'Visual Hull' mit Hilfe von Spiegeln

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1 'Visual Hull' mit Hilfe von Spiegeln hwww.dip.ee.uct.ac.za/~kforbes/doublemirror/doublemirror.html Dreidimensionales Computersehen Dr.-Ing. Simon Winkelbach 1 Zur Kameraposition und -orientierung Parameter einer Lochkamera Extrinsische Parameter: Kamerakoordinatensystem im Brennpunkt mit 6 Freiheitsgraden: Position,, und Orientierung,, Intrinsiche Parameter:,, Brennweite optisches Zentrum Ausdehnung eines Pixels C, Kamerakoordinatensystem Dreidimensionales Computersehen Dr.-Ing. Simon Winkelbach 2

2 Elementare homogene Transformationsmatrizen Translation: 1 Trans 0 1 Rotation um x-achse: Rot 0 cos 0 sin Rotation um y-achse: cos 0 Rot sin 0 Rotation um z-achse: Rot cos sin sin cos sin 0 cos 0 sin 0 cos 0 Skalierung: Scale Perspektive: Persp Orthogonale Projektion: Orth Dreidimensionales Computersehen Dr.-Ing. Simon Winkelbach 3 Berührungslose Rekonstruktion Oberflächenkoordinaten Oberflächenorientierungen Volumetrische Daten passiv Stereo Sehen Shape from Focus/Defocus Shape from Silhouettes (Visual Hull) Shape from Shadow Structure from Motion Shape from Shading Shape from Texture Shape from Reflection aktiv Lichtschnitt / Laserscanning Codiertes Licht Phasenshift Strukturiertes Licht Time-of-Flight (Licht, Ultraschall, Radar) Photometrisches Stereo Shape from Stripe Pattern CT MRT PET (Ultraschall) Dreidimensionales Computersehen Dr.-Ing. Simon Winkelbach 4

3 DAVID 3D Scanner Best Paper Award DAGM Dreidimensionales Computersehen Dr.-Ing. Simon Winkelbach 5 Seit Veröffentlichung von DAVID im Internet Zahlreiche Presseartikel Gekürt zu den TOP16 Innovationen des Landes Niedersachsens 2006 > Downloads weltweit Benutzer-Forum mit regem Erfahrungsaustausch (> Mitglieder, > Beiträge) Top Google-Ranking für die Suchbegriffe 3D Scanner und David Gründung der DAVID Vision Systems GmbH Anfang 2009 Gekürt zu den Top7 Consumer Highlights der CeBIT 2009 Viele weiter lokale Auszeichnungen Dreidimensionales Computersehen Dr.-Ing. Simon Winkelbach 6

4 Schritt 1: Kalibrierung der Kamera Kalibrierung = Bestimmung von Kameraparametern Extrinsiche Parameter:,,,, Position der Kamera Rotation der Kamera Intrinsische Parameter:,, Brennweite Seitenverhältnis eines Pixels Bildkoordinate des Verzerrungszentrums Radiale Linsenverzerrung Berechnungsschritte: Detektion der dunklen Punkte Zuordnung von Bildpunkten nach Raumpunkten Mathematische iterative Optimierung der Kameraparameter Ergebnis: Mathematisches Kameramodell Für jeden Pixel kann ein Sehstrahl berechnet werden Kompensation von Linsenverzerrungen Dreidimensionales Computersehen Dr.-Ing. Simon Winkelbach 7 Schritt 2: Detektion der Laserlinie im Bild A) Vorverarbeitung: Bild mit Laser Referenzbild ohne Laser Differenzbild B) Subpixelgenaue Detektion: Für jede Bildzeile Berechnung des Schwerpunkts der beleuchteten Pixel Schwerpunkt Schwelle gedrehter Bildausschnitt Grauwert über y-achse Dreidimensionales Computersehen Dr.-Ing. Simon Winkelbach 8

5 Schritt 3: Online-Kalibrierung des Lasers RANSAC-Ansatz (Random Sample Consensus, Fischler, 1981) Schnelle Generierung von Hypothesen Wähle zufällig drei Laserpixel a, b, c aus Angenommen sie gehören zum Hintergrund Schnitt von Sehstrahlen durch a, b, c und Hintergrundgeometrie liefert 3d Punkte A, B, C Hypothese für die Lage der Laserebene im Raum Schnelle Bewertung der Hypothese Qualitätskriterium: Anzahl der Laserpunkte, die zur Ebene passen (Inlier) Schnelle Hochrechnung um Zeit zu sparen Wiederhole Schritte bis Zeitlimit erreicht - oder - Sehr gute Hypothese gefunden wurde Dreidimensionales Computersehen Dr.-Ing. Simon Winkelbach 9 Schritt 4: Triangulation der Oberflächenpunkte Gegeben: Sehstrahls r (über das kalibrierte Kameramodell) Laserebene E laser (über die Online-Laser-Kalibrierung) Für alle Laserpixel: Berechne Operflächenpunkt p durch Schnitt von r und E laser p = r E Laser Dreidimensionales Computersehen Dr.-Ing. Simon Winkelbach 10

6 Schritt 5: Interpolation und Filterung Der Anwender bewegt die Laserlinie über das Objekt Gleichzeitiger Feedback auf dem Bildschirm Hierdurch können: mögliche Ausreißer korrigiert werden Interessante Regionen genauer gescannt werden Interpolation der Lücken Optional: Glättung durch Averaging - oder Median -Filter Die ersten gescannten Linien Nach wenigen Sekunden Ergebnis der Filterung Dreidimensionales Computersehen Dr.-Ing. Simon Winkelbach 11

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