Die nicht starre 3D-Rekonstruktion bezieht sich auf den Prozess der Rekonstruktion der geometrischen Informationen und der dynamischen Entwicklung von 3D-Objekten mitZeit variabilität, Verformbar keit und Trans luzenzVon Multi-View-Bilds equenzen. Es hat einen bedeutenden Wert in der wissenschaft lichen Forschung und in industriellen Anwendungen: In der Strömungs mechanik wird es zur Rekonstruktion der 3D-Formen von Hochgeschwindigkeits-Wasserstrahlen und-Sprays verwendet. dient dazu, die Genauigkeit von rechnerischen Fluiddynamik simulationen zu überprüfen. In der Biomechanik ermöglicht es die Rekonstruktion von Weicht eil bewegungen und die Simulation des Blutflusses und bietet ein 3D-Visualisierungswerkzeug für die medizinische Forschung. In der Wirtschafts technik werden Flammen, Lichtbögen und Flüssigkeiten rekonstruiert, wodurch die Optimierung von Prozess parametern wie Sprüh verbrennung, Schweiß prozessen und Flüssigkeits maschinen erleichtert wird, wodurch Energie effizienz und Sicherheit verbessert werden.
Diese Methode beruht jedoch im Wesentlichen immer noch auf der Textur der nicht starren Oberfläche für die Anpassung von Bild merkmals. Daher ist es für biologische Weichteile wie Haut und Gesichter geeignet, kann jedoch keine nicht starren Objekte ohne Textur merkmale wie Flüssigkeiten und Rauch oder solche, die transparent oder leuchtend sind, rekonstruieren.
Um die oben genannten Einschränkungen zu überwinden, haben F & E-Ingenieure beiHF Agile Gerät Co.,LtD schlug ein verbessertes nicht starres 3D-Rekonstruktion system mit mehreren Ansichten vor, das innovativ die synchrone multi plikative Algebra-Rekonstruktion stech nik (SMART) enthält. Diese Technologie hängt nicht mehr vom lokalen Feature-Matching ab. Stattdessen wird der 3D-Raum in ein Voxel-Gitter unterteilt, voraus gesetzt, jedes Voxel hat eine bestimmte Emissions-oder Streu intensität. Indem 2D-Bilder mit mehreren Ansichten als Projektionen dieses 3D-Feldes in verschiedene Richtungen behandelt werden, wird die Voxel-Intensität verteilung umgekehrt, um letztendlich die 3D-Struktur zu erhalten. Lösung des Problems der Rekonstruktion nicht starrer Objekte ohne Texturen.
Hardware-Komponenten vonEnthüllerDas verbesserte Multi-View-nicht starre 3D-Rekonstruktionssystem:
Hoch geschwindigkeit kameraAkquisition array: Bestehend aus 4Hoch auflösende Hoch geschwindigkeit kameras (Modell G2110 _ Pro)Mit einer Spezifikation von 5120 × 4096 @ 1000fps. Diese Kameras sind in einer umgebenden Weise angeordnet, um sicher zustellen, Stereo-Ansicht Abdeckung des nicht-starren Objekts.
Synchrones Trigger system: Erreicht eine synchrone Belichtung auf Nanosekunden ebene durch B-Code-Timing, um sicher zustellen, dass die von derHoch geschwindigkeit kamerasSind streng auf einen bestimmten physischen Moment ausgerichtet.
Kalibrierung system: Schließt die gemeinsame Kalibrierung von internen und externen Kamera parametern unter Verwendung eines Schachbretts oder eines sphärischen Kalibrierung ziels ab und stellt eine Pixel-Voxel-Mapping-Beziehung her, um eine geometrische Grundlage für die 3D-Inversion bereit zustellen.
GPU-Computer plattform: Wird zur Ausführung des SMART-Algorithmus verwendet, der das großflächige Parallel-Computing im Voxel-Raum unterstützt.
Technische Implementierungs schritte des verbesserten Multi-View-nicht starren 3D-Rekonstruktionssystems von Revealer:
(1) Die 4Hoch geschwindigkeit kamerasFühren Sie eine synchrone Exposition durch, um sofortige Beobachtungs datensätze zu erfassen.
(2) Definieren Sie den 3D-Rekonstruktion sraum als reguläres Voxel raster und initial isieren Sie jedes Voxel mit einem nicht negativen Intensität swert.
(3) Für jedenHoch geschwindigkeit kameraErstellen Sie eine Projektions abbildung vom Voxel raum zur Bildebene.
(4) Übernehmen Sie die synchrone multi plikative Algebra-Rekonstruktion stech nik (SMART), um die anfänglichen Voxel werte iterativ zu optimieren und Projektions fehler Runde für Runde zu korrigieren, um sich der realen Voxel verteilung zu nähern.
(5) Nachdem das Voxel-Intensität sfeld konvergiert ist, extrahieren Sie Voxel mit einer Intensität, die höher als der Schwellen wert ist, um die anfängliche 3D-Punktwolke zu erzeugen. Verwenden Sie dann den Poisson-Oberflächen rekonstruktion algorithmus, um die spärliche Punktwolke zu verarbeiten, sie in eine glatte geschlossene Oberfläche einzufügen und ein 3D-Modell mit korrekter Topologie zu erzeugen.
Im Vergleich zu erweiterten MVS-Technologien,EnthüllerDie verbesserte nicht starre 3D-Rekonstruktion stech no logie mit mehreren Ansichten weist unterschied liche Eigenschaften in Bezug auf anwendbare Objekte, Abhängigkeit von Vorkenntnissen, physikalische Authentizität, zeitliche Auflösung und Rekonstruktion genauigkeit auf:
| Aspekt | Revealer SMART-Technologie | Erweitertes MVS |
|---|---|---|
| Anwendbare Objekte | Ist nicht auf Textur merkmale angewiesen; geeignet für nicht starre Objekte wie Flüssigkeiten, Flammen und Partikels ch wärme (durchscheinend, keine Oberflächen textur) | Unterstützt nur nicht starre Objekte mit reichhaltigen Oberflächen texturen (z. B. Weichgewebe); völlig unwirksam für Flüssigkeiten und Rauch |
| Vorheriges Modell | Kein vorheriges Modell erforderlich; Es ist nur eine Kalibrierung des Bildgebung systems erforderlich | Verlässt sich auf die Annahme der Bewegungs glätte |
| Physikalische Authentizität | Hoch geschwindigkeit kameras erfassen direkt reale physische Übergangs prozesse | Begrenzt auf rekonstruierbare Regionen |
| Zeitliche Auflösung | Behoben Sie die Dynamik der Mikros kunden ebene durch Hoch geschwindigkeit kameras | Quasi-statisch; unterstützt keine Millisekunden-Verformung |
| Rekonstruktion genauigkeit | Voxel-Level-Auflösung, bis zu Sub-Millimeter-Niveau | Erreicht eine Genauigkeit auf Pixel ebene nur in lokalen Bereichen mit reichhaltigen Textur merkmalen |
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die nicht starre 3D-Rekonstruktion stech no logie mit synchroner multi plikativer Algebra von vor geschlagen wirdHF Agile Gerät Co.,LtdEignet sich für 3D-Rekonstruktion aufgaben von Hochgeschwindigkeits-, hoch dynamischen nicht starren Objekten, die textur los und transparent sind.
In einem typischen Anwendungs fall der Rekonstruktion der 3D-Form von Hochgeschwindigkeits-Wasserstrahlen (ein textur loses, transparentes, nicht starres Objekt) haben Ingenieure beiHF Agile Gerät Co.,LtdVerwendet 4Hoch geschwindigkeit kamerasUm Kapillar wellen auf der Wassersäule oberfläche, anfängliche Bruchstellen und Tröpfchen spritzen synchron zu erfassen. Durch Anwendung der SMART-Technologie rekonstruierten sie erfolgreich die 3D-Struktur der Haupt wassersäule und die durch den Bruch ihrer Kanten erzeugten Tröpfchen.
In diesem Artikel wird eine nicht starre 3D-Rekonstruktion methode vorgestellt, die auf der synchronen multi plikativen Algebra-Rekonstruktion stech nik (SMART) basiert. Durch die Umwandlung des Problems in ein Inversion problem im Voxel raum und die Übernahme der MLOS-Initial isierung und der SMART-iterativen Optimierung werden die Einschränkungen des erweiterten technischen MVS-Pfades bei der Rekonstruktion von Hoch geschwindigkeit überwunden. dynamische nicht starre Objekte ohne Texturen (wie Flüssigkeiten, Rauch und Bogen plasmen) oder solche, die durchscheinend sind. Diese Technologie hat einen bedeutenden Anwendungs wert in Bereichen wie Strömungs mechanik forschung, Verbrennungs diagnose, Umgebungs rauch diffusions analyze und Hochgeschwindigkeits-Industrie überwachung.
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