3D-FORENSICS - MOBILE HIGH-RESOLUTION 3D-SCANNER AND 3D DATA ANALYSIS FOR FORENSIC EVIDENCE

The paper presents the 3D-Forensics project to develop a mobile high-resolution 3D scanning system for the recovery and analysis of footwear and tyre impression trace evidence left at crime scenes halfway through the project’s duration

Aktive daten- und modellbasierte Sensorpositionierung zur 3-D Vermessung

Im Bereich der dreidimensionalen Objektrekonstruktion und -inspektion ist die Ansichtenplanung eines der zentralen Probleme. Es erlaubt die Bestimmung geeigneter Sensorparameter, um ein Messobjekt hochgenau und vollständig mit wenigen Ansichten zu erfassen. Dadurch können kürzere Ansichtenpläne erstellt werden, welche zu genaueren und vollständigeren Rekonstruktionen führen. Traditionelle Verfahren zur Ansichtenplanung, der Bestimmung der besten nächsten Ansicht (Next Best View, NBV) streben entweder nach der Maximierung der Vollständigkeit oder der Minimierung der Unsicherheit. Im Gegensatz dazu erlaubt die in dieser Arbeit vorgestellte modellbasierte Mehrschrittplanung, unter Berücksichtigung des zum größten Eigenwert der geschätzten Messunsicherheit gehörenden Eigenvektors (sog. erweitertes E-Kriterium), die gemeinsame Optimierung von Vollständigkeit und Genauigkeit. Dazu muss der verwendete Sensor genau modelliert und seine charakteristische Messunsicherheit experimentell bestimmt werden. Der gezeigte Ansatz ist sowohl in der daten- als auch der modellgetriebenen Ansichtenplanung anwendbar. Die Planungsmethode erzielt auch bei komplexen Messobjekten gute Ergebnisse. Die vorliegende Arbeit setzt den Planungsansatz in einen der Messdatenaufnahme vorangestelltem Berechnungsschritt für einen streifenprojektionsbasierten 3-D-Scanner um, veri?ziert die Vorteile durch Experimente und vergleicht die erzielten Ergebnisse mit menschlichen Bedienern und einem aktuellen Ansatz aus der Literatur. Dazu wird eine umfangreiche Bewertungsmethodik entwickelt. Diese umfasst neben einem komplexen Testobjekt für die Ansichtenplanung auch die detaillierte Bewertung der Messergebnisse hinsichtlich der benötigten Ansichtenanzahl, erzielten Vollständigkeit und Genauigkeit. Die vorgestellten Methoden werden zusätzlich zum Testobjekt auch mit verschiedenen, repräsentativen Messobjekten für die 3-D Rekonstruktion und Inspektion getestet

Medição óptica, comparação e sinalização de superfícies com forma livre de grande extensão

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010Muitas superfícies, como cascos de navio, "carenagens" de automóveis e aeronaves, assim como pás de rotores de turbinas hidráulicas ou de aerogeradores são típicos exemplos de superfícies com forma livre. Como qualquer peça produzida pela industria, peças que contenham superfícies livres também devem ser medidas para realizar seu controle geométrico, garantindo assim que a função do produto seja realizada de forma satisfatória. Sistemas ópticos de medição são cada vez mais utilizados para a medição de superfícies livres. Isto se deve ao fato de medições por princípios ópticos possuírem diversas vantagens: (a) medição sem contato; (b) rapidez de medição, onde milhões de pontos podem ser medidos em poucos segundos; (c) relativa portabilidade e (d) incertezas de medição comparáveis a sistemas de medição com contato. Um sistema óptico portátil, capaz de realizar a medição de superfícies livres de grande extensão, compará-las com superfície de referência e ainda sinalizar localmente parâmetros de interesse através da projeção de mapas de cores na própria superfície, foi desenvolvido no âmbito da tese. O sistema funde os princípios de visão estéreo passiva e ativa. Alvos circulares são utilizados para concatenar nuvens de pontos tridimensionais em relação a um sistema de coordenadas global. Algoritmos desenvolvidos realizam o cálculo destas nuvens de pontos de forma intrinsecamente estruturada em uma única malha regular, possibilitando ainda utilizar um número qualquer de câmeras e um projetor de luz estruturada. A calibração do projetor, como uma câmera invertida do ponto de vista da óptica geométrica, possibilita calcular e projetar um mapa de cores na própria superfície auxiliando o controle dimensional e o acompanhamento de intervenções. Avaliações experimentais, utilizando diversos tipos de padrões geométricos e superfícies livres calibradas, demonstram a viabilidade e as vantagens de utilização dos métodos propostos.Many surfaces, such as ship hulls, fairing of automobiles and rotors of water or wind turbines are typical examples of free form surfaces. Like any pieces produced by industry, parts that contain free form surfaces should also be measured, to ensure that the product function is performed satisfactorily. Optical measuring systems are increasingly used for the measurement of free form surfaces. Measurement by optical principles have several advantages: (a) non-contact measuring, (b) speed of measurement, where millions of points can be measured in seconds, (c) high portability and (d) measurement uncertainties are comparable to contact measurement systems. A portable optical system, capable of measuring free form surfaces over large areas, comparing them with reference surfaces and locally project color maps on the surface to signal parameters of interest, was developed within the thesis. The system merges passive and active stereo vision. Circular targets are used to concatenate three-dimensional point clouds for a global coordinate system. Algorithms perform the calculation of these point clouds intrinsically structured into a single regular mesh, allowing also the use of any number of cameras and a structured light projector. The calibration of the projector, as an inverted camera, allows to calculate and design a color map, to signalize the surface, helping the dimensional control and monitoring of interventions. Experimental evaluations, using diferent kinds of geometric patterns and calibrated free form surfaces demonstrate the feasibility and the advantages of using the proposed methods