Projector Calibration Using a Markerless Plane

International audienceIn this paper we address the problem of geometric video projector calibration using a markerless planar surface (wall) and a partially calibrated camera. Instead of using control points to infer the camera-wall orientation, we find such relation by efficiently sampling the hemisphere of possible orientations. This process is so fast that even the focal of the camera can be estimated during the sampling process. Hence, physical grids and full knowledge of camera parameters are no longer necessary to calibrate a video projector

Vision numérique et modèles 3D pour imagerie moléculaire sur petits animaux par tomographie optique

Typiquement, en tomographie optique diffuse (TOD), les mesures optiques sont prises en amenant des fibres optiques en contact avec le sujet ou en faisant baigner le sujet dans un fluide adaptateur d'indice. Ces deux approches simplifient grandement le problème inverse pour la reconstruction tomographique, car seule la propagation de la lumière dans les tissus biologiques doit être considérée. Dans le cas de l'imagerie sur petits animaux, il est très difficile d'amener des fibres optiques en contact avec le sujet de façon automatisée sans l'écraser et sans changer sa géométrie. L'utilisation de fluides adaptateurs d'indice simplifie la géométrie du problème à celle du contenant, généralement de forme cylindrique, où se trouve l'animal. Par contre, il n'est pas pratique d'avoir à entretenir un tel système et il est difficile de mettre l'animal dans un fluide sans le noyer. L'utilisation de fluides adaptateurs d'indice atténue le signal optique menant à des mesures plus bruitées. Les sytèmes sans contact permettent d'éviter tous les problèmes mentionnés précédemment, mais nécessitent la mesure de la forme extérieure du sujet. Dans le cadre des présents travaux de recherche, un système de vision numérique utilisant une paire de caméras et un laser pour mesurer la forme extérieure 3D de sujets est présenté. La conception du système de vision numérique 3D vise à faciliter son intégration au système de TOD qui est présentement développé au sein du groupe TomOptUS. Le principal avantage du système de vision numérique est de minimiser la complexité du système de TOD en utlisant le même laser pour les mesures tomographiques optiques et pour les mesures 3D, permettant simultanément l'acquisition de modèles 3D et de données optiques. Cette approche permet de mesurer la position exacte à laquelle la lumière du laser est injectée dans le sujet, alors que cette postion est habituellement déduite et non mesurée par les autres systèmes. Cette information est extrêmement importante pour la reconstruction tomographique. Des mesures 3D précises (<1mm) sont obtenues à l'aide d'algorithmes pour l'étalonnage de l'axe de rotation et de translation. Des mesures 3D d'une forme de référence et d'une souris sont présentées démontrant la précision et l'efficacité du système

Gray Code Composite Pattern Structured Light Illumination

Structured light is the most common 3D data acquisition technique used in the industry. Traditional Structured light methods are used to obtain the 3D information of an object. Multiple patterns such as Phase measuring profilometry, gray code patterns and binary patterns are used for reliable reconstruction. These multiple patterns achieve non-ambiguous depth and are insensitive to ambient light. However their application is limited to motion much slower than their projection time. These multiple patterns can be combined into a single composite pattern based on the modulation and demodulation techniques and used for obtaining depth information. In this way, the multiple patterns are applied simultaneously and thus support rapid object motion. In this thesis we have combined multiple gray coded patterns to form a single Gray code Composite Pattern. The gray code composite pattern is projected and the deformation produced by the target object is captured by a camera. By demodulating these distorted patterns the 3D world coordinates are reconstructed

Fleksibilni optički digitalizacijski sustav s proizvoljnim brojem kamera

Development of the flexible multi-camera optical surface digitization system which projects non coherent coded light in two perpendicular directions is presented. By the introduction of the absolute method for stereopairs indexing the need for twofold searching through the phase images is eliminated, as well as the influence of discontinuities. Critical areas responsible for outlier generation are eliminated prior to triangulation by combining the modulation filtering of phase images and gradient filtering of the absolute phase images. Sequential triangulation process enabled triangulation of points that are not visible in all the cameras, thus providing means for digitization of partially occluded areas. Free form calibration object eliminated the need for specialized planar calibration objects, which combined with variable external camera parameters resulted in a system that can be adjusted depending on the measurement problem. In comparison to the commercial single and stereo camera systems our approach reduces the number of projections for the digitization of the complete objects.Razmatrana je problematika razvoja fleksibilnog optičkog sustava s proizvoljnim brojem slobodnih kamera koji digitalizaciju oblika površine provodi dvostrukim projiciranjem nekoherentnog kodiranog svjetla. Apsolutnom metodom određivanja stereoparova eliminirana je potreba za dvostrukim pretraživanjem faznih slika, te utjecaj diskontinuiteta. Kombinacijom amplitudnog filtriranja slike parcijalnih faza i gradijentnog filtriranja slike apsolutnih faza eliminirana su kritična područja, te smanjen broj pogrešno identificiranih stereoparova. Uvođenjem slijednog postupka triangulacije omogućeno je trianguliranje i onih točaka koje nisu istovremeno vidljive u svim kamerama, odnosno uvedena je mogućnost digitalizacije površina djelomično zasjenjenih površinskim artefaktima. Kroz kalibraciju slobodnim kalibrom eliminirana je potreba za specijalnim planarnim kalibracijskim objektima, u sprezi sa varijabilnim vanjskim parametrima kalibracije sustav postaje prilagodljiv mjernom zadatku. U odnosu na komercijalno dostupne sustave s jednom i dvije kamere novi sustav omogućava smanjenje broja potrebnih projekcija za digitalizaciju kompletnog mjernog volumena

Edge detection in unorganized 3D point cloud

The application of 3D laser scanning in the mining industry is increasing progressively over the years. This presents an opportunity to visualize and analyze the underground world and potentially save countless man- hours and exposure to safety incidents. This thesis envisions to detect the “Edges of the Rocks” in the 3D point cloud collected via scanner, although edge detection in point cloud is considered as a difficult but meaningful problem. As a solution to noisy and unorganized 3D point cloud, a new method, EdgeScan method, has been proposed and implemented to detect fast and accurate edges from the 3D point cloud for real time systems. EdgeScan method is aimed to make use of 2D edge processing techniques to represent the edge characteristics in 3D point cloud with better accuracy. A comparisons of EdgeScan method with other common edge detection methods for 3D point cloud is administered, eventually, results suggest that the stated EdgeScan method furnishes a better speed and accuracy especially for large dataset in real time systems.Master of Science (MSc) in Computational Science

Utilizando fotografias digitais de alta qualidade na geração de textura para modelos 3D

Resumo: A Preservação Digital 3D é uma área da Computação Gráfica que visa gerar modelos tridimensionais virtuais de objetos que possuem valor cultural ou cientifico. A preservação digital possibilita a visualização realística do objeto através de museus virtuais ou aplicações científicas; e a restauração do objeto preservado, em caso de desgaste natural ou acidentes. Nesta área, a representação detalhada das caracteristicas do objeto é essencial, visto que armazena informações importantes sobre o objeto preservado. Neste contexto, este trabalho apresenta um estudo sobre a geração de textura para modelos tridimensionais. Nele, é feita uma revisão sobre a modelagem da geometria e da fotometria, e é desenvolvido um algoritmo para preservar a aparência do objeto original através do uso de fotografias de alta resolução na geração de textura para o modelo 3D. Os modelos 3D renderizados com as texturas obtidas através do processo desenvolvido neste trabalho são exibidos em um museu virtual. Entre os patrim^onios digitalizados estão artefatos indígenas pertencentes ao acervo do Museu de Arqueologia e Etnologia da UFPR, e conchas e fósseis pertencentes ao Museu de Ciências Naturais da UFPR. O algoritmo desenvolvido calcula a textura de um objeto a partir do seu modelo 3D e um conjunto de imagens obtidas por um scanner a laser e uma câmera fotográfica de alta resolução. O método desenvolvido gera texturas de alta qualidade, aumentando substancialmente o realismo do modelo 3D em comparação com texturas geradas apenas por imagens do scanner. Ele também não requer nenhum aparato especial ou um grande número de fotografias coloridas, simplificando seu uso por outros pesquisadores

Optički postupak digitalizacije oblika projiciranjem kodiranog svjetla

U radu je razmatrana problematika razvoja optičkog sustava koji digitalizaciju oblika površine provodi projiciranjem nekoherentnog kodiranog svjetla. Cilj je razvoj fleksibilnog sustava s proizvoljnim brojem kamera koji će imati mogućnost variranja vanjskih parametara kalibracije. želi se poboljšati prilagodljivost sustava mjernom zadatku, smanjiti broj potrebnih projekcija za digitalizaciju kompletnog mjernog volumena te postići povećanje prostorne rezolucije bez povećanja rezolucije kamera. Eliminirat će se potreba za specijalnim planarnim kalibracijskim objektima, odnosno ostvariti mogućnost kalibracije sustava s više kamera slobodnim kalibrom. Primjena metode izjednačenja zrakovnog snopa omogućila je variranje vanjskih parametara kalibracije te modeliranje proizvoljnog broja kamera. Mogućnost promjene orijentacije kamera dovodi do veće slobode u prilagođavanju projekcijskog sustava zadanom mjernom zadatku. Eksperimentalno je dokazano da se sustav sa četiri kamere u više konfiguracija može kalibrirati korištenjem mjernog objekta kao slobodnog kalibracijskog objekta. Povećanje broja kamera dovodi do ujednačavanja unutrašnjih parametara kalibracije, što je posebno izraženo kod slobodnog prostornog kalibracijskog objekta. Predloženom apsolutnom metodom određivanja stereoparova za unakrsno projicirane svjetlosne uzorke vremenskog faznog pomaka i Gray koda, eliminirana je potreba za dvostrukim pretraživanjem faznih slika, te utjecaj diskontinuiteta. Ubrzano je indeksiranje stereoparova, svaki piksel u korištenoj kameri kodiran je jedinstvenim kodom, neovisno o susjednim pikselima i susjednim kamerama. Kombinacijom amplitudnog filtriranja slike parcijalnih faza i gradijentnog filtriranja slike apsolutnih faza eliminirana su kritična područja, te smanjen broj pogrešno identificiranih stereoparova. Uvođenjem 1,2,3,4 načina analize povećana je prostorna rezolucija, odnosno definicija površinskih detalja. Uvođenjem 4-3-2 postupka triangulacije omogućeno je trianguliranje i onih točaka koje nisu istovremeno vidljive u svim kamerama, a njihovom kombinacijom postignuta je i mogućnost digitalizacije površina djelomično zasjenjenih površinskim artefaktima. Provedenim eksperimentima pokazalo se da je povećanje broja kamera i mogućnost variranja vanjskih parametara orijentacije kamera dovelo do povećanja potpunosti digitalizacije površine, odnosno do smanjenja neophodnog broja projekcija u odnosu na sustave prethodnih tipova