پروژه بینایی سه بعدی با استفاده از نور ساختار یافته با الگوی رنگی

اختصاصی از کوشا فایل پروژه بینایی سه بعدی با استفاده از نور ساختار یافته با الگوی رنگی دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:135

فهرست مطالب:

  عنوان                                                                                  صفحه
 

چکیده . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    2

فصل اول : تئوری نور ساختار یافته و کاربردهای بینایی سه بعدی
1-1- مقدمه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   17
1-2- روشهای غیر فعال بینایی سه بعدی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   18  
1-2-1- روش استریوفتوگرامتری . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   18
1-3- روشهای فعال بینایی سه بعدی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   19   
1-3-1- بکار گیری سنسور تماسی دربینایی سه بعدی . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   21  
1-3-2- بکار گیری سنسور غیر تماسی دربینایی سه بعدی . . . . . . . . . . . . . . . .   22
1-3-2-1- روش ارسال امواج . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  22
1-3-2-2- روش های انعکاسی. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   23
1-3-2-2-1- رهیافتهای غیر اپتیکی در روشهای انعکاسی . . . . . . . . . . . . . . . . .  23
1-3-2-2-2- رهیافتهای اپتیکی در روشهای انعکاسی  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   23
1-3-2-2-2-1 رادار تصویر برداری. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   24

1-3-2-2-2-2- روشهای اینترفرومتریک . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   26
1-3-2-2-2-3- استخراج عمق از طریق تمرکز بر روش فعال . . . . . . . . . . . . . .   27
1-3-2-2-2-4- استریوی فعال . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   28  
1-3-2-2-2-5- راستراستریوفتوگرامتری  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   28
1-3-2-2-2-6- سیستم مجتمع تصویر برداری  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   29
1-3-2-2-2-7- تکنیک نور ساختار یافته . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  30
1-4- مقایسه روشها وتکنیکها و کاربردهای آنها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  32
1-5- نتیجه گیری . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    35  

فصل دوم : روشهای مختلف کدینگ الگو
2-1- مقدمه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     37
2-2- روشهای طبقه بندی کدینگ الگوهای نوری  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    38
2-2-1- الگوهای نوری از دیدگاه درجات رنگی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     39
2-2-2- الگوهای نوری از دیدگاه منطق کدینگ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    40  
2-2-2-1- روشهای مبتنی بر الگوهای چند زمانه (کدینگ زمانی) . . . . . . . . . .     42    
2-2-2-1-1- کدینگهای باینری. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     42   
2-2-2-1-2-  کدینگ با استفاده از مفهوم n-ary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    44
2-2-2-1-3-  کدینگ با استفاده از مفهوم انتقال مکانی. . . . . . . . . . . . . . . . . .    45
2-2-2-1-4-  کدینگ با استفاده از همسایگی. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    46
2-2-2-2- روشهای مبتنی بر همسایگیهای مکانی(کدینگ مکانی) . . . . . . . . .      48
2-2-2-2-1- کدینگهای غیر متعارف (ابتکاری) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     48  
2-2-2-2-2- کدینگ بر اساس دنباله De_Bruijn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   50  
2-2-2-2-3- کدینگ بر اساس منطق M-Arrays. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    52  
2-2-2-3- کدینگ مستقیم . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    54
2-3- نتیجه گیری. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   55  

  عنوان                                                                                  صفحه
 
فصل سوم :پیاده سازی کدینگ و پردازش تصویر  
3-1- مقدمه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   57
3-2- تولید کلمه های رمز با استفاده از دنباله De_Bruijn. . . . . . . . . . . . . . . .  59
3-3-  تابش الگو و عکسبرداری. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3-4- پردازش تصویر .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  66
3-4-1- دوسطحی سازی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  68
3-4-2- تشخیص لبه ها و اسکلت بندی  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   70
3-4-3- نازک سازی  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  74
3-4-4 نقاط تقاطع   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   75
3-4-5- شناسایی خطوط    . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    78
3-5- نتیجه گیری   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  82
 
فصل چهارم :
 شناسایی رنگ و حل مسئله تطابق و بازسازی سه بعدی
4-1- مقدمه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   84
4-2- شبکه عصبی و شناسایی رنگ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  86
4-2-1- مسئله تغییر رنگ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  87
4-3- طراحی شبکه عصبی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  88
4-4- مسئله تطابق  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  93  
4-5- بازسازی سه بعدی  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    99  
4-6- بررسی خطاهای موجود. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   103
4-6-1- تغییر رنگ و خروجی غیر قطعی شبکه. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   103
4-6-2- ناپیوستگی های تصویر رنگی. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   103
4-6-3-خطای همپوشانی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   104
4-7- نتیجه گیری  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   105
 

فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1 مقدمه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      107
5-2- انتخاب روش و پیاده سازی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      108
5-3- پیشنهادات . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     108

پیوست الف : نرم افزار تهیه شده . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     111  
پیوست  ب : مثلث بندی  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      122
مراجع . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      130




 فهرست اشکال

شکل 1-1) ساختار سیستم استریوفتوگرامتری. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   19
شکل 1-2) روشهای استخراج پروفایل سه بعدی. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    20
شکل 1-3) تصویر برداری از سطوح مختلف توسط رادار . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   24
جدول  1-1 : تاخیر زمانی امواج صوتی و نوری .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   25
شکل 1-4 : a ) مویره سایه b ) مویره تصویر. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   26
شکل 1-5 : دستگاه اندازه گیری سه بعدی بر اساس روش مویره. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   27  
شکل 1-6 : ساختار سیستم راستر استریو فتوگرامتری. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  29
شکل 1-7 : ساختار یک سیستم مجتمع تصویر برداری. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    30
شکل 1-8 : ساختار سیستم نور ساختاریافته. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      31
شکل 1-9 :تصویر  نورساختار یافته موازی . این تصویر با تاباندن یک الگو با خطوط عمودی موازی بر روی صورت ساخته شده است . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
جدول 1-2 :مقایسه روشها و کاربرد آنها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  33
شکل2-1 : طبقه بندی روشهای کدینگ در نورساختاریافته. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   41
شکل2-2 : پرده های نوری و نحوه بکارگیری یک الگوی چند زمانه . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    43
شکل2-3 : نمونه بازسازی تصویر مجسمه اسب و نقاط دست انسان به وسیله الگوی  چند زمانه و روش Postdamer  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .        43
شکل2-4 : نمونه الگوهای طراحی شده با روش n-ary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       44  
شکل2-5 : نمونه بازسازی تصویر مجسمه اسب و نقاط دست انسان به وسیله الگوی چند زمانه و تکنیک n-ary  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      44
شکل2-6 : نمای پیک تصویر و انتقال مکانی آن . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      47
شکل2-7 : a) الگوی شامل خطوط بریده با اندازه خطوط به عنوان مشخصه مهم  b) الگوی تشکیل شده از  خطوط افقی با سه سطح خاکستری . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  50
شکل2-8 : الگوی طراحی شده با دنباله De-Bruijn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
شکل 2-9 : a) طراحی الگوی مرانو b)الگوی کامل شده مرانو. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  53
شکل 2-10 : نمونه بازسازی تصویر مجسمه اسب و نقاط دست انسان به وسیله تکنیک M-Array
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    53
شکل 2-11 : الگوی طراحی شده توسط گریفین. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  54
شکل 2-12 : الگوی خاکستری در رمز نگاری مستقیم . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   55
شکل 3-1 : گراف مربوط به B(2,3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   60   
شکل 3-2 : نرم افزار  نوشته شده برای تولید الگو و کد . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   63 شکل 3-3 : نمونه الگوی طراحی شده . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    64
شکل 3-4 :تابش نور و شرایط عکس برداری . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   65
شکل 3-5 : فلوچارت مراحل تناظر یابی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   68
شکل 3-6 : عمل دوسطحی سازی در نرم افزار نوشته شده . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      70  
شکل 3-7 : نمونه عمل دوسطحی سازی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    70
شکل 3-8 : نمونه خطای ایجاد شده در استفاده از الگوریتم سبل . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     71
شکل 3-9 : نمونه نا پیوستگی ایجاد شده در استفاده از الگوریتم اسکلت بندی ساده . . . . . . .   72
شکل 3-10 : تصویر خروجی مرحله  شناسایی لبه ها در نرم افزار نوشته شده . . . . . . . . . . . . . 73  
شکل 3-11 : تصویر خروجی مرحله  شناسایی لبه ها پس از اعمال ماسک (خطوط پیوسته هستند) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       73
شکل 3-12 :نمونه تصویر خروجی مرحله  نازک سازی. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    74
شکل 3-13 :ماسکهای استفاده شده برای کشف نقاط تقاطع . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    76
شکل3-14 : دسته نقاط یافت شده به عنوان نقاط تقاطع . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    77
شکل 3-15 : نقاط تقاطع نهایی  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    77
شکل 3-16 : شکل رنگی نشان دهنده اثر همپوشانی خطوط . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     78
شکل 3-17 : برچسب گذاری تصویر اسکلت بندی شده . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   79
شکل 3-18 : بخشی از فایل خروجی شناسایی خطوط. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     80
شکل 4-1 : مقادیر کانالهای رنگی در تصویر گرفته شده از جسم . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    88
شکل 4-2 :نرم افزار نوشته شده برای بدست آوردن نقاط نمونه از تصویر و  مقادیر کانالهای رنگی متناظر نقاط از تصویر گرفته شده از جسم . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    89
شکل 4-3 : شبکه عصبی طراحی شده  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    90
شکل 4-4 : نمودار خطای آموزش شبکه برای تصویر الگو  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   91
شکل 4-5 : نمودار خطای آموزش شبکه  برای تصویر الگوی تابیده شده روی شی  . . . . . . . .   91
جدول 4-1 : قسمتی از اطلاعات خروجی شبکه پس از عمل گرد سازی . . . . . . . . . . . . . . . .   93
شکل 4-6 : فلوچارت مراحل تناظر یابی  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    95
جدول 4-2 : قسمتی از جدول امتیاز دهی به تصویر نقاط الگو و تصویر جسم. . . . . . . . . . . .     96
جدول 4-3 : قسمتی از جدول  نقاط تناظر داده شده و اختلاف مختصات آنها . . . . . . . . . . . .   98
شکل 4-7 : تصویر یک جعبه تحت تابش  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   99
شکل 4-8 : شکل سه بعدی جعبه از روی برایند اختلاف مختصات دو نقطه . (محور عمودی   ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    100
شکل 4-9 : تصویر یک ماوس تحت تابش . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      101
شکل 4-10 : شکل سه بعدی جعبه از روی برایند اختلاف مختصات دو نقطه (محور عمودی  )  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     101
شکل 4-11 : تصویر یک گلدان تحت تابش  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     102
شکل 4-12 : شکل سه بعدی گلدان از روی برایند اختلاف مختصات دو نقطه .(بدست آمدن شکل تقریبی نیم استوانه ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      102
شکل الف -1 : محیط برنامه نویسی C# و راه حل به همراه پروژه های تولید الگو و پردازش تصویر و تولید نقاط نمونه برای ورودی شبکه عصبی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       113
شکل الف -2 : تصویر یک جعبه رنگ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   115
شکل الف -3 : تصویر فرم مربوط به ایجاد الگو در برنامه نوشته شده . . . . . . . . . . . . . . . . .    116
شکل الف -4 : یک الگوی مناسب تولیدی توسط برنامه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   117
شکل الف -5 : نمایی از فرم برنامه تهیه شده . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  118
شکل الف -6 : نمایی از برنامه پردازش تصویر در حال کار. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   119
شکل الف-7 : نمایی از برنامه در حال فعال بودن نمودار هیستوگرام و انجام عمل اکولایز کردن120
شکل ب-1 :دو دستگاه مختصات الگو و تصویر در سیستم نوری نور ساختاریافته. . . . . . . . . .  123  .
شکل ب-2 : هندسه ساده سیستم نوری نور ساختاریافته.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     124
شکل ب-3 : هندسه مربوط به دوربین و پروژکتور . H نقطه ای از جسم است که توسط پروژکتور روشن شده است . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       126
شکل ب-4 : مدل pinhole  پروژکتور برای محاسبه پهنای خطوط . . . . . . . . . . . . . . . .      129


  مقدمه :

   نظر به گستردگی روز افزون استفاده از سیستم های هوشمند لزوم بکار گیری سیستم های بینایی اتوماتیک و یا نیمه اتوماتیک به منظور بدست آوردن ابعاد جسم بر کسی پوشیده نیست . در همین راستا در صنایع نیز در ایستگاههای بازرسی و کنترل کیفیت جهت بررسی دقیقتر میزان تطابق قطعه ی درحال تولید با قطعه مورد نظر ، از سیستم های بینایی استفاده می شود . بدین   وسیله علاوه بر مشخص شدن مورد خطا ، محل دقیق آن و میزان خرابی نیز مشخص می شود .
از جمله موارد کاربرد دیگر سیستم بینایی می توان به علوم نظامی ، پزشکی ، باستانشناسی ، راه و ساختمان و زمین شناسی و هدایت ربات اشاره کرد که روز به روز استفاده از سیستم های بینایی در آنها افزایش می یابد . سیستم های بینایی معمولی ، تنها به گرفتن یک تصویر دو بعدی از جسم اکتفا می کنند و قادر به تشخیص فاصله و یا ارتفاع و عمق نیستند . به همین دلیل و برای داشتن اطلاعات بیشتر از جسم ، محققان تلاش خود را بر روی بدست آوردن اطلاعات از بعد سوم      (محور Z) متمرکز کردند .
در راستای این تلاشها رهیافتهای متفاوتی جهت اسکن سه بعدی یک جسم ارائه شد . در این میان اسکنرهای تماسی مبتنی بر سنسورهای تماسی مکانیکی و اسکنرهای غیر تماسی مبتنی بر تکنولژی اپتیکی از جمله راه کارهایی هستند که محققان در پیش رو دارند . و در این میان راه کارهای اپتیکی به دلیل انعطاف پذیر بودن و هزینه قابل قبول ترجیح داده می شوند . ضمن اینکه در خیلی از موارد از دقت و قدرت بالاتری در مقایسه با تکنولژی تماسی برخوردار هستند .
 
در تحقیق انجام شده پس از بررسی انواع روشهای اپتیکی برای استخراج پروفایل سه بعدی ، یک سیستم نوری بر مبنای نور ساختاریافته کدینگ شده پس از بررسی روشهای کار شده در این   زمینه ، پیاده سازی می شود .
فصل اول به بررسی روشهای متفاوت استخراج مدل سه بعدی اشیاء می پردازد. علاوه بر آن کاربردهای مختلف بینایی سه بعدی ارائه می شود . در فصل دوم تکنیکهای مختلف کدینگ الگو در نور ساختاریافته بررسی می شود . در فصل سوم که آغازی برای پیاده سازی است با طراحی یک نوع کدینگ به طراحی یک الگو پرداخته می شود و پردازشهای لازم اولیه در تصاویر برای کشف رمزها توضیح داده می شوند . فصل چهارم با توضیح استفاده از شبکه عصبی برای تعیین کد رنگهای بدست آمده در ادامه به حل مسئله تطابق می پردازد و در نهایت یک بازسازی سه بعدی اولیه از جسم ارائه می دهد .  در نهایت در فصل پنجم به جمع بندی فصول گذشته پرداخته شده و پیشنهاداتی برای ادامه کار داده خواهند شد . در صفحه بعدی فلوچارتی از مراحل کلی کار آورده شده که به طور کلی نمایانگر مراحل کاری می باشد .