Numerical analysis of monocular depth sensing principles and their applications in robotics:
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Karlsruhe
Inst. für Theoretische Elektrotechnik und Messtechnik
1995
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| Series: | Forschungsberichte aus dem Institut für Theoretische Elektrotechnik und Messtechnik der Universität Karlsruhe
2 |
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CONTENTS
1
INTRODUCTION
1
2
DEFINITIONS
AND
GENERAL
PROBLEM
FORMULATION
8
2.1
DEFINITIONS
.
8
2.1.1
SCENE
AND
IMAGE
.
8
2.1.2
STATISTICAL
IMAGE
PARAMETERS
.
9
2.1.3
OPTICAL
SYSTEM
FUNCTIONS
.
.
.
10
2.1.4
RANGE
SENSOR
PERFORMANCE
PARAMETERS
.
12
2.2
GENERAL
PROBLEM
FORMULATION
.
13
3
FUNDAMENTALS
OF
DEPTH
FROM
DEFOCUS
15
3.1
GAUSSIAN
POINT
IMAGING
.
15
3.2
DEFOCUSED
IMAGE
.
18
3.2.1
DEPTH
OF
FIELD
.
21
3.2.2
LATERAL
RESOLUTION
.
22
3.2.3
LONGITUDINAL
RESOLUTION
.
22
3.3
DEPTH
DETECTION
FROM
DEFOCUSED
IMAGES
.
23
VIII
CONTENTS
3.4
KNOWN
APPROACHES
.
26
3.4.1
VARIATION
OF
THE
APERTURE
STOP
.
27
3.4.2
VARIATION
OF
THE
FOCUS
SETTING
.
32
3.5
CONCLUSION
.
34
4
IMAGING
AND
CAMERA
MODELS
35
4.1
IMAGING
MODELS
.
35
4.1.1
PLANAR
OBJECTS
.
35
4.1.2
3-DIMENSIONAL
OBJECTS
.
37
4.2
LENS
MODELS
.
38
4.2.1
PHYSIC-OPTICAL
POINT
IMAGING
.
38
4.2.2
DESCRIPTION
IN
THE
FREQUENCY
DOMAIN
.
43
4.2.3
PHYSIC-OPTICAL
LENS
MODEL
.
44
4.2.4
GEOMETRIC-OPTICAL
LENS
MODEL
.
49
4.2.5
2-DIMENSIONAL
GAUSSIAN
MODEL
.
51
4.2.6
COMPARISON
.
52
4.2.7
EXPERIMENTAL
DETERMINATION
.
54
4.3
THE
IMAGE
SENSING
DEVICE
.
56
4.3.1
THE
SYSTEM
FUNCTION
.
56
4.3.2
INFLUENCE
ON
THE
OTF
.
57
5
CONCEPT
OF
A
NEW
SENSOR
SYSTEM
60
5.1
PRINCIPLES
.
60
CONTENTS
IX
5.1.1
BLUR
IDENTIFICATION
.
60
5.1.2
DEFOCUS
MEASURE
.
62
5.1.3
BRIGHTNESS
EQUALIZATION
.
63
5.2
CONTOUR
MODELS
.
65
5.2.1
IDEAL
STEP
.
67
5.2.2
RAMP
EDGE
.
68
5.2.3
ROOF
EDGE
.
70
5.3
IMAGE
SEGMENTATION
.
71
5.3.1
PRINCIPLE
.
71
5.3.2
THE
EDGE
DETECTOR
.
72
5.3.3
EDGE
LINKING
.
73
5.4
ALGORITHMIC
FORM
.
77
5.5
TECHNICAL
REALIZATION
.
78
5.5.1
EXPERIMENTAL
SETUP
.
78
5.5.2
CALIBRATION
OF
THE
OPTICS
.
79
6
RESULTS
84
6.1
OBJECT
"
BAR
PATTERNS
"
.
84
6.2
SCENE
"
FOUR
BOXES
"
.
84
6.2.1
OPTICAL
PARAMETER
EVALUATION
.
86
6.2.2
OBSERVATIONS
.
88
6.3
ERROR
SOURCES
AND
THEIR
ELIMINATION
.
89
X
CONTENTS
6.3.1
OPTICS
.
90
6.3.2
RECORDING
DEVICE
.
90
6.3.3
IMAGE
PROCESSING
.
91
7
CONCLUSIONS
92
7.1
SUMMARY
.
92
7.2
FUTURE
RESEARCH
TOPICS
.
93
7.3
FINAL
REMARKS
.
94
BIBLIOGRAPHY
95 |
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