بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله روشی جهت تبدیل یک تصویر دوبعدی به یک تصویر حاوی اطلاعات در سه بعد میپردازیم. اطلاعات بعد سوم همان اطلاعات عمق میباشد که با استفاده از تاری دیفکوس استخراجشدهاند . برخلاف بسیاری از روشهای گذشته که در استخراج عمق نیاز به دو یا چند عکس از یک صحنه میباشد.
در این روش تنها نیاز به یک عکس از صحنه است. که خود باعث افزایش دقت عملکرد میباشد. زیرا تغییر نورپردازی در دو تصویر دیگر مشکلساز نمیباشد. همچنین درروش پیشنهادی نیازی به دانستن اطلاعات دوربین ازجمله فاصله کانونی نمیباشد. در این روش تصویر ورودی اندازهی مشخصی مات میشود. با استفاده از نسبت تعریفشده حاصل از تقسیم تصویر ورودی به تصویر مات شده، میزان ماتی در لبههای تصویر استخراج میشود. سپس با استفاده از درونیابی نقشه کامل عمق2 ترسیم میگردد.
-1 مقدمه
بازیابی عمق تصویر یکی از تحقیقات مهم در حوزه بینایی کامپیوتر میباشد. یکی از راههای رسیدن به اطلاعات 3بعدی از یک تصویر 2بعدی استخراج عمق تصویر میباشد. که بعد سوم عمق تصویر است. در سالهای اخیر این مهم کاربردهای زیادی در زمینهها مختلف ازجمله پزشکی، رباتیک، کنترل از راه دور، صنایع دفاعی ، هدایت و کنترل مسیر وسایط نقلیه ، جهتیابی داشته است. روشهای متعددی جهت استخراج عمق تصویر وجود دارد. ازجملهی این روشها استفاده از دو دوربین میباشد. روش دیگر در تخمین عمق استفاده از یک دوربین است. که این روش به دودسته تقسیم میشود؛ یکی با استفاده از فوکوسDFF3 و دیگری با استفاده از تاری دیفکوس DFD4میباشد.
راهکار دو دوربین یا دوچشمی که از آن بهعنوان روش استریو5 نیز نام میبرند2]و[4، به معنی استخراج و تخمین عمق با استفاده از میزان عدم تطابق بین دو تصویر از یک صحنه میباشد. اگرچه این روش ساده به نظر میرسد ولی در عمل مشکلاتی دارد؛ یکی اینکه دو دوربین با شرایط یکسان موردنیاز میباشد همچنین تنظیم و تثبیت زاویه تصویربرداری امری مهم تلقی میشود؛ که تأثیر زیادی در دقت عملکرد دارد. پیچیدگی در استخراج ویژگی یکی دیگر از معایب این روش میباشد.
روش استخراج عمق با استفاده از فوکوس، ایجاد یک ارتباط بین فوکوس در تصویر و عمق شی میباشد.[6] سطوح مختلفی که عمق اشیا در تصویر ایجاد میکنند از فوکوسهای متفاوت ایجاد میشود. ضعف این روش در این است که نیاز به تعداد زیادی تصویر از یک صحنه میباشد.
استخراج عمق با استفاده از تاری دیفکوس اولین بار توسط Pentland ارائه شد1]و. [5 این روش یک راهکار مؤثر جهت استخراج عمق میباشد. در بسیاری از روشهایی که از تاری دیفکوس استفاده کردهاند پارامترهای دوربین یکی از پارامترهای موردنیاز جهت محاسبه عمق تصویر میباشد.
همچنین به دو یا چند عکس از یک صحنه در شرایطکاملاً یکسان با پارامترهای متفاوتی از دوربین که هرکدام میزان تاری متفاوتی دارد نیاز است؛ که این موضوع کار را کمی دشوار میسازد. درروش ارائهشده بهمنظور استخراج عمق تصویر که همان تبدیل یک تصویر دوبعدی به سهبعدی می-باشد، تنها یک تصویر از صحنه نیاز است. در ضمن نیازی به دانستن پارامترهای دوربین جهت محاسبات نمیباشد. در این روش با اعمال یک میزان تاری دلخواه به تصویر و مقایسه آنها از یک تصویر دوبعدی، یک نقشه عمق که حاوی اطلاعاتی در سه بعد میباشد استخراجشده است.
-2 ساختار تاری دیفکوس در تصویر
ابتدا به چگونگی تشکیل تصویر در مقابل عدسی یک دوربین میپردازیم. مطابق با شکل - - 1، هنگامیکه یک جسم در فاصله p از یک عدسی با فاصله کانونی f قرار دارد - O1 - ، تصویر آن در فاصله q در طرف مقابل عدسی تشکیل میشود. بهبیاندیگر نور بازتابی از یک جسم درفاصله p، در یک نقطه در فاصله q روی سنسور تشکیل میشود که این تصویر بدون هیچ ماتی به نظر میرسد.
فاصلهی کانونی f، فاصلهی لنز تا محل برخورد بازتابهای نور است. اگر تصویر جسم بر روی فیلم یا سنسور تشکیل شود، فوکوس بر روی جسم انجام میگیرید. حال اگر مطابق شکل 1، جسم O2 در فاصله d از عدسی قرار داشته باشد که در خارج از فاصله کانونی قرار دارد، تصویر هر نقطه ی آن بهصورت یک دایره مات coc6 بر روی سنسور تشکیل میشود. قطر این دایره را c مینامیم.
در تصویر فوق N اندازه دریچه دیافراگم میباشد. هر چه فاصلهی تشکیل تصویر جسم از فیلم یا سنسور بیشتر گردد، تاری بیشتر میشود. با استفاده از میزان ماتی استخراجشده از لبههای تصویر، میتوان عمق اشیا را در تصویر تخمین زد.
شکل : - 1 - نحوهی تشکیل تصویر بر روی سنسور
میزان ماتی را به این صورت مدل میکنیم که تصویر اصلی را در تابع انتشار ماتی - - PSF ضرب کنیم. در اینجا تابع انتشار ماتی را تابع گوسی در نظر میگیریم که میزان انحراف از معیار را بهصورت زیر تعریف میکنیم.
-2 روش ارائه شده
روش ارائه شده در این مقاله برگرفته از روش پیشنهادی مقاله [7] میباشد.در زیر گامهای اصلی به ترتیب ذکرشده اند.
گام -1 تصویر ورودی لبه یابی میشود.
گام -2 تصویر ورودی در یک کرنل گوسی ضرب میشود و بهاندازه ماتتر میشود.
گام -3 با تقسیم تصویر اصلی به تصویر مات شده یک نسبت تعریف میشود.
گام -4 با استفاده از خروجی مرحله الف و ج نقشه اولیه عمق استخراج میشود.
گام -5 با استفاده از نتیجهی حاصل از مرحله دو لاپلاسین تصویر ورودی یک تابع هزینه7 بهینه میشود.
گام -6 نقشه سهبعدی عمق با ابعاد تصویر اصلی و عمق تصویر بین سطوح خاکستری 0 تا 128 حاصل میگردد.
حال به توضیح مراحل انجام کار میپردازیم. در لبه یابی تصویر ورودی لبه یابی موردبررسی قرار گرفت که استفاده از روش canny نتیجه بهتری را حاصل کرد. سپس با اعمال یک فیلتر میانه نویز ناشی از لبه یابی را بهبود بخشیدیم
شکل - : - 2 بررسی انواع روشهای لبه یابی و اثر فیلترگذاری- الف - تصویر اصلی، ب-ه - خروجی حاصل از لبه یابی و بعد از فیلتر میانه در گام بعدی جهت انجام روش ارائه شده بایستی تصویر ورودی در یک کرنل گوسی ضرب شود که نتیجه این عمل مات شدن تصویر به اندازه 0 میباشد.
0 میزان انحراف معیار استاندارد تصویری است که در کرنل گوسی ضرب شده است. نسبت اندازهی گرادیانها از رابطه زیر محاسبه میشود.
