Gleichung eines Wassertropfens finden

Anstatt weitere Kameras hinzuzufügen, fügen Sie einfach einige Spiegel hinzu.

Das Problem, das Sie haben, ist, dass Sie versuchen, Tomographie mit einem zu wenig abgetasteten System durchzuführen. Dies ist ein SEHR weites Thema - etwas außerhalb des Rahmens Ihrer Frage. Aber Spiegel funktionieren. Ich würde empfehlen, dass Sie sie so platzieren, dass alle Bilder scharf sind - je nach Schärfentiefe Ihrer Kamera müssen Sie möglicherweise auch mit dem "direkten" Pfad spielen. Aber zum Beispiel vier Spiegel, die als Paar Periskope angeordnet sind, würden es einer Kamera ermöglichen, zwei Bilder von +- 22,5 Grad aufzunehmen. Ein zweites Setup bei 45 Grad davon würde zwei weitere Ansichten für insgesamt vier ergeben. Dadurch wird die Entartung verringert.

Hier ist ein Diagramm von dem, was ich im Sinn hatte:

Sie können tatsächlich ein ähnliches Gerät kaufen – siehe zum Beispiel https://www.lhup.edu/~dsimanek/3d/stereo/3dgallery5.htm , das einige Beispiele für Bilder enthält, die mit dem Loreo-Stereoadapter aufgenommen wurden – es enthält a Bild nicht unähnlich dem Strahlteiler, den ich gezeichnet habe. Beachten Sie jedoch, dass die beiden Spiegelsätze leicht versetzt sind und dass sie "gerade nach vorne" gerichtet sind. Dadurch wird sichergestellt, dass die Fokusebenen für die beiden Seiten zusammenfallen, aber es bedeutet auch, dass es Ihnen möglicherweise schwer fällt, sehr nahe an das Motiv heranzukommen – obwohl die Staffelung dabei helfen kann. Wie auch immer - ich schlage vor, dass Sie mit dem Setup herumspielen (mit einer kleinen Perle in der Größe Ihres Tropfens), bis es mit einer normalen Kamera richtig aussieht, bevor Sie dies mit der Hochgeschwindigkeitskamera versuchen.

Da die Tropfen ziemlich klein sind, kam mir der Gedanke, dass Sie den Aufbau möglicherweise mit einem Paar Prismen vereinfachen könnten - die Grundidee ist, dass ein Prisma den Winkel des Lichts zwischen Eingang und Ausgang verschiebt. Es kann schwierig sein, das gewünschte Bild zu erhalten (Vergrößerung, Entfernung, ...), zumal ein einfaches Prisma, das Licht in einem großen Winkel biegt, eine erhebliche chromatische Aberration aufweisen kann, die das Messen der Abmessungen erschwert. Es sei denn natürlich, Sie verwenden eine monochromatische Lichtquelle (oder einen Filter an Ihrer Kamera). Wenn Sie eine digitale Farbkamera haben, können Sie sehen, ob das Betrachten nur einer der R-, G-, B-Komponenten des Bildes Ihnen ein klareres Bild geben würde ...

Wenn Sie einen flachen Teil in Ihr Prisma aufnehmen, können Sie die Anzahl der Ansichten möglicherweise auf 6 mit einem Abstand von nur 15 Grad erhöhen. Und da die "geradlinige" Sicht dann durch das Prisma kommt, glaube ich, dass die optischen Weglängen tatsächlich gleich sein werden - weil das Prisma im Grunde eine "sehr grobe Linse" ist und Linsen ihre Fokussierungssache erledigen, indem sie den gleichen Weg haben Länge für alle Strahlen von der Objektebene zur Bildebene.

Das sind nur ein paar nächtliche Gedanken. Wenn Sie einen Kumpel in der Optikabteilung haben, kann er sich wahrscheinlich weitaus bessere optische Anordnungen einfallen lassen, die dasselbe erreichen. Das ist wirklich ein bisschen so, als würde man eine Stereokamera bauen - es wurde gemacht, wie der obige Link zeigt; und es gibt eine Firma, die Zubehör für verschiedene Kameras herstellt - sie können Ihnen vielleicht genau das geben, was Sie brauchen.

PS - obwohl das schon lange her ist, habe ich während meines Studiums Hochgeschwindigkeitsfotos von Wassertropfen gemacht - das ist also eine Reise in die Vergangenheit für mich (und ja, ich hatte nur eine Kamera und mehrere Spiegel ... - aber es war ein Imacon, der 10 Mfps leisten konnte, und meine Wasserdüsen mit 0,4 mm Durchmesser liefen mit Mach 6 ...)

Eine sehr pragmatische Lösung wäre die Einführung einer 3. Kamera, die aus einem 3. Blickwinkel schaut, um das Problem klar zu definieren.

Diese Kamera muss keine so gute oder schnelle Kamera sein wie die anderen (vorausgesetzt, das sind Highspeed-Kameras), denn man braucht im Grunde nur 1 Bild, bei dem man sicher weiß, welche der 2 Möglichkeiten es ist. Dies bedeutet jedoch, dass diese Kamera mit den beiden „Haupt“-Kameras synchronisiert werden muss, was etwas umständlich sein kann.

Der Grund, warum Sie nur 1 Frame von Kamera 3 benötigen, ist, dass Sie wissen, dass die Tropfenform nicht plötzlich zwischen 2 Frames von einer Lösung zur anderen wechseln kann (es sei denn, sie sind sich sehr ähnlich, in diesem Fall betrachten Sie im Grunde eine Kugel Trotzdem). Sie können also die korrekte Form der 2 Möglichkeiten aus dem vorherigen Rahmen ableiten, dessen Form Sie kannten, oder umgekehrt aus dem nächsten Rahmen, dessen Form Sie kannten.

Wenn Sie nur die projizierten Ellipsen nehmen, benötigen Sie leider 3 Blickwinkel, um eine eindeutige Lösung zu erhalten. Bei einer 90-Grad-Trennung der Kameras gibt es immer eine Drehung des Tropfens, die Ihnen die gleichen Projektionen liefert, wie Ihr Bild zeigt (es sei denn, Sie schaffen es, es gut auf der Achse abzubilden, was wahrscheinlich unrealistisch ist). Bei anderen Winkeln zwischen den Kameras wird dies meiner Meinung nach eher zu einer allgemeinen Verformung des Ellipsoids als zu einer Drehung, aber der Effekt ist derselbe.

Wenn Sie sich für die Mathematik hinter der Rekonstruktion interessieren, können Sie hier oder hier nachsehen .

Die wahrscheinlich einfachste/am wahrscheinlichsten funktionierende Lösung ist das Hinzufügen einer dritten Kamera, aber wenn Sie dies nicht tun möchten, habe ich einige andere Vorschläge, die funktionieren könnten, aber für Ihren Fall nicht ideal sind.

Wenn dies eine Standard- Stereovisionssituation wäre, würden Sie einige gemeinsame Merkmale in beiden Bildern identifizieren und diese verwenden, um ihre 3D-Koordinaten zu bestimmen. Dies würde Ihnen einige zusätzliche Punkte geben, um Ihr Ellipsoid zu definieren. Leider neigen Wassertropfen dazu, keine signifikanten Merkmale zu haben, die Sie identifizieren können. Möglicherweise können Sie Beleuchtung verwenden, um einen Schatten über der Hälfte des Tropfens zu erzeugen. Ich bin mir aber nicht sicher, wie gut das funktionieren würde.

In ähnlicher Weise könnten Sie einen Ansatz vom Streifenprojektionstyp verwenden. Wenn Sie Laserlinien auf den Tropfen projizieren, können Sie nach Verformungen in ihrer Form suchen, um Ihnen zusätzliche Informationen zu geben. Ich bin mir nicht sicher, wie einfach es wäre, ein gutes Muster in Ihrem Maßstab zu erhalten. Ich denke auch, dass der Standardansatz mehrere Muster verwendet, die für ein dynamisches System möglicherweise nicht funktionieren.

Mein letzter Punkt wäre, können Sie damit durchkommen, es nicht zu wissen? Ihre beiden Optionen sind Drehungen voneinander und daher haben Sie viele ähnliche Eigenschaften. Ich denke, eine Kollision mit einer flachen Platte wird in beiden Fällen die gleichen Winkel haben.