindlichkeit der Zapfen B,G,R Besser S,M,L [Foley et al., Computer Graphics ] 27
Relative spektrale Empfindlichkeit d. menschl. Auges L-cones, M-cones, S-cones Empf.d. Zapfen (R,G,B) Empfindlichkeit der Stäbchen Dowling, John E. (1987); The Retina : An Approachable Part of the Brain Belknap Pr; ISBN: 0674766806 28
V(λ) Spektraler Hellempfindlichkeitsgrad für Tagsehen Relative sensitivity = V( ) Commission International de l Eclairage (CIE) max. bei 555nm Strahlungsphysikalische vs. Lichttechnische Größen [Foley et al., Computer Graphics ] 29
Strahlungsphysikalische Lichttechnische Größen [Hofmann, TB d. Messtechnik] 30
Welle Teilchen? Licht Materie E = mc 2 Photon: m 0 = 0, v = c = λf, E = hf Licht als elektromagnetische Welle: Wellenmodell, Wellenoptik, Beugung, Interferenz Licht als Teilchen: Teilchenmodell, Geometrische Optik, Absorption, Emission 31
Teilchen! [Hecht] 32