تصویربرداری سه‌بعدی از میدان دید دوربین (Metavision) با تکنیک نوردهی چندگانه

اول از همه باید محیط آزمایش رو آماده کنیم. ایده اصلی اینه که با یه دوربین (دوربین متاویژن)، از یه دوربین دیگه (دوربین تست) و محدوده دیدش عکس بگیریم. برای این کار، از یه مانیتور کامپیوتر استفاده می‌کنیم تا برش‌های دوبعدی از میدان دید رو نشون بدیم و همزمان مانیتور رو تو فضای سه‌بعدی به عقب و جلو حرکت می‌دیم.

دوربین تست رو دقیقا روبه‌روی مانیتور قرار بده. مانیتور باید روی یه میز کار باشه که فضای کافی برای عقب و جلو رفتن داشته باشه. برای اینکه کار راحت‌تر بشه، می‌تونی زیر مانیتور چرخ‌های کوچیک (مثل چرخ اسکیت) نصب کنی یا اون رو روی یه سطح صیقلی بذاری تا خیلی نرم و روون حرکت کنه.

تو عکسی که می‌بینی، دوربین تست (که یه دوربین دست‌ساز تک‌پیکسلیه) سمت چپ قرار گرفته و دوربین اصلی که قراره عکس‌های نهایی رو ثبت کنه، سمت راسته.

چون قراره تو این پروژه چندین عکس با نوردهی‌های مختلف رو با هم ترکیب کنیم، اول باید دوربین متاویژن (همون دوربینی که عکس نهایی رو می‌گیره) رو کالیبره کنیم. این کار بهت کمک می‌کنه تا منحنی پاسخ دوربین رو به دست بیاری:

1. دوربین رو روی سه‌پایه کاملا ثابت کن تا اصلا تکون نخوره. حالا تنظیمات دوربین رو روی حالت دستی بذار و یه سری عکس پشت‌سرهم بگیر که تنها تفاوتشون تو میزان نوردهی باشه.
2. با مقایسه این جفت‌عکس‌ها، معادله کالیبراسیون و تفاوت‌های نوری رو محاسبه کن.
3. در نهایت با حل این معادله، تابع پاسخ دوربین رو به دست بیار تا موقع ترکیب عکس‌ها، نورپردازی کاملا دقیق و طبیعی دربیاد.

حالا وقتشه که برش‌های دوبعدی از میدان دید دوربین تست رو ثبت کنیم. برای پیدا کردن لبه‌های دید دوربین، دو تا روش داری: روش ساده اینه که یه منبع نور رو از مرکز دید دوربین به سمت بیرون حرکت بدی تا جایی که نور از کادر خارج بشه.

اما روش پیشرفته‌تر اینه که یه مربع سفید (یا مستطیل متناسب با سنسور دوربین) رو روی مانیتور نمایش بدی و اندازه‌اش رو کم‌کم بزرگ کنی. دقیقا همون نقطه‌ای که مربع از کادر سنسور دوربین خارج می‌شه و خروجی دوربین افت می‌کنه، لبه میدان دیدته. اگه دوربینت به میکروکنترلر وصله، حتی می‌تونی این فرآیند رو به کمک کدهای برنامه‌نویسی کاملا خودکار کنی!

برای رسم این مربع‌های روی مانیتور می‌تونی از نرم‌افزارهای مختلف مثل ابزارهای رسم نمودار آنلاین استفاده کنی. پس‌زمینه رو کاملا مشکی کن و داخل مربع رو هم خالی بذار تا فقط خطوط دورش مشخص باشه.

حالا مانیتور رو تو فاصله‌های مختلفی از دوربین تست قرار بده. تو هر فاصله، اندازه مربع رو طوری تنظیم کن که دقیقا رو مرز دید دوربین (نه خیلی داخل، نه خیلی بیرون) باشه. تو همین حالت، با دوربین اصلیت از کل این صحنه (دوربین تست به همراه مانیتور) عکس بگیر.

یادت نره یه عکس هم از خود دوربین تست به تنهایی بگیری. همون‌طور که تو تصاویر می‌بینی، ما یه عکس از دوربین، یه عکس از مربع کوچیک تو فاصله نزدیک و یه عکس از مربع بزرگ تو فاصله دورتر ثبت کردیم.

تو این مرحله باید عکس‌هایی که گرفتیم رو با هم ترکیب کنیم تا اون تصویر سه‌بعدی شگفت‌انگیز شکل بگیره. ما اینجا سه تا عکس پایه داریم: عکس اول فقط خود دوربین تسته (بدون مربع و با مانیتور خاموش)، عکس دوم مربوط به مربع کوچیک تو فاصله نزدیکه و عکس سوم هم مربع بزرگ تو فاصله دورتر رو نشون می‌ده.

حالا با استفاده از همون تابع پاسخی که تو مرحله کالیبراسیون به دست آوردیم، این سه تصویر رو روی هم میندازیم. وقتی مقادیر نوری هر عکس رو به درستی با هم ترکیب می‌کنی، خروجی نهایی شکل می‌گیره که دقیقا مثل یه مخروط نوری جلوی دوربین ظاهر می‌شه؛ نتیجه‌اش رو می‌تونی تو تصویر بالا ببینی!

این فرآیند رو می‌تونی برای فاصله‌های بیشتر و مربع‌های متعدد تکرار کنی. هرچی تعداد این برش‌های دوبعدی بیشتر باشه، تصویر سه‌بعدی نهاییت از میدان دید دوربین، دقیق‌تر و جذاب‌تر می‌شه. حسابی با فاصله‌ها و نورها بازی کن تا به بهترین نتیجه برسی.

به عنوان یه ایده تکمیلی، می‌تونی این تکنیک رو وارد دنیای واقعیت مجازی کنی و با نرم‌افزارهای طراحی سه‌بعدی مثل OpenBrush، میدان دید دوربین‌ها رو تو فضاهای مجازی هم شبیه‌سازی کنی. امیدوارم از این آزمایش علمی و جذاب لذت برده باشی. ترکیب اپتیک و پردازش تصویر همیشه نتایج شگفت‌انگیزی داره.

اگه این پروژه رو انجام دادی یا ایده‌ای برای ارتقاش به ذهنت رسید، حتما بسازش و نتیجه رو با دوستانت به اشتراک بگذار. موفق باشی و مثل همیشه تو آیسی‌مدار منتظر پروژه‌های خلاقانه بعدی باش!