Измерение пространственных и направлению изменяющейся рассеянию света из биологического материала

При использовании наших методов измерения образца, экспериментатор должен решить, на множестве камеры и света направлениях, и для каждой комбинации камеры и света направлениях, камера делает несколько экспозиций с различной выдержкой. Перемещение камеры требует дополнительной обработки, потому что она изменяет внешний вид образца, как показано на изображении, поэтому обычно используют небольшое количество камер направления и большее количество света направления источника. В подробные протоколы ниже, мы сначала описать, как выполнять измерения со многими Направления на источники света и камеры одном направлении, и, как обрабатывать и визуализировать полученные данные (протокол 1). В основной протокол, который может быть использован сам по себе, когда один вид Достаточно заметить изучаемых явлений, мы всегда перпендикулярной камеры для образца (первичный Рутинное на фиг.1). При использовании нескольких направлений камера требуютсяв результате косых взглядов образец может быть деформирован, чтобы устранить последствия перемещения камеры и, таким образом, чтобы выровнять изображение именно с канонической, перпендикулярном. Для вычисления этих перекосов, то выполнить дополнительные шаги калибровки, которые используют наблюдения мишеней, расположенных вокруг образца точно определить движение камеры относительно образца. Протокол 2 Этот процедуры калибровки и объясняется, как выбрать параметры и запустить протокол 1 несколько раз, чтобы собрать данные из нескольких просмотров (вторичный Подпрограммы на рисунке 1). Наконец, протокол 3 подробно дополнительные шаги, которые должны быть вставлены в Протоколе 1 исправить косых взглядов в процессе обработки данных. 1. Измерение рассеянного света в направлении нормали к поверхности над сферой Инцидент направления (первичный Рутинные на рисунке 1) Подготовке и установке измеряемого объекта Подготовка тонких черных металлов монтажной пластиныс ½-дюймовые отверстия окружены кольцом из целей (как показано на рисунке 2). Подготовка материала должна быть измерена. При измерении перо, жених бородки для коррекции распакованные или неправильно разделы pennaceous лопасти. Lay поверхности объекта (лицевой лицом перо) к задней стороне (противоположной целевой кольцо) пластины. Центр области интереса по ½-дюймовый отверстие в пластине. Lay листа магнитной пленки с 5/8-дюймовый отверстие у задней стороны объекта (обратную сторону перо), тем самым нажатием объект прилегает к пластине. Выравнивание отверстие пленки с отверстием пластины без сдвига поверхности. Уплощенной поверхностью, возлагали по окружности круглого отверстия, приводит к плоской макро-поверхность приблизительно совпадает с поверхности пластины. Настройте Козловой Найдитецентре круглое отверстие в начале координат системы координат портальный. Поместите источник света на козловой внешний рычаг. Цель и узко сфокусировать свет на объекте, гарантируя, что отверстие равномерно освещенные светом для всех углов источника. Наведите камеру на козловой внутреннюю руку. Установите расстояние камеры и фокусное расстояние макрообъектив, пока кольцо целей не заполнит ширину датчика. Калибровка вращательные движения (θ, φ) камеры и лампы оружия. Калибровка наклона (θ) по отношению к поверхности объекта нормальным, так что камера и лампа выровнены с поверхностью нормально, когда θ = 0. Калибровка азимут (φ) камеры к азимуту лампы. Абсолютная ориентация азимутального не является критическим, так как захваченные изображения можно вращать позже в протоколе. Настройка фокуса и экспозиции камеры Расписание дежурствТе камеры, пока объект рассматривается под углом скольжения. Уменьшите F-числа, чтобы минимизировать глубину резкости (DOF), то установить фокус самолета в центре отверстия. Увеличение диафрагменное число для увеличения резкости, пока кольцо целей, окружающей отверстие не находится в фокусе. Компромисс между дифракции и DOF-индуцированной размытие может потребоваться. Клип цвета стандартные плоские к монтажной пластине. Для RGB изображения использовать Checker Макбет цвета. Для УФ-видимой и ближней ИК измерения используют Spectralon. Сфотографируйте стандарт цвета в RAW формате. Рассчитайте мультипликаторы цветовой канал, баланс белого изображения. Найти экспозиции кронштейн, который охватывает динамический диапазон сцены в самых крайних просмотра и освещение направлениях. Для каждого времени экспозиции в кронштейне, приобретают темно шумов изображения путем внесения датчика при помощи крышки объектива на. Приобретать измерения от Sparsely Sampled Сфера Инцидент инструкции Установите камеру оси, перпендикулярной к плоскости {θ, φ} = {0,0}. Шаг света через серии равномерно распределенных позициях на сфере, используя грубую выборки (например, менее 500 баллов). Для каждого направления падающего света в выборке: Захват сырые изображения для каждого Выдержка в экспозицию. Получение снимка освещенной камере вспышку синхронизировать с относительно коротким временем экспозиции для подавления освещения козловые лампы. Перейдите к следующему направлению падающего света и повторите. Процесс измерения от Sparsely Sampled сферы Использование отладки (документ) режим Dcraw отключить его demosaicing функции преобразования из формата RAW в оттенки серого, 16-бит, линейные, PGM формат: Каждый темные воздействия шума. Каждая экспозиция объекта в каждом направлении падающего света. </ OL> Интеграция всех низких динамический диапазон (LDR) серого воздействий при освещении лампой козловые в единый высоким динамическим диапазоном (HDR) цветного изображения для каждого направления падающего света. Вычтите соответствующее темное изображение шум от каждого LDR экспозиции. Устранения мозаичного изображения LDR каждой экспозиции для получения одной четверти масштаб изображения. Баланс белого каждого LDR экспозицию с использованием цветового канала мультипликаторов вычисленных на этапе 1.C.3. Слияние темного шума вычитают LDR экспозиций в одно изображение HDR путем суммирования всех значений в каждом местоположении пикселя и деления на сумму времени экспозиции, опуская передержанный пикселей с обеих сумм. Магазин HDR изображения в формате EXR закодированы в половине обращении точностью и без потерь вейвлет (PIZ) сжатия. Если направление камеры не каноническая направлении или выполняется измерение является частью нескольких заданном направлении камеры (вторичный Подпрограммы на рисунке 1й протокол 2): Преобразование одного LDR серого экспозиции вспышки подсветкой сопровождение целей для каждого направления падающего света demosaiced, одна четверть масштабе, LDR цветное изображение в формате EXR. Следуйте протоколу 3 использовать вспышку подсветкой изображения для каждого проективные преобразования HDR лампы подсветки изображения в каноническом представлении. Поверните HDR изображений в требуемой ориентации – например, в нашем случае поворот на 90 ° ориентирует черенок вертикально и кончиком пера вверх. Обрезка изображения HDR плотно вокруг круглого отверстия. Маскировка цели и металлической пластины вне апертуры уменьшает размер файла до 25%. Переставляют данных во всем набором изображений HDR для создания набора файлов, по одному для каждой из нескольких блоков в изображении, которые содержат все значения направленного отражения организованного пиксель. Эти файлы кэша направленного отражения организованы так, чтобы позволить быстрый доступ кЛ.Л. направленные измерения цвета в одной позиции пикселя 2D проекции 3D объекта. Визуализация пространственно-рассеяния света различными по иерархии от масштаба Для просмотра измерений, использовать пользовательские приложения SimpleBrowser интерпретировать данные обрабатываются в шаге 1.e. SimpleBrowser открывается окно, содержащее изображение пера освещенная первые направление освещения инцидента. На изображении пера лопатки, отдельные пиксели или группы пикселей в линейном или прямоугольной договоренности могут быть выбраны (рис. 3). Продолжать выбрав прямоугольную область пера лопатки для анализа. Тогда, участок среднего направленного рассеяния света от выбранного региона. Сюжет окно, показывающее отражения как функцию направляющих косинусов открывается рядом с изображение окна (R1 на рис 4). По умолчанию в направлении максимальной яркости (коэффициент пропускания в направлении тиPical измерения перо) присваивается воздействия 1. Уменьшение или увеличение экспозиции в одной половине остановки (√ 2 х) приращения для регулировки экспозиции от карты цвета отражения. Цикл карту отражения между яркостью цвета, RGB, и цветности (см. R1, R2, R3 и на рисунке 4). Для следующих шагов использовать RGB. Чтобы повернуть сферу, нажмите на нее для того, чтобы трекбол интерфейс. Перетащите интерфейс вызывать вращения. Для просмотра отражения полушарии, верните сферы к ее позиции по умолчанию (см. R2 на рисунке 4). Поворачивая сферу 180 ° от позиции по умолчанию для просмотра пропускания полушарии (см. T2 в рис. 4). Для другой вид данных, выберите режим полярных участок для масштабирования радиусы каждом направлении на единичной сфере их соответствующих значений яркости. Изменение цвета карта яркости масштабной сферы от цветности, RGB (См. P3, F3, S3, A3 на рисунке 4 </strОнг>). Освещение направлении отображаемое изображение обведено красным в направленном участок рассеяния (рис. 4). Нажмите любом другом направлении освещения инцидент, чтобы показать изображение пера освещенной этом направлении. Уменьшение или увеличение экспозиции снимка выявить снова и недоэкспонирована регионах. Для исследования отражения на различных иерархических уровнях, восстановить сюжет режима в сфере устройства и карты цветов в RGB. В обзоре, этот участок отображает среднего направленного отражения от выбранной прямоугольной области на изображении. Измените выбор типа от прямоугольной к линейной (рис. 3). Это позволит изучение направленного отражения от отдельных мелкомасштабных структур в прямоугольной области. Участок отражательной способности линейной среднем в новом окне, сохраняя при этом прямоугольная среднем по ссылке. Коррекцию экспозиции и набор цветов карту RGB. <lI> В линейном участке средний, дальний бородочки натянутое на линейном участке видели, чтобы отражать свет в направлениях горизонтальной (рис. 8). Выберите одно из направлений в освещении нелинейный сюжет для отображения высокой отражающей способностью дистальной бородочки на изображении слева. Шаг линии в направлении кончика пера, пока не достигнет области пера, где проксимальный ветвь бородочки от соседних ветвей. В линейном среднем участке проксимального бородочки видели, чтобы отражать свет в направлении вертикальной (рис. 8). Выберите одно из направлений для отображения высокой отражающей проксимальных бородочки на изображении слева. В линейном участке, соблюдать мелкомасштабных структур, которые отражают свет в направлениях горизонтальной и вертикальной объединяются, чтобы произвести дальнего поля сигнала видно на прямоугольном участке. 2. Измерение рассеянного света в разных направлениях камерой (вторичный Рутинныесек на фиг.1) Нескольких телекамер и неравномерной направленного отбора проб позволяют исследовать особенности направленного отражения. С добавлением шагов калибровки и 2.В 2.А, 1 протокол был расширен для обработки нескольких телекамер. Два конкретных примерах наглядно иллюстрирует как вторичные Подпрограммы II.A и II.B на рисунке 1 может быть установлен впереди в шагах 2.C и 2.D ниже. В таких случаях, направление камеры обработке по сравнению с каноническим направлении (по нормали к поверхности), что означает, что объект фотографируется из направления, наклоненного от нормали к поверхности. Так как изображения должны быть отображены в той же системе координат, мы исправим и вызвать деформацию каждой фотографии в соответствии с канонической ориентации, ссылаясь на флэш-сфотографировали цели окружающей образец (рис. 9). Калибровка проекция сцены и должность: Цель этих шагов для расчета камеры проекперегиба и положение изображения, используемые в преобразовании. Клип проверки узором калибровки целевой прилегать к монтажной пластине. Захват одного кадра в каноническом зрения камеры (т.е. {θ, φ} = {0,0}) и несколько изображений на разные другие виды камеры расположены на 120 ° конуса с центром в каноническом представлении. Загрузите изображения в Bouguet Toolbox B, калибровки камеры MATLAB Toolkit. Извлечение сетки углов каждого из изображений, чтобы реконструировать камеру матриц. Экспорт внутренней камеры матрица проекции (P) и внешне положение камеры матрицы (M). Внутренние проекции камеры состоит из фокусного расстояния и главную точку. Внешнее положение камеры состоит в основном из перевода; он переводит происхождении мира с положением камеры. Решите для матрицы, которая преобразует калибровки-координаты цели на козловой проигрывателя координатами (х), т. BougueT пространства для козловых пространстве. Отсоедините клетчатой ​​структурой от металлической пластины. Калибровка целевые должности и прогнозирования смещений: Целью этих шагов для вычисления смещения между калибровочной плоскости, заданной плоскости, и образцом, и чтобы найти целевой позиции. Вращение камеры в портальный координат так, что оптическая ось перпендикулярна плоскости поверхности, т.е. канонический кадра. Захват изображения кольца целей, окружающей отверстие с подсветкой вспышкой. Это каноническое изображение для выравнивания изображения. Процесс добытого рядового камеру (Протокол описано в пунктах 1.E.3.a. и 1.E.4.). Маска региона внутри и вне целевой зоны кольца, устранение паразитных бликов, которые могут запутать распознавания цели, а затем найти цели в изображении. Поверните камеру в угол скольжения и захвата изображений. Рассчитать каноническаяAmera позе (Мс = M * RC) и выпаса угол ставят камеру (Mg = M * Rg) на основе внешней камеры матрица М в шаге 2.A.3. который включает в себя перевод на основе положения узора проверки Bouguet. Переопределение M путем смещения его перевод на толщину бумаги целевого кольцом. Не итерации путем проб и ошибок (пересчете М использованием другого смещения для калибровки плоскости), пока смещение в портальный пространство между плоскостью Bouguet шахматном и плоскостью кольца мишени, т.е. толщина бумаги целевого кольцо, была решена. Убедитесь, смещение в каждой итерации перепроецирования целей в выпаса угол изображения на цели канонический образ. Пересмотрите M в соответствии с процедурой предыдущего шага, чтобы перепроецировать перфорированных объекта в выпаса угол изображения на перфорированной объекта в канонический образ методом проб и ошибок, пока не смещение в пространстве козловые между плоскостью кольца цели и плоскости Ое перфорированных объекта, т.е. толщина металлической пластины, была решена. Измерьте Семь неравномерно Sampled отражения полушариях (вторичный II.A Рутинные на рисунке 1) Изучить направленное распределение отраженного света измеряется от камеры нормали к поверхности, т.е. {θ, φ} = {0,0}, как описано в протокола 1. Ресэмплировать отражения полушарии для записи камер сияние от незеркальных направлениях более редко и зеркальных направлениях плотнее. Применять одинаковые критерии для выборки отражения в 6 дополнительных направлений камеру равномерно распределены по половине полушария, т.е. {θ, φ} = {30,0}, {30,90}, {60,0}, {60,45} {60,90}, {60135}. Предсказать зеркального регионах 6 дополнительных проходит от направления наблюдения каждого сочетании с углом отражения начального запуска. Для каждого из 7 неоднородныйLY пробы полушарий, получения и обработки измерений, следуя инструкциям в шаге 1.D. и 1.e. выше. Визуального просмотра содержимого направленного отражения из того же региона пера в каждом из 7 неравномерно пробы полушарий, следуя инструкциям в шаге 1.Е. выше. Разместите направленного участков отражательной способности для каждого из 7 камера направлениях на полярной системе координат, где размещение каждого участка основано на его направление камеры (см. визуальных результатов Обычные II.A на фиг.1; также фиг.5). Измерьте мелко дискретизации полукруглые путями приобрести подробную информацию о изменение цвета с угловым (вторичный II.B Рутинные на рисунке 1) Запустите приложение и введите SimpleBrowser обработанных измерений неравномерно пробы отражения полушарии с направлением камеры {θ, φ} = {0,0}, как описано в шаге 2.С.1. Выберите наэлектронной пиксель в изображении, затем установите на самолет 90-го процентиля яркости полусферической отражения в выбранной позиции пикселя. Построить 1D перспективе приобретения котором тонко образцы зеркального отражения в зеркальной плоскости. Создать козловым руку углов в ½ ° половиной угла шагом в плоскости, определенные в предыдущем шаге. Начнем с половинный угол равен 0 °, а увеличение половинный угол до 90 °. Для каждого измерения в приобретении перспективе, держать половину вектор постоянным и равным нормали к поверхности так, что каждая камера направление расположено в зеркальном направлении. Получения и обработки измерений, следуя инструкциям в шаге 1.D. и 1.e. выше. Визуального просмотра содержимого 1D направленного отражения следуя инструкциям в шаге 1.Е., в то время выборки очень малой области (например, 3×3 пикселей) с центром на одном пикселе используется для подбора зеркального самолета в шаге 2.D.1. Найти направлении пика отражения, т.е.затенения нормально. Построить три дополнительных приобретение работает таким же образом, как на стадии 2.D.2., Но установить половину вектора затенение нормальной вместо нормали к поверхности. За три дополнительных трасс, генерировать портальный рукой углы, которые лежат в плоскостях, содержащих затенение нормальным, но которые повернуты 45 °, 90 ° и 135 ° по отношению к плоскости зеркального определенных на этапе 2.D.1. Получения и обработки измерений, следуя инструкциям в шаге 1.D. и 1.e. выше. Визуального просмотра содержимого 1D направленного отражения следуя инструкциям в шаге 1.Е., в то время выборки очень малой области (например, 3×3 пикселей) с центром на пиксель использованы для установки зеркальных плоскостей в шаге 2.D.1. Экспорт из SimpleBrowser среднем отраженного сияния этом очень небольшом регионе. В MATLAB, график его цветности в зависимости от половинного угла на диаграмме цветности (рис. 6). Участок его оттенок, насыщенность цвета и яркости в зависимости от половинный угол (<STRONG> рисунок 7). Построить еще четыре 1D приобретения выполняется в том же четыре самолета, как указано выше, но на этот раз настроить свет и камеру направлениях для измерения ширины и распада зеркального отражения. Установить половинный угол между светом и камера постоянной 10 °. Создать козловым рука углов 1 ° половину вектор интервалы вокруг оси, ортогональной плоскости. Начало с половинной вектор, равный -80 ° и увеличить половину вектора до +80 °, где 0 ° равна затенение нормально. Следует отметить, что не все стороны камеры расположены в зеркальном направлении. , Обрабатывать и экспорт измерений, следуя инструкциям в шаге 1.D. и 1.e. и 2.D.6. соответственно. В MATLAB, график его цветности на диаграмме цветности в зависимости от угла между половиной вектора и затенение нормально. Участок его оттенок, насыщенность цвета и яркости в зависимости от угла между половиной вектора и затенение нормально. </lI> 3. Проективное преобразование Проективные преобразования каждого изображения HDR в канонические вид или вид направлении, перпендикулярном плоскости поверхности. Этот протокол доступен Шаг 1.E.3.b когда выполняется измерение является частью нескольких заданном направлении камеры, такие как примеры, изложенные в Протоколе 2 и наглядно иллюстрирует как вторичные Подпрограммы на рисунке 1. Читайте канонический образ освещенной незеркальных направлении. (При скользящем зеркальные направлениях уменьшенный контраст между белой поверхностью бумаги и черной краски может привести к обнаружению цели недостаточности. Сравните четкости изображения и B на рисунке 9.) Найти координаты центра каждой мишени в канонической изображения. Загрузите изображение цели освещенной камере вспышку для данной лампы-камера направленная пары (B на рисунке 9). Грубо траnsform изображение цели канонической системе камеры с помощью козлового матрицы камеры M вычисленных на этапе 2.B.7. Найти координаты центра каждой мишени в трансформированных целевом изображении (C на рис 9). Подходим каждом целевом в трансформированном конечное изображение, его цель ссылки в канонический образ, находя минимальное расстояние между изображением и эталонных целей. Отменить любые размытые цели вызвано DOF при скользящих углах (D на рисунке 9). Решите 2D проективные преобразования, который отображает изображение цели в канонической системе к каноническому-изображение цели в той же рамке. Untransform деформированные к монтажу цели из канонических кадр изображения обратно в исходный кадр изображения через плоскость с отверстиями объекта (M в шаге 2.B.8.), А не плоскостью цели (M в шаге 2. Б.7.). Сохранить целевую координату пар, которые сопоставляются с отверстиями объект в конечное изображение на перфорированную OBпредметом в канонический образ цели. Загрузите изображение HDR освещенная лампой (на рисунке 9). Определение пространственных проективные преобразования из списка сохраненных целевой пары координат для преобразования изображения HDR в канонической системе (Е на рисунке 9). Вернуться на основной протокол. Dcraw является открытым исходным кодом компьютерной программы, разработанной гроб Давида. Он преобразует собственных RAW-формат изображения фотокамеры (то есть необработанные данные CCD) в стандартный формат изображения. См. http://www.cybercom.net/ ~ dcoffin / Dcraw / . B Bouguet Toolbox это набор инструментов для калибровки камеры MATLAB разработаны Жан-Ив Bouguet. См. http://www.vision.caltech.edu/bouguetj/calib_doc .