Jaki detektor matrycowy do monitorowania cienia włókien tkaniny w muzeum?

Question

Witam, mam wyzwanie pomiarowe i chciałem zapytać Was o poradę. Chciałbym w długim okresie (roku) monitorować ruch tkaniny (arrasu) w muzeum. Chodzi o to, by jakoś obserwować ruch cienia włókien tkaniny rzucanego na detektor znajdujący się pomiędzy ścianą a wiszącą tkaniną. Między wiszącą tkaniną...

smiga · Accepted Answer

Jak szybko poruszają się włókna? - raz na godzinę, dobę ..., a może kilkadziesiąt razy na sekundę...?
Przyjmuje się, że jeżeli przesunięcie jest mniejsze niż pół piksela, jest ono praktycznie niezauważalne. Jeżeli wiesz jakie jest przesuniecie, dobierasz pole widzenia i rozdzielczość kamery (+odpowiedni obiektyw). Jeżeli są to bardzo małe przesunięcia, zmniejszasz pole widzenia i stosujesz obiektyw makro oraz dużą rozdzielczość kamery. Ponieważ masz tylko 10cm za obrazem, a obiektywy makro są duże (zwykły też się pewnie nie zmieści z kamerą), więc stosujesz lustro i ustawiasz kamerę równolegle do płaszczyzny ściany. Przy dłuższych krawędziach cienia (oglądanego konturu/krawędzi) można wyłapać odchylenia na poziomie 0,1-0,2 pix (a nawet lepiej).

Zerknij też na coś takiego - co prawda wymyślone zostało do detekcji wibracji, czyli szybkozmiennych ruchów, ale może zainspiruje (algorytmy pewnie będą bardzo podobne):
https://www.motionamplification.pl/produkty/

jarek_lnx · Accepted Answer

Rozproszone światło nie będzie tworzyć kontrastowego cienia. Na jeden punkt detektora będzie padać światło z różnych kierunków przez różne otwory splotu, dlatego to nie zadziała. Poczytaj jak działa Camera Obscura. Kontrastowy cień może pochodzić tylko ze źródła punktowego o małej powierzchni. Czyli musisz mieć specjalne źródło światła i musi być mocniejsze od światła rozproszonego w pomieszczeniu.

_jta_ · Accepted Answer

Może dałoby się wykorzystać mysz komputerową? W cenie między 20, a 30zł są z rozdzielczością 8000 DPI, między 45, a 60zł 12000 DPI, najtańsza 16000 DPI to już około 120zł; tak samo najtańsza 24000 DPI, są i 32000 DPI poniżej 200zł. Te najtańsze zasygnalizują przesunięcie o kilka mikronów, taka 16000 DPI - o parę mikronów, a 32000 DPI zareaguje poniżej 2 mikronów. Wada: aby śledzić ruch, mysz musi stale oświetlać tę tkaninę (raczej od spodu), trochę tego światła będzie przechodzić - a może znalazłaby się mysz z oświetleniem IR, którego nie widać? Szukałem w morele.net - Komputery - Klawiatury i myszki - Myszki gamingowe / Myszki; nie widzę informacji, jakie oświetlenie.
Zobacz jeszcze: https://www.morele.net/wiadomosc/jak-sprawdzic-dpi-myszki/16768/ - wyjaśnia, co to jest DPI.

Bardzo czuły na zmiany położenia jest obraz tworzony przez światło lasera. Potrzebny byłby laser i kamerka. Laser mógłby świecić co drugą klatkę, wtedy różnica kolejnych klatek pokaże obraz ze światła lasera.

Podejrzewam, że ruchy powietrza mogą powodować spore (w porównaniu do czułości takiej droższej myszy) przesunięcia tkaniny. Może spróbować Mysz Natec Crake 2 Pro czarna (NMY-2272) (12800 DPI, około 50zł)?

Promuję tematy:
24.11.2004 Ładowarka akumulatorków z płynną regulacją - LM 317
23.02.2003 Prostownik do ładowania akumulatorów (auto)

cranky · Accepted Answer

Prawda i nie. Full HD a 8K czy inne profesjonalstwo to różnica. Lepsza jednak matryca 9 lub 16 całkiem badziewnych kamerek. Lub jedna, powiedzmy że Full HD, ale z odpowiednią optyką (soczewka lub lustro rozbijające obraz na kilkanaście wycinków z różnych punktów. Nietypowe optyki istnieją ale są drogie. Lustra dedykowane do zastosowań są częstsze: Tu lustro do obserwowania zakrętki z każdej strony i od spodu jedną kamerką.

_jta_ · Accepted Answer

Dla ilu (orientacyjnie) punktów/obszarów ma być robiony pomiar przemieszczeń?

Optyka, która widzi z dużą rozdzielczością, musi albo być blisko, albo mieć duże rozmiary - z grubsza, średnica przysłony ma mieć tyle cm, ile metrów jest od arrasu do kamery, żeby widzieć przesunięcie o 0,15 mm.

Ten arras na zdjęciu ma wysokość ze 4m, i szerokość może nawet 10m - jeśli obserwować go całego jedną kamerą, to powinna być w odległości 10-12m - oj, niełatwo będzie o dobre obiektywy o średnicach z 10 cm.

Czy ten arras jest w pomieszczeniu udostępnianym zwiedzającym? Jeśli tak, to podczas zwiedzania będzie poruszany przez ruch powietrza.

Promuję tematy:
24.11.2004 Ładowarka akumulatorków z płynną regulacją - LM 317
23.02.2003 Prostownik do ładowania akumulatorów (auto)

viayner · Accepted Answer

Witam, Czy możesz doprecyzować cel pomiaru i jakie dane chcesz zbierać? Powyższe zdania/założenia powodują, że powtarzalność pomiaru będzie słaba lub wręcz żadna. Musisz mieć punkty odniesienia, sam absolutny pomiar nie da wiele. Są gotowe urządzenia, np. bazujące na pomiarach wiązki lasera, stosowane np. do pomiarów ruchu budynków z dużej odległości; zmieniając stosunek odległości, uzyskasz wyższą rozdzielczość. Inne podejście to skaner typu laser line profile sensor (przepraszam, nie wiem, jak to się po polsku nazywa), pomiar bezdotykowy z odległości z wystarczającą rozdzielczością. Wiele tego typu urządzeń ma wbudowany soft do analizy tego, co mierzy. Jeżeli w polu widzenia będziesz miał twój obiekt i element odniesienia, możesz dokładnie określić jego pozycję; wtedy nawet odsunięcie sensora z pola widzenia na czas obecności zwiedzających nie będzie problemem. Pozdrawiam

viayner · Accepted Answer

Witam,
jeżeli mamy być dokładni, to obraz będzie oprócz zmian, jakie wskazałeś, także płynął grawitacyjnie w dół. Nie znam warunków na sali, ale widziałem przypadki "zaskoczenia", kiedy to kształt obrazu był inny od oczekiwanego, a to za sprawą słońca ogrzewającego jeden z rogów. Jest sporo czynników, jakie powinieneś uwzględnić.
Rozważ:
- jeden sensor o dość dużym FOV, mogący monitorować cały obraz za jednym skanem, wada może być nieco za mała rozdzielczość dla całego obiektu, przypomnij rozmiary.
- kilka małych/dokładnych sensorów rozmieszczonych, a nawet demontowalnych, jeżeli będą punkty odniesienia, rozmieszczonych w krytycznych miejscach.
Pomiar w dwóch kierunkach, jak najbardziej, przecież jako wynik dostajesz profil 2D lub 3D, więc masz przesunięcia w dowolnym kierunku.
Pozdrawiam

Promuję tematy:
06.05.2024 Małe kolumny dwudrożne z bardzo dobrym dźwiękiem
30.04.2024 Konwerter adresów I2C dla INA3221 na Arduino

_jta_ · Accepted Answer

Raczej są potrzebne prążki w różnych odstępach - przy stałych przesunięcie o cały prążek będzie niewidoczne.

Porównywać ręcznie? To przecież może zrobić komputer. Tylko przydałyby się kamerki umożliwiające ustawianie ostrości na obiekt odległy o kilka cm. Nie wiem, czy są w miarę tanie kamerki pozwalające na regulację ostrości zdalnie z komputera (albo autofokus), i to jeszcze na bardzo bliskie obiekty - niestety możliwość zobaczenia małych szczegółów musi być powiązana z małą głębią ostrości, takie są prawa fizyki i tego się nie ominie.

A może taki system - to się nada lepiej, niż zdalna regulacja ostrości obiektywem: kamerka z ręcznym ostawianiem ostrości i możliwością ustawienia np. na 5cm - tak ustawiamy na stałe; kamerka zamocowana na przekładni pozwalającej na ruch tył-przód; ta przekładnia napędzana silniczkiem. Komputer każe odsunąć kamerkę od arrasu, a potem powoli jechać przybliżając ją do arrasu, i stale odbiera obraz z kamerki; wybiera najostrzejszy i zapamiętuje, i zatrzymuje ruch przekładni. I taką akcję powtarza co jakiś czas, a potem porównuje obrazy nakładając ja na siebie tak, by możliwie jak najlepiej do siebie pasowały. I wylicza, o ile arras się przesunął.

Zaleta w porównaniu do manipulowania obiektywem (przez komputer, czy autofokus w kamerce): takie manipulowanie zmienia rozmiary elementów obiektu na obrazie, i potem trudno jest nakładać i porównywać obrazy; przesuwanie całej kamerki nie zmienia tych rozmiarów dla zdjęcia, które wychodzi ostro (dla nieostrych one są różne, im bliżej, tym obraz większy).

Promuję tematy:
24.11.2004 Ładowarka akumulatorków z płynną regulacją - LM 317
23.02.2003 Prostownik do ładowania akumulatorów (auto)

TvWidget · Accepted Answer

Stała odległość bardzo automatyczną ułatwia analizę i zwiększa dokładność. Można zrobić dwa rzędy prążków z różnym rastrem. Autor pytania tego nie zaznaczył ale jeśli ma być tanio to można użyć popularnych mikroskopów USB.

kindlar · Answer

W jakim zakresie to pływanie następuje? Dziesiąte czy setne części milimetra?

Krzysztof Kamienski · Answer

@strojeckim A co z rozszerzalnością termiczną i pod wpływem wilgotności tych arcydzieł ?

strojeckim · Answer

>>21719480 Z moich informacji wynika, że raczej dziesiątych części mm.

Dodano po 15 [minutach]:

>>21719503 Razem z właściwym pomiarem ruchu będzie również mierzona temperatura i wilgotność względna (rh). Tak na marginesie to zapomniałem napisać, że ten ruch chciałbym korelować właśnie z wahaniami rh.

Dodano po 6 [minutach]:

>>21719634 Tak jak już uściśliłem, pomiar ruchu chcę korelować z wahaniami wilgotności względnej (rh) mierzonej w otoczeniu tkaniny, tak więc interesuje mnie skala godzinowa, gdyż z moich informacji wynika, że w takiej właśnie skali tkanina odpowiada na zmiany rh.

cranky · Answer

Kamera lub kilka - ale przed nie za arrasem. Dobry soft i określi zakres ruchu (znikształceń), kierunki i ogolnie jak pracuje płótno. Czujnik za arrasem musiałby myć albo ogromny i niedokładny, albo byłoby to kilkanaście czujników dla różnych stref. Ale takie czujniki w przestrzeni 10 cm wytwarzają ciepło, więc oddziałuja zamiast mierzyć.
Więc powrót- zespół kamer przed tkaniną. Zwiedzający nie będą przeszkadzać, jeśli soft będzie pisany do wykrycia mikrozmian, a odrzucać będzie błędne obrazy.

_jta_ · Answer

Arras ma pewnie rozmiary metr, albo i większe, więc jedna kamerka Full HD nie ogarnie całego tak, by zauważać przesunięcie o ułamek milimetra. Mysz komputerowa o wysokiej rozdzielczości może wykrywać mikronowe przesunięcia, ale ma układ optyczny zrobiony tak, że musi być blisko przedmiotu, inaczej światło nie trafia tam, gdzie trzeba (obejrzałem mysz, której używam - światło jest wysyłane pod kątem 15° od poziomu, i jak przedmiot jest nieco oddalony, to trafia obok, poza polem odbioru) - więc wypadałoby skorygować jej optykę, aby pozwolić umieści mysz nieco dalej od arrasu (moja działa stabilnie z odległości do 1,7 mm, a przy 1,8mm już niestabilnie).

Promuję tematy:
24.11.2004 Ładowarka akumulatorków z płynną regulacją - LM 317
23.02.2003 Prostownik do ładowania akumulatorów (auto)

strojeckim · Answer

Doprecyzuję jeszcze, że nie chodzi mi o monitorowanie całego (wielkiego arrasu), ale jakiejś wybranej jego części — jednej lub dwóch — np. gdzieś w górnej i dolnej części.
Tak, obiekt na pewno będzie na stałej ekspozycji udostępnionej dla zwiedzających, których ruch wewnątrz sali na pewno będzie w pewnym stopniu zaburzał pomiar, ale wyobrażam sobie, że będzie można wybrać do analizy tylko dane z okresów, kiedy nie ma obecności ludzi, np. w nocy po zamknięciu muzeum.

cranky · Answer

Przy ruchu ludzi to i pomiar wilgotności można sobie w buty włożyć. Sensowny byłby pomiar położenia 6 - 16 punktów lub fragmentów obrazu. Nikt nie każe kamerze obserwować wszystkiego.

strojeckim · Answer

>>21721021 Nie do końca rozumiem, co masz na myśli — jeśli chodzi o wpływ obecności ludzi na poziom wilgotności względnej, to oczywiście, że takowy jest, ale mi to nie przeszkadza, bo przecież będzie tam czujnik T/RH, który będzie rejestrował te dodatkowe wzrosty RH (i też temperatury w niewielkim stopniu) od ludzi. Źródła wilgotności nie mają dla mnie żadnego znaczenia; poza tym, dokładając jeszcze do monitoringu czujnik CO2, można dość dokładnie oszacować ten dodatkowy wpływ na poziomy RH od ludzi.

cranky · Answer

Ludzie od płótna nie są oddzieleni, poruszają się przed nim, pocą się i chuchają. Wilgotność na wysokości chuchadełek jest inna, przy podłodze inna, w pomieszczeniu inna. Jak ludzi nie ma to sytuacja jest mniej więcej klarowna, a w każdym razie powtarzalna.

strojeckim · Answer

>>21721787 W skrócie, chodzi o monitorowanie ruchu "obiektu" w odpowiedzi na zmiany wilgotności względnej w jego otoczeniu oraz próbę skorelowania skali tego ruchu z zakresem zmian RH. Tak jak wyjaśniałem wcześniej, obserwacja/monitorowanie całości ze względów techniczno-praktycznych nie wchodzi w grę, więc dla uproszczenia skupiamy się na 1 lub 2 wybranych mniejszych fragmentach (powiedzmy 10 × 10 cm).
Co do powtarzalności — wyobrażam sobie, że ponieważ codziennie (w dni normalnego funkcjonowania muzeum) na sali będą podobne warunki (zmieniające się oczywiście w cyklu dobowym), to pomiary będą w miarę powtarzalne.
Co do punktów odniesienia, to oczywiście, znając wymiary całości i względny ruch spowodowany pęcznieniem/kurczeniem się włókien, będę mógł obliczyć procentową zmianę wymiaru całości, i to dla mnie jest wystarczające.
Urządzenia laserowe (czy to punktowe, czy liniowe) znam i nawet niektóre posiadam, ale wydaje mi się, że lepiej byłoby mieć pomiar w dwóch kierunkach jednocześnie, stąd moje rozważania na temat jakichś technik obrazowania pełnopolowego.

_jta_ · Answer

FOV to chyba Field Of View, czyli po polsku pole widzenia.

TvWidget · Answer

Jeśli możesz coś doczepić z tyłu to przyklej małą naklejkę z prążkami (coś podobnego do kodu kreskowego lub QR). Nawet prosta kamera o małej rozdzielczości z odległości kilku cm pozwoli na bardzo precyzyjne monitorowanie zmiany położenia takiej naklejki. Szacunkowo 1% odległości pomiędzy prążkami
Potencjalnie tą samą metodę możesz zastosować bez naklejki zakładając, że włókna są w stałych odstępach. W czytnikach kodów kreskowych są takie miniaturowe kamery z oświetlaczem z ustawioną ostrością na małą odległość.
W ostateczności rób od tyłu zdjęcia w dużym powiększeniu małego fragmentu tkaniny i porównuj je ręcznie.

_jta_ · Answer

Wręcz przeciwnie: odpowiednio nieregularnie rozmieszczone prążki, fotografujesz je, wrzucasz zdjęcie i układ prążków do równania (dość złożone, z kilkoma transformacjami Fouriera), i jako wynik dostajesz przesunięcie. To stosują astrofizycy do określania kierunków, z jakich przychodzi kosmiczne promieniowanie gamma: przed detektorem w jakimś odstępie umieszczają "maskę" z dużą ilością dziur, sygnał z detektora pokazuje, gdzie promieniowanie przeszło, i według takiego wzoru wylicza się kierunki źródeł tego promieniowania.

To działa tak: obraz na detektorze = splot(układ dziur w masce, układ źródeł); transformacja Fouriera zamienia splot na iloczyn, czyli F(obrazu) = F(dziury)·F(źródła), a więc F(źródła) = F(obrazu)/F(dziury) i źródła = F(F(obrazu)/F(dziury)). Tylko, żeby to zadziałało, F(dziury) nie może zawierać zer - to wymaga odpowiedniego (nieregularnego) układu dziur w masce.

Promuję tematy:
24.11.2004 Ładowarka akumulatorków z płynną regulacją - LM 317
23.02.2003 Prostownik do ładowania akumulatorów (auto)

TvWidget · Answer

Ja robiłem to klasycznie. Czyli aproksymacja punktów pomiarowych funkcją sin(ax+Φ). W wyniku prostych obliczeń uzyskiwałem Φ czyli przesunięcie. Matematyka na poziomie szkoły średniej.

smiga · Answer

W których kierunkach chcesz wykrywać ten ruch?
Obraz może się poruszać X (prawo-lewo), Y (góra dół), Z (do i od ściany). Do tego dochodzą potencjalne rotacje w każdej z tych osi. Czy któreś z tych stopni swobody są dla Ciebie bardziej lub mniej istotne?

Jaki detektor matrycowy do monitorowania cienia włókien tkaniny w muzeum?

Post #1

Post #2

Post #3

Post #4

Post #5

Post #6

Post #7

Post #8

Post #9

Post #10

Post #11

Post #12

Post #13

Post #14

Post #15

Post #16

Post #17

Post #18

Post #19

Post #20

Post #21

Post #22

Post #23

Post #24

Post #25

Podsumowanie tematu