コンピューターステレオビジョン技術はサブミリメートル測定に適していますか？

私はオブジェクトを撮像し、この画像の特徴の高さをサブミリメートルの精度に導きたいプロジェクトを持っています（正確にはまだ正確にはまだ決定されていませんが、今のところ100分の1ミリメートルとしましょう） 。

私は、直接レーザー測距技術が適切でないことを以前にアドバイスされました

• 移動時間が短すぎるため、正確な計算を行うには精度が高すぎます
• マイナーな振動（装置の近くを歩く人など）は結果を混乱させます

私は約1000ドルで販売され、精度を達成できるが振動の問題に悩まされているレーザー装置を観察しました（これは問題ありません。装置を機械的に分離することも別の議論です）。

私は、より費用効果の高い結果を達成することを望み、ステレオビジョンを代替として考えました。この分野の初心者であるため、目的の精度を達成できるかどうかはわかりません。

（少なくとも）理論的には望ましい精度ですか？

このトピックをさらに説明するのに役立つ推奨論文またはリソースはありますか？

その他の注意事項

問題のオブジェクトは、約1/2 "正方形から約2 1/2"正方形までの範囲で、厚さが非常に薄い（1/16 "？）場合があります。機能はかなり荒いものになります（一般的に急激な移行）^{8月17日11:00}

「より難しい」興味深いオブジェクトの1つは、高さ1.25mmの約20mmの正方形です。問題の表面特徴は、私が見積もっている.1-.3mmのオーダーです。カメラの位置は、おそらく上記の6インチのオーダーになります。これにより、より良い洞察が得られますか？^{8月17日15時15分}

単一のプロファイル/レリーフ測定を実行するのではなく、オブジェクトの表面高さマップを生成しようとしています。全体的なプロファイルと同様に、オブジェクトの表面の特徴は非常に重要です。

ステレオイメージング

あなたが望む正確さ、そしてどれだけ近いかあなたがなりたいとの関係で必要な広い視野を考えると、私はステレオイメージは、あなたが何とかする必要があるので、挑戦するかもしれないと思う増幅あなたが測定しようとしているの違いを。

構造化照明

基本的にオブジェクトのプロファイルを測定しようとしている場合、単一の高解像度カメラと構造化照明を検討しましたか？

^{この画像のループ技術のおかげで、許可なく使用されていますが、できれば帰属表示で十分です。}

放牧角が浅ければ浅いほど測定できる精度は高くなりますが、サポートされる被写界深度は低くなるため、アプリケーションではニーズに合わせて最適化するか、システムを調整可能にする必要があります-500um、500-1500um用など）。ただし、この場合は、レーザーの位置を変更するたびにキャリブレーションする必要があります。

ちなみに、これを試す非常に安価な方法は、基本的なラインレーザーLEDを含む1 組のレーザーシザーを選択することです。

最後に、複数回サンプリングし、外れ値を拒否してから平均化することにより、振動の問題を取り除くことができます。しかし、より良い解決策は、試験装置全体を花崗岩のブロックに取り付けることです。これは、私が過去に使用したレーザーマイクロマシニングツールでうまく機能し、工場にある場合でも、ミクロンレベルの位置と焦点深度の精度が必要です。

エンベロープ計算の裏側。

水平から10度の入射角と、640x480の解像度と87 x 65mmの視野を持つカメラを想定します。サンプルのないポートレートフレームの一番下にビームを配置し、ビームを横切るようにサンプルを配置すると、最大高さが約15mmになり、補正されていない解像度が約24umになります。ピクセルごとに、線が画面を上っていきます。このセットアップでは、0.1mmの変動が位置の4ピクセルの変動として見えるはずです。

同様に、水平から2度の入射角を使用すると、最大高さが約3mm（Tan（2deg）* 87mm）になり、ピクセルあたり約4.7umの未補正の解像度が得られます。ピクセルジャンプ。ただし、これにはおそらくはるかに正確なラインレーザーが必要になります。

カメラが十分に近い場合、カメラの高さを使用して2回目のトリガー計算を実行し、ベースラインに対するラインの実際の位置を決定する必要がある場合があります。

また、絶対精度が必要でなく、局所的な再現性で十分な場合（たとえば、サンプルの平面度をプロファイルして特定の公差内に収まっていることを確認する場合）、レーザーラインの相対位置を確認できるだけであることに注意してください十分な。

ステレオシステムの精度は、ピクセルサイズによって制限されます。理論上ハイエンドのカメラは、そのような精度のために十分なピクセル密度が必要です。もちろん、カメラは較正する必要があり、オブジェクトはカメラに適度に近くなければなりません。

それはジオメトリに依存しますが、原則的には確かです。

オブジェクトには、あるカメラから別のカメラへの識別機能を一致させることができる十分な「テクスチャ」が必要です。そして、カメラは、画像に投影するときに0.01mmの奥行きの不一致が> 1ピクセルに相当する十分なピクセル数を持つ必要があります飛行機。

レンズの歪みをマッピングすることは、これらのスケールで通常行われるよりも大きな問題になる可能性があります。

非常に優れた解像度を得るには、安価で入手しやすいKeyenceのレーザー深度ゲージが最適です。動作し、比較的安価で、業界標準です。 http://www.keyence.com/products/measure/laser/laser.php

最も安価な2D光学技術は、ロンキールーリングを使用して「シャドーモアレ」システムを作成することです。数年前に光学技術者の指導を受けて、つや消し金属表面の小さな変形を測定するためのハンドヘルドデバイスをいくつか設計しました。約100ミクロン（0.1ミリメートル）の深さの変化をかなり容易に検出できました。正確には思い出せませんが、約10〜20ミクロンの深さの違いを検出できたかもしれません。フリンジパターンは解釈しやすく、便利な高さマップも提供します。

シャドウモアレテクニックの合理的な説明を次に示します。http： //www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn787/idn787.htm

Ronchiの裁定には約100ドルかかる場合があります：http : //www.edmundoptics.com/products/displayproduct.cfm?productid=1831

デバイス自体は、Ronchiルーリング（正確に配置されたラインを備えたガラスのスラブ）、ルーリングに対して一定の角度で取り付けられた光源、およびルーリングに対して正確な角度に設定されたビューイングチューブで構成されます。デバイスは表面に直接接触するように配置されましたが、非接触デバイスを作成することもできます。

デバイスをまとめて調整したら、キャリブレーションが必要になります。1ミリメートルあたりの予想されるフリンジの数が何であっても、数学に従っている場合でも、それを調整する必要があります。キャリブレーションには、薄いゲージブロックを使用しました。最も薄いのは、既知の厚さ1/2ミル（0.0005インチ、約12.5ミクロン）のマイラーシートです。ゲージブロックが罫線の一方の端の下に隠れた状態で、罫線付きのデバイスを平らな半反射面に置きます。これにより、一連のフリンジが生成されます。ゲージブロックの高さと罫線の長さはわかっているので、小さな三角法を使用して、ミリメートルあたりの縞の数を計算できます。

1台のカメラでのレーザー三角測量もオプションですが、一般的に最初に表示されるよりもはるかに複雑です。レーザー三角測量を使用して約0.1mmの深さ精度を達成するには多くの作業が必要になる可能性があり、かなりの数の落とし穴が関係しています。

高精度の表面スキャンを行うには、共焦点顕微鏡に基づいた非常に優れたシステムを購入するために最大10万ドルを費やすことができます。彼らは邪悪です。 http://en.wikipedia.org/wiki/Confocal_microscopy

理論的には、あなたを止めるものは何もありません。ただし、この規模で現れる少なくとも2つの画像キャプチャの問題を考えることができます。私は顕微鏡の問題の専門家ではありません。ここにいくつかの問題があります。

• 視線に沿った深度の変化は、カメラからオブジェクトまでの距離と比較されますか？縮尺の正射投影の制約下では修正が簡単ですが（オブジェクトからカメラまでの視線に沿った距離に比べてオブジェクトの深さの変化はわずかです）、これは望ましい詳細を提供しません。そのため、カメラはオブジェクトに非常に近づける必要があります。

• オブジェクトのサイズと比較して、ベースラインはどうなりますか？広いベースラインは難しいですが、狭いベースラインには良いテクニックがあります。この規模では、互いに近い2台のカメラを物理的に特定するのは難しいようです。

（この回答はこのサイトではトピック外ですが、OPを支援するためにこの回答を投稿しています）

編集：以下の私の計算は、画像全体の水平および垂直測定用です。ステレオベースの深度推定には有効ではありません。ステレオベースの深度推定の有効な計算については、Martin Thompsonの回答を参照してください。

ウィキペディアによると、共焦点レーザー走査顕微鏡は表面プロファイリングに役立ちます。

10μm（100分の1ミリメートル）は、あらゆる種類の顕微鏡装置の有用性の出発点です。これは、デジタルイメージングデバイスの有用性（ピクセルあたり約100μm、おそらく10〜20 cmの距離）を1桁下回っているからです。

私の仮定は次のとおりです。

• 物体からの距離：15cm
• 視野：10cm
• ピクセル単位の画像幅：3000
• 生解像度：30ピクセル/ mm
• 正しく焦点が合っていると仮定し、ノイズ、光学系、圧縮アーチファクトが原因で、
  • （点広がり関数）オブジェクトは最大5ピクセル離れてぼやける場合があります
• 推定解像度：6ピクセル/ mm（160μm）

とはいえ、必要な機械加工精度で、レーザー、光学部品、イメージングコンポーネント（および非常に重要なエンクロージャー）を構築することは重要です。貧乏人の共焦点レーザー走査顕微鏡を構築することが実現可能かどうかはわかりません。（私もそのようなマシンの中古価格を知りません。）

このような解像度では、特殊な光源（構造化された光、レーザーなど）の助けを借りずにステレオビジョンだけで「テクスチャーの欠如」の問題が発生します。

理論的には可能です。実際には...非常に高解像度のステレオカメラといくつかの数式を計算する必要がある難しい問題のようです。

具体的には、最低限必要な最小解像度のステレオカメラを把握するために、少なくとも数学の方程式を考え出す必要があります。次に、必要な測距アルゴリズムの種類と、測定する計算値を測定するために必要な品質メトリックがどれだけ必要かを把握する必要があります。

しかし、結論としては、理論的には、ステレオカメラを使用してサブミリの範囲を測定することは可能です。

私は過去の生活の中で計量学で働いてきました。これと同様のシステムは、立体視を使用し、約1ミクロンの精度（サブピクセル精度）を達成すると主張しています。

レーザースキャナーとエンコーダーを使用したソリューションは、別のソリューションになります。

私の仕事はそれらのシステムをテストすることでした。所望の精度を確実に達成することはできませんでした。実際、ほとんどのベンダーは人為的に数を増やしていました。

顕微鏡に行くことをお勧めします。自動化された方法は、必要な精度の達成を制限する多数の要因に大きく依存しています。航空宇宙産業では、部品の測定にCMMを使用していますが、これは100k $を大きく上回り、気圧と湿度が制御された温度制御室でそのような精度を達成するのに苦労しています。また、これらのシステムには磨耗があり、常に再調整する必要があります。

$cameras can sell for over 100k$