آشنایی با دوربین های سه بعدی باسلر – Basler Stereo Camera

مقدمه

دوربین های سه بعدی که با نام Stereo نیز شناخته می‌شوند تصاویری را ثبت می‌کنند که در سه بعد ظاهر خواهد شد. این دوربین‌ها به دو یا چند لنز مجهز هستند و هر لنز دارای حسگر تصویر جداگانه‌ای است که کمک می‌کند تا دید دو چشمی انسان شبیه‌سازی شود.

هدف اصلی دوربین های سه بعدی خلق چیزی است که چشمان انسان می تواند ببیند. چشمان انسان حدود 6 سانتی متر با یکدیگر فاصله دارند. هر کدام از چشم ها تصاویر متفاوتی از یک سوژه ثبت می کنند و این مغز انسان است که این تصاویر متفاوت را پردازش و یک تصویر سه بعدی از سوژه خلق می کند. به بیان دیگر دوربین سه بعدی یک دستگاه تصویر برداری است که به درک عمق در تصاویر کمک می کند و اجازه می دهد تا تصاویر سه بعدی را همان طور که از طریق دید دو چشمی انسان تجربه می شود تکرار نماید. برخی از دوربین های سه بعدی از دو یا چند لنز برای ثبت چندین نقطه دید استفاده می کنند در حالی که برخی دیگر از یک لنز استفاده می نمایند و فقط موقعیت آن را تغییر می دهند. عملکرد دوربین های سه بعدی به گونه ای است که با دو دوربین که نسبت به یکدیگر فاصله دارند یک تصویر از سوژه را ثبت کرده و با پردازش تصویر هر کدام از دوربین ها متوجه عمق تصویر می شویم. تصاویر ثبت شده با دوربین های سه بعدی اغلب با فرمت MPO ذخیره می شوند.

کاربرد دوربین ­های سه بعدی

یکی از کاربردهای مهم دوربین های سه بعدی سیستم های رباتیک است. سری Basler Stereo Camera ربات ها را قادر می سازد تا محیط خود را در زمان واقعی درک کنند. همه دوربین‌ها دارای بسته نرم‌افزاری از پیش نصب‌ شده جامعی هستند که برای برنامه‌های روباتیک معمولی مناسب است. دوربین‌های سه بعدی Basler با پایین آوردن هزینه کل سیستم برای برنامه‌های روباتیک باعث می¬شود هدایت بینایی در زمینه‌هایی مانند اتوماسیون کارخانه و تدارکات فراهم گردد و نتیجه آن این خواهد بود که فناوری دید سه بعدی برای کاربردهای روباتیک از جمع‌آوری سطل زباله گرفته تا ناوبری مناسب باشد. ایده پشت خانواده دوربین‌های سه بعدی Basler مبتنی بر یک راه‌حل بینایی رایانه‌ای است که به تجربه و تخصص بینایی ماشین نیاز ندارد بلکه به لطف پردازش داخلی می توان دوربین‌ها را مستقیماً و بدون رایانه خارجی ادغام کرد. دوربین های سه بعدی باسلر به سه دسته کلی تقسیم می شوند:

• دوربین ­های Basler blaze
• دوربین ­های Basler Stereo Camera
• دوربین­ های Basler RGB-D Solution

ویژگی ­ها و قابلیت ­های دوربین ­های سه بعدی باسلر

❶ پردازش داخلی در دوربین های سه بعدی باسلر توسط یک کارت گرافیک یکپارچه انجام می گیرد به طوری که تصاویر عمقی را مستقیما روی دوربین تولید کرده و نیازی به محاسبات خارجی ندارد. این یک نیاز ایده ال برای سیستم های تلفن همراه است. ابرهای نقطه ای را می توان به راحتی از تصویر عمق تولید کرد.

❷ پردازش داده های دوربین های سه بعدی استریو عبارت است از تصویر برداری 3 بعدی و ترمیم آن تصویربرداری عمق، همراه با امکان اسکن و …

❸ رابط وب کاربر پسند دوربین های استریو Basler که امکان نصب بی دردسر و استفاده بصری را فراهم می کند.

❹ کیلومتر شمار بینایی؛ دوربین های سه بعدی باسلر به کمک پیشرفته ترین الگوریتم های فاصله سنجی با دقت بالا عمل کیلومتر شمار بینایی را انجام می¬دهند.

دوربین های سه بعدی باسلر در دو مدل 65 و 160 میلیمتر تک رنگ و رنگی تولید می شود.

دوربین سه بعدی 65 رنگی – Stereo Camera 65 Color

اندازه جمع و جور این نمونه دوربین باعث شده است برای نصب روی ربات/بازو مناسب باشد، مثلا برای برنامه های انتخاب مکان که نیاز به تمایز رنگ است این نمونه دوربین عالی است.

دوربین سه بعدی 65 مونو – Stereo Camera 65 Mono

اندازه جمع و جور این مدل دوربین به ویژه برای نصب روی ربات/بازو مناسب است. بخصوص برای کاربردهای انتخاب مکان در شرایط نوری چالش برانگیز.

دوربین استریو 160 رنگی – Stereo Camera 160 Color

این مدل دوربین برای مشاهده فواصل بیش از 50 سانتی متر طراحی شده است. به ویژه برای نصب در مکان ثابت مناسب است. به عنوان مثال در سلول ربات یا برنامه های موبایلی که نیاز به تمایز رنگ دارند گزینه خوبی است.

دوربین استریو 160 مونو – Stereo Camera 160 Mono

این نمونه دوربین برای مشاهده فواصل بیش از 50 سانتی متر طراحی شده است. به ویژه برای نصب در محل های ثابت مناسب است. به عنوان مثال در یک سلول کاری و در شرایط نوری چالش برانگیز به خوبی عمل می کند. در آن یک نوع لنز 6 میلی متری موجود است.

تجهیزات همراه دوربین سه بعدی باسلر

در داخل هر بسته ی دوربین سه بعدی علاوه بر دوربین یک عدد کابل شبکه، یک عدد آداپتور به همراه کابل برق و یک عدد کابل رابط بین دوربین و آداپتور وجود دارد.

مراحل راه اندازی دوربین ­های سه بعدی باسلر (سخت افزاری)

کابل شبکه را از یک طرف به درگاه LAN کامپیوتر و از طرف دیگر به درگاه ورودی دوربین متصل کنید. آداپتور دوربین از یک طرف به کابل برق و از طرف دیگر به کابل رابط متصل شود. سر دیگر کابل رابط را نیز به دوربین متصل نمائید. مرحله راه اندازی سخت افزاری دوربین تمام شد.

آشنایی با نرم افزار دوربین ­های سه بعدی

پس از دانلود نرم افزار از سایت شرکت Basler و نصب آن به ترتیب مراحل زیر را دنبال نمائید. توجه: برای کار با نرم افزار دوربین سه بعدی نیاز به اتصال به اینترنت وجود دارد.

• ❶ روی آیکون برنامه rcdiscover دوبار کلیک می­کنیم.

• ❷ پنجره مجوز اجرای برنامه ظاهر می ­شود. روی دکمه Run کلیک کنید.

• ❸ پنجره اصلی برنامه ظاهر می­ شود.

• ❹ IP دوربین و IP کامپیوتر را تنظیم نمائید. IP ها باید در یک کلاس باشند. دکمه ­ی Set temporary IP address به ما کمک می­کند تا برای دوربین یک IP دستی تنظیم نمائیم. یک نمونه IP دوربین عبارت است از:  169.254.10.20

یکی از برنامه های مهم شرکت باسلر ارائه خدمات به مشتریان است. در این رابطه طیف وسیعی از خدمات ارائه می شود از جمله:

• ❺ وقتی دوربین توسط برنامه شناسایی شد پنجره اصلی برنامه چیزی شبیه تصویر زیر است.

• ❻ اگر مراحل قبل به درستی انجام شود با دوبار کلیک بر روی سطر مرتبط با دوربین شناخته شده در پنجره اصلی به صفحه ­ای شبیه شکل زیر منتقل می­شویم.

آشنایی با محیط نرم افزار

• ❶ OVERVIEW

• ❷ Camera

آشنایی با قسمت­ های مختلف گزینه CAMERA

با کلیک روی گزینه ی قادر به بزرگ نمایی تصویر یکی از دوربین های چپ یا راست می باشیم.

• گزینه Exposure می تواند در حالت Auto باشد.
• گزینه­ ی Auto Exposure Mode می­تواند یکی از سه حالت Normal ، Out1High یا Adaptive Out1 را شامل شود.
• گزینه Max Brightness : این مورد برای ایجاد حداکثر روشنایی است.
• گزینه Min Brightness : این مورد برای ایجاد حداقل روشنایی است.
• گزینه Offset X (pixel) : برای تعیین پارامتر Offset X می باشد.
• گزینه Width (pixel) : برای تعیین پارامتر Width می باشد.
• گزینه Height (pixel) : برای تعیین پارامتر Height می باشد.

• ❸ DEPTH IMAGE
• ❹ DYNAMICS
• ❺ MODULES
• ❻ CONFIGURATION

این گزینه برای استفاده از چند دتکتور مناسب برای پردازش تصویر می¬باشد. البته ممکن است مواردی فعال و موارد دیگری غیر فعال باشد. برای استفاده از موارد غیر فعال نیاز به لایسنس است یعنی باید هزینه ی آن پرداخت گردد.

معرفی دتکتورهای نرم افزار

• ❶ Hand-Eye Calibration
• ❷ Regions of Interest
• ❸ Collision Check
• ❹ Camera Calibration

وظیفه ی این گزینه کالیبره کردن دوربین است. با کلیک روی این گزینه پنجره زیر نمایش داده می شود. برای کالیبره کردن دوربین کافی است مراحل 1 تا 4 را طی کنید.

در مرحله اول باید از بین گزینه های Custom Grid، Large Grid و Small Grid یکی را انتخاب کنید. در صورتی که گزینه ی Custom Grid را انتخاب نمودید باید Width و Height را وارد نمائید.

در پایان هر مرحله دکمه Next را کلیک نمائید.

در مرحله دوم مشخص می کنیم که حالت Exposure در وضعیت Auto باشد یا Manual

در مرحله سوم باید برگه کالیبره را طوری جلوی دوربین قرار دهیم که با مستطیل سبز رنگ مطابقت داشته باشد.

مشخصات فنی دوربین­ های Stereo Camera باسلر

در زیر به تفکیک، مشخصات فنی دوربین های سه بعدی 65 مونو و رنگی و 160 مونو و رنگی آورده شده است.

Stereo Camera 65 Mono / Color

Baseline	65 mm
Focal length (lenses) (فاصله کانونی)	4 mm
Shutter   (شاتر)	Global
Image resolution    (وضوح)	1280 x 960 Pixel (1.2 MPixel) @ 25 Hz
Field of view (میدان دید)	Horizontal: 61° Vertical: 48°
Depth range (recommended) (محدوده عمق)	0.2 m – 1.0 m
Workspace (فضای کاری)	0.2 m distance: 0.17 m x 0.18 m 0.5 m distance: 0.54 m x 0.45 m 1.0 m distance: 1.14 m x 0.90 m
Depth resolution (عمق وضوح)	0.04 mm @ 0.2 m 0.9 mm @ 1.0 m
Depth image resolution & FPS عمق وضوح تصویر و فریم برثانیه	1280×960 Pixel @ 1 fps, with Cube @ 12.5 fps 640×480 Pixel @ 3 fps, with Cube @ 25 fps 320×240 Pixel @ 15 fps 214×160 Pixel @ 25 fps
Ego-motion (IMU)	200 Hz. low latency
GPU/CPU	Nvidia Tegra K1
Interfaces     (رابط‌ها)	Web GUI, Rest API, GenICam, GigEVision 2.0, UDP based ego-motion interface
Connectors (اتصال دهنده ها)	8-pin A-coded M12 socket for GigE 8-pin A-coded M12 plug for GPIO and power
Power supply  (منبع تغذیه)	18-30 V
Temperature range (Celsius) (محدوده دما)	0°C – 50°C (passive cooling)
Size (L*H*W) (سایز دوربین)	135 x 75 x 96 mm
Weight (وزن)	680 g
Protection class	IP54

Stereo Camera 65 Mono / Color

Baseline	160 mm
Focal length (lenses) (فاصله کانونی)	4 mm (standard), 6 mm (option for mono)
Shutter   (شاتر)	Global
Image resolution    (وضوح)	1280 x 960 Pixel (1.2 MPixel) @ 25 Hz
Field of view (میدان دید)	Horizontal: 61° (4 mm lens), 43° (6 mm lens) Vertical: 48° (4 mm lens), 33° (6 mm lens)
Depth range (recommended) (محدوده عمق)	0.5 m – 3.0 m
Workspace (فضای کاری)	4 mm lens: 0.5 m distance: 0.44 m x 0.45 m 1.0 m distance: 1.04 m x 0.90 m 2.0 m distance: 2.24 m x 1.80 m 3.0 m distance: 3.44 m x 2.70 m 6 mm lens: 0.5 m distance: 0.24 m x 0.30 m 1.0 m distance: 0.64 m x 0.60 m 2.0 m distance: 1.44 m x 1.20 m 3.0 m distance: 2.24 m x 1.80 m
Depth resolution (عمق وضوح)	4 mm lens: 0.1 mm @ 0.5 m 0.4 mm @ 1.0 m 1.5 mm @ 2.0 m 3.3 mm @ 3.0 m 6 mm lens: 0.06 mm @ 0.5 m 0.3 mm @ 1.0 m 1.0 mm @ 2.0 m 2.2 mm @ 3.0 m
Depth image resolution & FPS (عمق وضوح تصویر و فریم برثانیه)	1280×960 Pixel @ 1 fps, with Cube @ 12.5 fps 640×480 Pixel @ 3 fps, with Cube @ 25 fps 320×240 Pixel @ 15 fps 214×160 Pixel @ 25 fps
Ego-motion (IMU)	200 Hz. low latency
GPU/CPU	Nvidia Tegra K1
Interfaces     (رابط‌ها)	Web GUI, Rest API, GenICam, GigEVision 2.0, UDP based ego-motion interface
Connectors (اتصال دهنده ها)	8-pin A-coded M12 socket for GigE 8-pin A-coded M12 plug for GPIO and power
Power supply  (منبع تغذیه)	18-30 V
Temperature range (Celsius) (محدوده دما)	0°C-50°C (passive cooling)
Size (LxHxW in mm) (سایز دوربین)	230 x 75 x 84 mm
Weight (وزن)	850 g
Protection class	IP54