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Toward stereovisual monitoring of three-dimensional translations with submicrometer resolution.

Published date

Toward stereovisual monitoring of three-dimensional translations with submicrometer resolution.

μm未満の解決による3次元翻訳のステレオ視覚のモニタリングの方へ。

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Author

Patrick Sandoz, Imen Elhechmi, Tijani Gharbi

Affiliation

Département Mécanique Appliquée, Institut FEMTO-ST, UMR CNRS 6174, Université de Franche-Comté, 24 rue de l’Epitaphe, Besançon 25000, France. patrick.sandoz@univ‑fcomte.fr

Abstract

We reported on stereovisual localization of a labeled target versus three-dimensional (3D) position and orientation with a resolution of a few micrometers [Opt. Express 18, 24152 (2010)]. A pseudo-periodic pattern (PPP) is fixed on the target, whose center is identified with subpixel accuracy in both stereo images. This subpixel position definition is fed into the geometrical model of the stereovision system and, thus, leads to subvoxel resolution in the 3D target positioning. This paper reports on improvements and specialization of the method for addressing the measurement of 3D translations: (a) The use of an encrypted PPP wider than the field of observation of the cameras has two beneficial effects. First, the allowed lateral target displacements are wider than the field of view of each camera, thus extending the workspace volume. Second, the 3D position is always derived from the same zone located at the center of the camera sensor chip. A simplified geometrical model is thus sufficient, and the effects of the lens distortions lead to a different kind of calibration issues. (b) By considering only translations, the pattern directions remain stationary in the recorded images. Two-dimensional Fourier transforms are then replaced by single dimension ones, thus reducing the computation time. (c) The choice of a higher magnification lens allows the achievement of submicrometer resolution in target position determination. This level of performance makes the method attractive in various automated applications requiring microstage position control and sensing. This approach may, for instance, fulfill the requirements for the coarse positioning of specimens in front of nanotechnology instruments that are equipped with their own high-accuracy but short-excursion-range translation stages.

 

我々は2、3マイクロメートルの解答でラベルをつけられた目標対3次元(3D)位置とオリエンテーションのステレオ視覚の局在について報告した[選択する。
18、24152を(2010)表す]。
偽周期的パターン(PPP)は、目標(中心は両方のステレオ像でサブピクセル精度と同一視される)に負う。
このサブピクセル位置定義はステレオ視力システムの幾何学的なモデルに入れられる、そして、このように、3Dの下位ボクセル解像度に対する導出は位置決めを目標とする。
本論文は、3D翻訳の測定について述べる方法の改善と専門化について報告する: (a) 暗号化されたPPPの使用には、カメラの観察の分野より広く、2つの薬効がある。
第一に、許された横の目標置換は各カメラの視野より広い。
このように、ワークスペース・ボリュームを広げる。
第2には、3D位置は、カメラ・センサー・チップの中心に位置する同じ帯に、常に由来する。
簡略化された幾何学的なモデルはこのように充分である、そして、水晶体歪曲の効果は異なる種類の較正問題につながる。
(b) 翻訳だけを考慮することによって、パターン方向は、記録された像で動かないままである。
それから、二次元フーリエ変換は独りの寸法人と置き換えられる。
このように、計算時間を減らす。
(c) より高度な拡大水晶体の選択は、μm未満の解決の成就を目標位置の決定で許す。
成績のこのレベルは、方法をマイクロ段階位置制御と検知を必要としているさまざまなオートメーション化したアプリケーションで魅力的にする。
このアプローチは、例えば、標本の粗い位置決めの要件を短い-旅行-範囲翻訳段階以外の自分自身の高い精度を備えている微小工学器具の前で満たす可能性がある。


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