Multi-mirror system for high-speed camera monitoring applications

• Autorzy: Garbacz P. , Czajka P.

Warianty tytułu

PL

System monitorowania procesów wykorzystujący szybką kamerę i wielozwierciadlany układ optyczny

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Non-contact measurement methods that uses high-speed cameras are now becoming fundamental tools in research laboratories and are playing a key role in analysing and troubleshooting manufacturing processes. A common requirement in monitoring applications is the capability to observe objects and scenes simultaneously from different points of view. Multi-camera array systems is one of the solutions, but due to synchronization aspect and high cost of implementation, other possibilities are being sought. In many cases, a suitable method can be a catadioptric system connected with a single high-speed camera. In this solution, a combination of refractive (lenses) and reflective (mirrors) components are used. This enables one to observe a number of surfaces of the analysed object from different points of view, including orthogonal or even opposite directions. This paper presents the capability of a high-speed camera vision system with a multi-mirror lens set-up that enables simultaneous observation of an object from eight different points of view. The proposed technique has advantages and drawbacks, and they are described in detail.

PL

Bezkontaktowe metody pomiarowe, w których wykorzystywane są ultraszybkie kamery cyfrowe, znajdują coraz szersze zastosowanie w badaniach laboratoryjnych i diagnostyce technicznej, m.in. do przeprowadzenia inspekcji obiektów technicznych w warunkach niestacjonarnych oraz monitorowanie procesów technologicznych o dużej dynamice. Jednym z problemów monitorowania złożonych zjawisk w procesach eksploatacji jest potrzeba jednoczesnej obserwacji z różnych kierunków, co umożliwiają systemy wielokamerowe. Istotnym ograniczeniem w przypadku systemów wykorzystujących szybkie kamery jest bardzo wysoki koszt implementacji, a także konieczność zapewnienia dokładnej synchronizacji akwizycji obrazów. W wielu przypadkach rozwiązaniem problemu może być zastosowanie systemu katadioptrycznego, którego zasada działania polega na wykorzystaniu odpowiedniego układu soczewek i zwierciadeł realizującego podział toru wizyjnego i uzyskanie obrazów z różnych punktów odniesienia. Systemy katadioptryczne umożliwiają analizę wielu powierzchni obiektu w trybie współbieżnym, rejestrowanych z ortogonalnych lub nawet przeciwsobnych punktów widzenia. W artykule zaprezentowano możliwości systemu wykorzystującego szybką kamerę oraz wielozwierciadlany układ optyczny, który umożliwia obserwację obiektu z ośmiu różnych punktów odniesienia. Opisane zostały wady i zalety proponowanej metody akwizycji obrazów.

Słowa kluczowe

EN

high-speed imaging; multi-mirror system; catadioptric system

PL

szybka kamera; lustrzany układ optyczny; system katadioptryczny

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2013
• Tom: nr 2
• Strony: 117--128
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys.

Twórcy

autor

Garbacz P.

• Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, Radom

autor

Czajka P.

• Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, Radom

Bibliografia

• 1. Horst Cz.: Handbook of Technical Diagnostics: Fundamentals and Application to Structures and Systems. Springer, 2012, p. 8.
• 2. Southern Vision Systems: High-Speed Cameras for Equipment Troubleshooting, http://www.atlantic-international.org.
• 3. Bickett A.: Catadioptric Stereo For Robot Localization. CSE 252C Project, University of California, San Diego, USA.
• 4. Basevi H., Guggenheim J., Dehghani H., Styles I.: Simultaneous multiple view high resolution surface geometry acquisition using structured light and mirrors. Optics Express, Vol. 21(6), 2013, pp. 7222–7239.
• 5. Gurrieri L., Dubois E.: Acquisition of omnidirectional stereoscopic images and videos of dynamic scenes: a review. Journal of Electronic Imaging, Vol. 22(3), 2013.
• 6. Tasora A., Prati E., Silvestri M.: Revolute joints with clearance and impacts: image analysis of high-speed camera recordings. Universit`a degli Studi di Parma, Parma, Italy.
• 7. Orghidan R.: Catadioptric Stereo based on Structured Light Projection. PhD Thesis, Universitat de Girona, Girona, Spain, 2005, p. 29.
• 8. Garbacz P., Giesko T.: Concept of binocular stereo vision system for inspection of surfaces. Problemy Eksploatacji 4/2010, pp. 193–205.
• 9. Gluckman J., Nayar S.: Catadioptric Stereo Using Planar Mirrors. International Journal of Computer Vision, Vol. 44(1), 2001, pp. 65–79.
• 10. Gluckman J., Nayar S.: Rectified Catadioptric Stereo Sensors. The IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 24(2), 2002, pp. 224–236.
• 11. Zhu J., Li Y., Ye S.: Design and calibration of a single-camera-based stereo vision sensor. Optical Engineering, Vol. 45(8), 2006.
• 12. Maas H.: Concepts of single high speed-camera photogrammetric 3D measurement systems. SPIE Proceedings, Vol. 6491, 2007.
• 13. Cyganek B., Siebert J.: An Introduction to 3D Computer Vision Techniques and Algorithms. John Wiley & Sons, United Kingdom 2009.
• 14. Information materials from Opto Engineering company
• 15. http://www.opto-engineering.com.
• 16. Information materials from Vision Research company
• 17. http://www.visionresearch.com.
• 18. PengFei H., ZhaoHui Y., XiWen Z.: Study of dynamic hydrophobicity of micro-structured hydrophobic surfaces and lotus leaves. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy, Vol. 54(4), 2011, pp. 675–682.
• 19. Manzello S., Yang J.: An experimental study of a water droplet impinging on a liquid surface. Experiments in Fluids, Vol. 32, 2002, pp. 580–589.
• 20. Garg K., Krishnan G., Nayar S.: Material Based Splashing of Water Drops. Proceedings of Eurographics Symposium on Rendering, 2007.
• 21. Ding Y., Li F., Ji Y., Yu J.: Dynamic Fluid Surface Acquisition Using a Camera Array. Computer Vision (ICCV), 2011, pp. 2478–2485.
• 22. Garbacz P.: Analiza niepewności pomiarów w stereowizyjnym układzie obserwacji. Problemy Eksploatacji 4/2011, pp. 79–90.
• 23. Zhang Z.: Camera Calibration with One-Dimensional Objects. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 26, No. 7, 2004, pp. 892–899.