멀티 카메라 라이트 필드 영상을 통해 3D 흐름 필드를 결정하는
Summary
유체 흐름의 범위에 대한 양적 입체 (3D) 영상을 수행하기위한 기법 제공됩니다. 라이트 필드 영상의 영역에서 개념을 사용하여, 우리는 이미지의 배열에서 3D 볼륨을 재구성. 우리 3D 결과는 속도 필드와 다중 상 기포 크기 분포를 포함하는 광범위한 걸쳐.
Abstract
유체 역학의 분야에서, 계산 제도의 해상도는 실험 방법을 능가하고 유체 흐름의 예측과 관찰 현상 사이의 격차를 확대하고 있습니다. 따라서, 필요가 문제의 범위에 대한 입체 (3D) 데이터 세트를 해결 할 수있는 접근 방법으로 존재합니다. 우리는 흐름 분야의 많은 종류의 양적 3D 이미징을 수행하기위한 새로운 기술을 제시한다. 3D 기술은 복잡한 속도 필드와 거품이 흐름을 조사 할 수 있습니다. 이러한 유형의 측정은 악기에 도전 다양한 제시한다. 예를 들어, 광학 조밀 거품 다상 흐름은 쉽게 관심의 볼륨의 내부 지역에 광 액세스를 occluding 거품으로 인해 기존의 비 침습적 유동 측정 기법으로 이미징 할 수 없습니다. 라이트 필드 이미징을 사용하여 우리는에도 불구하고, 때마다 예를 들어, 3D 입체지도를 재구성하는 카메라의 배열에 의해 캡처 된 이미지를 reparameterize 할 수 있습니다볼륨의 부분 occlusions. 기술은 3D 초점 스택이 여러 카메라에서 이미지를 결합하면 1 포스트 캡처에 의해 생성된다 합성 개구 (SA) 환기 시켰을,로 알려진 알고리즘을 사용합니다. 라이트 필드 이미징은 각뿐만 아니라 가벼운 선에 대한 공간 정보의 캡처를 허용하고, 따라서 3D 장면을 재구성 할 수 있습니다. 양적 정보는 처리 알고리즘의 다양한 사용하여 3D reconstructions에서 추출 할 수 있습니다. 특히, 우리는 3D 입자 이미지 velocimetry (PIV)를 수행 3D 분야에서 거품을 추출하고 깜박 거리는 불꽃의 경계를 추적하기위한 가벼운 필드 이미징에 따라 측정 방법을 개발했습니다. 우리는 합성 보컬 폴드의 집합으로 통과 공기 흐름의 3DPIV을 수행하기위한 우리의 설치의 맥락에서 라이트 필드 이미징 방법론의 기초를 제시하고, 풍선 entraining 폭락 제트로 기술의 응용 프로그램의 대표 결과를 표시합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
몇 가지 단계 라이트 필드 이미징 실험의 적절한 실행을위한 중요합니다. 렌즈 선택과 카메라 게재 위치는주의 깊게 측정 볼륨 내에서의 해상도를 극대화하도록 선택해야합니다. SA의 환기 시켰을 알고리즘 정확한 보정없이 급격하게 초점을 맞춘 이미지를 생성하기 위해 실패합니다 같이 교정, 아마도 가장 중요한 단계입니다. 다행히도, 멀티 카메라 자기 교정 노력의 상대적으로 낮은 수준의 정확한 보정을 용이하게합니다. 이미지 처리 정도 이미지를 정상화 할 수는 있지만 관심과 배경의 객체 사이의 좋은 대조를 제공하는 모든 이미지에 균일 한 조명도 필요합니다.
객체를 이동 한 볼륨에 SA를 수행 할 때 타이밍도 중요합니다. 각 카메라가 동시에 이미지를 가져 실행되지 않을 경우, 이미지 재건은 분명히 정확합니다. 본 논문에서 실험 우리는 시간 순서을 활용그림 7의 hown.
3D 라이트 필드 이미징 응용 프로그램은 여기 공간적 해상도 트레이드 오프를 포함 제시했다. 예를 들어, 3D SAPIV 광학 조밀 한 입자 이미지에서 입자 볼륨을 재구성 할 수 있지만 입자 (잠재적으로 대형) 볼륨 전체에 분산되어 있습니다. 2D PIV를 들어, 입자는 얇은 시트를 통해 배포되며, 따라서 동일한 입자 밀도 이미지는 측정 량의 훨씬 더 큰 밀도에 해당합니다. 그럼에도 불구하고, 3D SAPIV 방법은 다른 3D PIV 방법 1 훨씬 더 큰 심는 밀도 할 수 있습니다. 또 다른 잠재적 인 제한 고려 라이트 필드 이미징 방법과 관련된 비교적 큰 전산 강도이며 계산 복잡도는 단층-PIV 최대 10 이미지 기반의 3D 재건 방법에 대한 일반적입니다.
이 실험을 위해 8 Photron SA3 시그마 105mm 매크로 렌즈가 장착 카메라와 Quantron을 사용IX 듀얼 다윈 ND : YLF 레이저 (532 nm의, 200 MJ). 카메라와 레이저는 버클리 핵공학 575 BNC 디지털 지연 / 펄스 발생기를 통해 함께 동기화되었습니다. 유체 흐름 Expancel 헬륨 채워진 유리 마이크로을 놓는되었습니다. 마이크로은 0.15 g / CC의 밀도를 70 μm의 평균 직경했다. 우리는 우리의 웹 사이트를 통해 학계에 본원에 사용 된 코드의 오픈 소스 버전 제공 http://www.3dsaimaging.com/을 우리는 사용자들에게 피드백을 제공하고 양적 라이트 필드 지역 사회를 위해 유용한 코드를 개선하고 공급에 참여하는 것이 좋습니다.
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는 NUWC의 장비와 개발 자금에 대해 BYU의 합성 개구 알고리즘의 장비 및 개발 자금을위한 NSF 부여 CMMI # 1126862 감사 사내 연구소 독립 연구 (ILIR) 자금을 (박사 토니 Ruffa에 의해 모니터링) 싶습니다 뉴 포트, 그리고 자금 SLT, DJD 및 JRN과 목소리 스크롤 실험과 SLT의 부분적인 지원을위한 고급 광학 기술의 에를 랑겐 대학원 대학 (SAOT)에 관련된 데이터에 대한 NIH / NIDCD 부여 R01DC009616. 마지막으로, 자금 JRN의 록키 마운틴 NASA 우주 부여 컨소시엄.
Referencias
- Belden, J., Truscott, T. T., Axiak, M., Techet, A. H. Three-dimensional synthetic aperture particle imaging velocimetry. Measurement Science and Technology. 21 (12), 125403 (2010).
- Wilburn, B., Joshi, N., Vaish, V., Talvala, E. -. V., Antunez, E., Barth, A., Adams, A., Horowitz, M., Levoy, M. High performance imaging using large camera arrays. ACM Trans. Graph. 24, 765-776 (2005).
- Raffel, M., Willert, C., Wereley, S., Kompenhaus, J. . Particle image velocimetry – A Practical Guide. , (2007).
- Belden, J. Auto-Calibration of Multi-Camera Systems with Refractive Interfaces. Experiments in Fluids. , (2013).
- Svoboda, T., Martinec, M., Pajdla, T. A convenient multi-camera self-calibration for virtual environments. PRESENCE: Teleoperators and Virtual Environments. 14 (4), 407-422 (2005).
- Vaish, V., Garg, G., Talvala, E., Antunez, E., Wilburn, B., Horowitz, M., Levoy, M. Synthetic aperture focusing using a shear-warp factorization of the viewing transfor. 3, 129 (2005).
- Belden, J., Ravela, S., Truscott, T. T., Techet, A. H. Three-Dimensional Bubble Field Resolution Using Synthetic Aperture Imaging: Application to a Plunging Jet. Experiments in Fluids. , (2012).
- Levoy, M., Ng, R., Adams, A., Footer, M., Horowitz, M. Light field microscopy. ACM Transactions on Graphics. 25 (3), (2006).
- Triep, M., Brücker, C. Three-dimensional nature of the glottal jet. Journal of the Acoustical Society of America. 127, 1537-1547 (2008).
- Elsinga, G., Scarano, F., Wieneke, B., van Oudheusden, B. Tomographic particle image velocimetry. Experiments in Fluids. 41, 933-947 (2006).
