3d реконструкция мелких объектов посредством фокус-стекинга

Обсуждение / Техника фотографии / Форум

В энтомологии иногда возникает необходимость показать экземпляр насекомого специалисту для определения вида. Если оный проживает за тридевять земель, то это представляло проблему всегда, а теперь уж и подавно. Даже если Вам нетрудно отправить экземпляр по почте, стоит сперва десять раз подумать, ежели он редкий. Не буду называть имен, но одно крупное светило украинской мирмекологии заныкало переправленный мною с большим трудом через линию блокады материал, после чего перестало отвечать на письма. Так что я более не увидел ни муравьев, ни определения. Хорошо, что муравьи - общественные насекомые, да еще и с многолетними семьями, но бывают случаи, когда экземпляров в твоем распоряжении всего-ничего, и добыча новых не гарантирована. Простой и безопасной альтернативой является отправка не самих объектов, а их фотографий. Современные технологии позволяют получать цифровые изображения мелких объектов не менее детализированное, чем то, которое можно увидеть своими глазами в бинокуляр. Но есть один нюанс - это плоское изображение, а многие диагностические признаки правильно передаются только в объеме. В связи с этим некоторые специалисты просто отказываются делать какие-либо заключения на основе одних только фотографий. Однако выход есть: https://www.google.com/search?num=100&q=focus stacking 3d Как можно заметить, перейдя по ссылке, реконструкция формы мелких объектов методом фокус-стекинга - является достаточно популярной темой для обсуждения, в том числе в научных статьях. Предлагается много различных алгоритмов, включая нейросети, но и более примитивные подходы справляются неплохо. Применяемая математика и ПО, в которой она реализована, а также формы выдачи результата разнообразны, но процесс съемки неизменен: делается большая серия кадров с одного ракурса со сдвигом фокуса (этим данный метод принципиально отличается от фотограмметрии, более применимой для крупных объектов, где предмет фотографируют с разных ракурсов). Чтобы получилось качественно, необходимо выполнить следующие условия: 1. ГРИП одиночного кадра должна быть как можно уже, для чего следует использовать объектив с большой апертурой, но при этом резким по всему полю изображением. Из того, что доступно мне, этим требованиям отвечают только объективы микроскопов, среди которых могу порекомендовать два: ЛОМО 3,7/0,11 и Zeiss Jena Semiplan 6,3/0,16. Оба они рассчитаны для микроскопов с тубусом 160 мм, например, серий МБР, МБИ и Биолам, и нередки на барахолках. Цена - до 500 р. 2. Сдвиги фокуса между кадрами должны быть строго одинаковыми и небольшими. Опытным путем установлено, что при соблюдении штатного заднего фокального отрезка (расстояние от упора оправы объектива до матрицы фотоаппарата 150мм) для объектива 6,3Х оптимален сдвиг на 0,004 мм (2 деления барабана МБР-1), для 3,7Х - в два раза больше. 3. Снимков в стопке должно быть достаточно много (более 50). 4. Очень важно позаботиться о качественном рассеянном освещении, не дающем бликов на объекте, иначе будут жуткие артефакты. Иллюстрация. Результат обычного совмещения 66 снимков головы наездника Dibrachys sp. в программе Zerene Stacker 1.04 методом PMax: Скульптура покровов передана хорошо, но вот общая форма не совсем очевидна. В данном случае ее еще можно вообразить, поскольку специально переменил при съемке слегка асимметричное освещение, а если бы оно было кольцевым, как обычно принято, то форма не читалась бы вообще. А это то же самое, но с включенной опцией поворота по двум осям: В результате программа выдала 5 изображений, которые я впоследствии соединил в один APNG. Более более популярный формат GIF не рекомендую, поскольку в нем выходит очень зернистая картинка с неестественными цветами. Имея возможность наблюдать эту голову своими глазами, могу сказать, что реконструкция формы очень близка к оригиналу. Например, отчетливо видно, что лицо выпуклое, а не плоское, как у одного близкого вида. Конечно, сделать модель всей поверхности объекта таким способом не получится. Максимальный угол поворота, при котором сохраняется приемлемый уровень артефактов с моей оптикой составляет около 10 градусов. Но, на мой взгляд и этого вполне достаточно для правильного понимания формы во фронтальной проекции, и ничто не мешает проделать то же для любой другой. Не знаю, будет ли полезно вышеизложенное ботаникам, но вероятно, таким же образом можно строить модели плодов, семян и цветков. Вот с целым растением если и получится, то разве что на аппарате среднего формата (а лучше - большого :) ), в противном случае ГРИП будет избыточна для правильной работы алгоритма. И или же у вас найдется в хозяйстве макрообъектив с относительным отверстием больше, чем 1:1 :D

Спасибо, Илья, за важную и для ботаников информацию. У растений часто тоже важен объем и микрофото, а мы определяем тут исходя из того, что есть :rolleyes:

Прикольная голова получилась! А муравьев можно, если ещё есть, послать Залиму Юсупову в Нальчик.

В принципе, мне уже без надобности, я сам определил и опубликовал. За что получил от другого светила украинской мирмекологии (или подсветильника?) упрек в "поддержке террористической организации" поскольку в статье написано "Донецк, ДНР",но никаких замечаний по поводу определение, что радует. В общем лучше с украинскими биологами вообще не связываться и ничего им не показывать, а уж тем более передавать, - кукушка у большинства из них уехала далеко и надолго.

Опробовал технологию теперь и на растительном объекте: https://forum.plantarium.ru/viewtopic.php?pid=475111#p475111.