Стерео веб камера своими руками

Россияне создали сверхдешевую 3D-камеру. Видео

3D-камера своими руками

Команда российских разработчиков из стартапа «Виртуриал», известного своим микроконтроллером Virt2real и дистанционно управляемым автомобилем объявила о начале сбора денежных средств по принципу краудфандинга на реализацию проекта StereoPI, в рамках которого поддержавшие его смогут получить набор компонентов для самостоятельной сборки стереоскопической камеры.

Цена набора, ориентированного в первую очередь на индивидуальных покупателей-энтузиастов – DIY (Do it yourself – «сделай сам»), в зависимости от комплектации в данный момент составляет от $69 до $199. Как отмечают разработчики, стоимость аналогов может варьироваться от $259 до $695.

Ключевым звеном StereoPI является одноименная плата расширения с открытой архитектурой для вычислительного модуля широко известного миниатюрного компьютера Raspberry PI. Она обеспечивает подключение к устройству сразу двух камер, что при правильном их расположении в пространстве позволяет получить трехмерную картинку. Захватываемый в реальном времени видеосигнал можно транслировать в сеть, обрабатывать «на лету» или записывать на внешний носитель. Решение может найти применение в робототехнике, системах компьютерного зрения, виртуальной и дополненной реальности (VR/AR).

С момента старта сбора средств 30 января 2019 г. на базе площадки Crowdsupply привлечено $11,6 тыс. из $35 тыс. необходимых для достижения цели, причем по итогам первых 24 часов кампании пользователи платформы внесли более $10 тыс., сделав порядка 60 заказов.

Поставку предоплаченных заказов планируется начать 31 марта 2019 г.

Спецификации и варианты поставки

Плата выпускается в двух вариантах исполнения: стандартном (standard) и тонком (slim) стоимостью $89 и $69 соответственно. Стандартный вариант подразумевает наличие на плате коммуникационного разъема RJ45 под Ethernet, интерфейса ввода-вывода общего назначения (GPIO) и двух портов USB Type-A. Slim-версия устройства их лишена в угоду компактности и дешевизне: ее габариты составляют 90 х 40 х 15 мм против 90 х 40 х 23 мм стандартной.

Вне зависимости от варианта исполнения на плате StereoPI можно найти цифровой выход HDMI, два коннектора CSI-2 для подключения камер, слот для карт памяти microSD, пятивольтовый разъем питания, четырехконтактный USB-разъем, выключатель питания и, наконец, SODIMM-коннектор для установки Raspberry Pi Compute Module – подойдет любая его версия, в том числе последняя.

Покупателям также доступны наборы, включающие все необходимое для немедленного начала разработки с использованием StereoPI. Так, в StereoPI Starterkit стоимостью $125 помимо собственно платы в стандартном исполнении входят: две камеры Raspberry Pi V1 с 20 см плоскими кабелями, вычислительный модуль Raspberry Pi Compute Module 3 Lite, один USB-кабель питания, два кабеля питания, крепление для камер типа V1/V2, крепление для широкоугольных камер, а также microSD-карта с образом операционной системы и демонстрационными проектами.

За $199 можно приобрести StereoPI Deluxekit, включающий в дополнение ко всему вышеперечисленному две широкоугольные (160 градусов) камеры.

Поскольку «сердцем» StereoPI является Raspberry Pi, с устройством рекомендуется использовать Raspbian – официальную ОС на базе GNU/Linux для этой аппаратной платформы.

Стереоскопическая съемка и области ее применения

Стереоскопическая камера работает сходным с человеческим зрительным аппаратом образом: два объектива располагаются на расстоянии около 64 мм друг от друга. При одновременном открытии затворов одна и та же сцена запечатлеется под разными углами – для левого и правого глаза. При демонстрации заснятой сцены по специальной технологии (при помощи гарнитуры виртуальной реальности, к примеру) каждый глаз зрителя видит только предназначенную для него часть стереопары, а мозг наблюдателя воспринимает эти изображения как одно объемное целое.

Кроме того, применяя математические методы возможно восстановить информацию о глубине каждой точки плоского изображения, то есть расстояния от стереокамеры до соответствующей точки реальной сцены. Полученные таким образом данные можно использовать для построения так называемых карт глубин, важность которых при разработке беспилотников и роботов сложно переоценить – они позволяют обнаруживать препятствия на пути движения и своевременно их обходить.

Источник

Стереосъемка

Первые опыты стереоскопической съемки были предприняты почти сразу с появлением фотографии. Считается, что первый опыт предпринял Мозер в 1844 году. Принцип действия двухобъективного стереофотоаппарата в 1849 году описал физик Брюстер. В 1850 г. Милле и в 1852 г. Дансер изготавливают фотокамеры для съемки на дагерротипных пластинках. Впервые в России стереоскопический фотоаппарат был разработан И. Ф. Александровским в 1854 г.

Пока не встал вопрос о быстрой съемке серии кадров, переделка обычного аппарата в стереоскопический сводилась к установке в объективную доску вместо одного двух объективов, а внутрь аппарата — перегородки, делящей фотопластинку на две части.

Для получения стереоснимков с неподвижных объектов всегда можно воспользоваться одним аппаратом и сделать два снимка, сдвинув его на базовое расстояние.

Если угол зрения объектива примерно соответствует углу зрения глаза, то и сдвиг аппарата должен соответствовать расстоянию между глазами. Для стереосъемки можно воспользоваться и двумя одинаковыми аппаратами. Однако если они имеют достаточно большие габариты, то их трудно будет поместить столь близко к другу, чтобы базовый отрезок несущественно превышал расстояние между глазами. С развитием миниатюризации появились специализированные фотоаппараты. Листая фотоежегодник 100-летней давности (1907 года), я обнаружил, что больше половины рекламных полос отведено именно стереофотоаппаратам.

В советское время для стереосъемки выпускались специальные фотоаппараты: ГОМЗ-стерео, Спутник, Чайка-стерео, Смена-стерео, ФЭД-стерео.

Спутник — на базе Любителя, создание специального аппапата вместо использования двух позволило сэкономить на одном из объективов видоискателя и использовать одну, а не две пленки.

Чайка-стерео, Смена-стерео, ФЭД-стерео, на базе одноименных аппаратов. По сравнению с парой аппаратов, закрепленных на одном штативе и снабженных сдвоенным спусковым тросиком, эти конструкции позволяли сэкономить на пленке и сделать стереобазу близкой к расстоянию между глазами.

Выпускались также насадки на дальномерные и зеркальные фотоаппараты, позволявшие получить стереопару на одном кадре, разделенном пополам. Мода на стереофотографию, на мой взгляд, в значительной степени коррелирует с модой на диапозитивы, поскольку было придумано множество стереоскопов, и более эффектными оказались системы, работающие с прозрачными материалами. Так, в 60-е годы, когда появились массовые общедоступные диапозитивные пленки ORWO, появилась и масса всевозможных стереоскопов.

В цифровой фотографии основным способом просмотра отснятых изображений пока является экран компьютера, который по физической сути, безусловно, ближе диапозитиву, чем к отпечатку. В дальнейшем я попытаюсь применить известные приемы стереосъемки к цифровой фотографии. Стереокомплект фотографический СКФ-1

«Стереокомплект фотографический СКФ-1 (стереокомплект) предназначен для получения фотолюбителями стереоскопических снимков на обращаемых цветных и черно-белых пленках с помощью фотоаппарата «Зенит»с объективами типа «Гелиос-44» и просмотра стереоскопических снимков в диапозитивных рамках размерами 50×50 см».

Если у вас есть цифровой фотоаппарат с полноразмерной матрицей типа Canon 1 Ds, вы можете прямо установить на него этот стереокомплект, либо ввернув через переходник EOS — M42 объектив Гелиос 44, и на него штатным образом стереонасадку, либо установив стереокомплект на объектив Canon 50 мм через переходное кольцо для светофильтров, понижающее резьбу с М58 на М52.

Однако сегодня наиболее массовыми являются камеры с размером кадра 21×15 мм. В этом случае при установке стереонасадки центры полукадров будут существенно смещены к краям, и область, на которой содержатся одни и те же объекты, окажется крайне маленькой. Таким образом, для получения стереопары можно использовать только маленькую часть и так уже меньшего, чем пленочный, кадра. При использовании объектива с фокусным расстоянием 50 мм полукадры будут выглядеть так, будто они сняты объективом с фокусным расстоянием более 100 мм на 35 мм камеру. Я уже не говорю о том, что будет использоваться незначительная часть матрицы и поэтому будет существенная потеря разрешения. Кроме того, подобная система страдает существенным виньетированием краев полукадра.

Стереонасадки выпускались двух конструкций: сделанные из зеркал или из призм. Стереонасадка СКФ 1 имеет зеркальную конструкцию, причем предусмотрена юстировка зеркал. Подкрутив юстировочные винты, можно добиться совпадения положения объектов в обоих полукадрах, даже снятых на матрицу размером 15×21 мм. И можно попытаться воспользоваться более короткофокусным объективом. Я попытался использовать объектив Мир-1 с фокусным расстоянием 35 мм. При этом корпус удерживал насадку слишком далеко от передней линзы объектива. Поэтому от стандартного крепления пришлось отказаться и сделать собственное.

Существенной проблемой при работе со стереонасадкой является невозможность варьировать в широком диапазоне диафрагмы. При полностью открытой диафрагме полукадры перекрываются, а при закрытой диаметр отверстия становится сопоставимым с ребром призмы, разделяющей изображение, и черная полоса посередине кадра занимает почти всю его площадь. Для объектива с фокусным рассоянием 50 мм рабочий диапазон диафрагм колеблется от F:4 до F:8. Оптимальный результат получается при диафрагме F:5,6.

Результаты съемки можно увидеть в галерее в приложении к этой статье. При съемке на 6 Мп камеру Canon EOS D60 размер полукадров с допустимыми искажениями был менее 3 Мп.

Очевидно, что стереокамера, собранная из двух даже 3 Мп цифровых камер, должна давать лучший результат. Стереокамера из двух камер Casio QV 4000

В первом случае две камеры крепились на стальной рельс с помощью штативных гаек, синхронизация аппаратов осуществлялась путем синхронного нажатия на кнопки двух пультов дистанционного управления, при желании у них можно сделать общую спусковую кнопку. Запустить две камеры от одного пульта, вероятно, не удастся, поскольку в данной модели пульты общаются с камерой через последовательный интерфейс. Если у вас камеры с ИК пультами дистанционного управления, то хватит и одного. Если пульты управляют камерами просто замыканием контактов, как у зеркальных камер Canon и камер Minolta, то можно просто подсоединить провода к разъемам двух аппаратов и замыкать их одним выключателем. Надо иметь в виду, что если вы не отказались от автоматики, то камеры перед съемкой производят автофокусировку и замер экспозиции.

Неочевидно, что они это делают одинаково быстро, поэтому чтобы получить синхронные кадры, надо предварительно зафиксировать фокусировку и экспозицию (нажать кнопку на аппарате наполовину), убедиться, что камеры выбрали одинаковую выдержку и диафрагму, и только после этого полностью нажимать кнопку. В этом случае есть надежда, что кадры будут сняты практически одновременно. Стереосъемка оказалась хорошим тестом настройки фотоаппарата. Тестированные мной камеры Casio при наводке на один объект при фиксированной диафрагме выбирали чуть разное значение выдержки. Однако при этом кадры по плотности получались ближе, чем если принудительно задать одинаковую выдержку. Из этого можно сделать следующие выводы. Либо чувствительность матриц несколько различается, и она учитывается автоматикой камеры, либо никто реально не калибровал значения выдержки, выводимые на дисплей. И хотя одна камера индицирует выдержку 1:100 с, а другая — 1:125, на самом деле они одинаковы и равны, например, 1:112 и 1:113 с.

В качестве другого способа крепления была использована пластина с двумя отверстиями, в которые вставлялись объективы камер и зажимались адаптерами для оптических насадок. Эта конструкция не позволяет изменять базу стереосъемки , но зато дает возможность легко переходить от горизонтального к вертикальному положению аппарата.

Результаты съемки опять же в галерее в приложении к этой статье. Стереосканограммы

Сканер позволяет получить неплохие стереопары монет, если при сканировании объект расположить сперва у правого края стекла, а затем у левого. Как мы неоднократно показывали, сканер классической схемы (не CIS) смотрит на объект под разными углами, зависящими от положения предмета на стекле, поэтому можно при сканировании посмотреть на объект, как справа, так и слева.

Чуть подробнее остановлюсь на стереопарах и на технологии получения стереоизображения на экране компьютера и на отпечатке для просмотра с помощью цветных очков, так называемый анаглифный метод.

Анаглифия (от греческого — рельефный) — полиграфический способ получения стереоскопического изображения путем наложения одного на другой (с некоторым смещением) двух цветных изображений (обычно сине-зеленого и красного), представляющих собой стереопару. Для получения такой пары объект фотографируют со смещением базы; с полученных двух фотоснимков изготовляют печатные формы и печатают с одной из них сине-зеленой, а с другой красной красками. При печати изображения стереопары накладывают со смещением одно на другое. Полученный оттиск рассматривают через очки с сине-зеленым и красным светофильтрами, получая одно объемное изображение. Это происходит потому, что через сине-зеленый светофильтр глаз видит только красное изображение, как серо-черное, а через красный — только сине-зеленое, как серо-черное. В результате глаза увидят два серо-черных изображения различной перспективы, что и обусловит их объемное восприятие.

Анаглифный метод предложен Д’Альмейда и Дюко дю Ороном в 1858 г. Реализован в кино Луи Люмьером в 1935 г.

Если объединить правый и левый снимок в одном кадре, после записать его, сохранив в формате JPEG, и изменить расширение с JPG на JPS (в JPEG стерео), то файл данного формата будет восприниматься многими программами, которые могут автоматически его преобразовать для просмотра самыми разными способами. Это могут быть цветные очки (анаглифный метод, см. отступление), мерцающие очки, которые открывают то один, то другой глаз, призматические очки, которые позволяют скосить глаза, так чтоб каждый из них видел только свое изображение.

Наиболее известными из свободно распространяемых программ являются: StereoPhoto Maker (он, кстати, может работать и с парой отдельных, левых и правых изображений), DepthCharge Viewer, StereoPhotoViewer Applet. Последние две программы позволяют встраивать стереоизображение в web-страницы, однако первая требует установки соответствующего Browser Plug-In размером около 4 Мб, а вторая — поддержки браузерами языка Java. Какой из вариантов окажется более удачным на вашем браузере, я предсказать не могу, и привожу галерею для просмотра через обе эти системы. У меня на компьютере оба варианта видны через Internet Explorer 6.0, Netscape 7.1 и Opera 8 Beta.

О возможностях StereoPhoto Maker предлагаю судить по приведенному снимку экрана.

Это одна из лучших свободно распространяемых программ для преобразования стереопары как представленной в виде правого и левого снимка, так и в виде одного файла, содержащего оба изображения в формате JPS. Программа может очень многое и заслуживает отдельной статьи, но всем, кто интересуется стереофотографией, стоит ее скачать и изучить самостоятельно. Стереофото

Галерея 1

Анаглифы. Для просмотра нужны цветные очки. Перед левым глазом красный фильтр, перед правым голубой. Очки можно купить, сделать самому или дождаться выхода восьмого номера журнала iXBT.com и купить его. Очень надеюсь, что нам удастся вложить очки в этот номер.

Галерея 2

DepthCharge Viewer. Для просмотра нужны очки. Нажав правую кнопку мыши, можно преобразовать изображение практически под любой тип очков. Возможно маштабирование. Желательно перед просмотром скачать и установить DepthCharge Browser Plug-In.

Галерея 3

StereoPhotoViewer Applet практически аналогичен по возможнастям предыдущему, но если ваш браузер поддерживает Java, то установка дополнительного программного обеспечения не требуется. Программа позволяет рассматривать и фрагменты снимков.

Источник