Structure-from-Motion. Christina Mundhenk Leo Sylvio Rüdian Marcel Kliemannel

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1 Structure-from-Motion Christina Mundhenk Leo Sylvio Rüdian Marcel Kliemannel

2 Fahrplan Structure-from Motion Workflow mit SIFT & Bundle Adjustment mit SURE Probleme/ Grenzen Technik Metrik und Vergleich Anwendungsbeispiel

3 Motivation Unterschiedlicher Standpunkt der Kameras für jedes Foto (Höhe, Rotation, Distanz) Keypoints

4 1. Möglichkeit: Structure-from-Motion Workflow mit SIFT und Bundle Adjustment

5 Structure-from-Motion Workflow (SfM) Fotos SIFT Bundle Adjustment und 3D Scence Reconstruction CMVS CMPMVS PMVS2 Keypoints (Features) Dünne Punktwolke Dichte Punktwolke

6 Scale Invariant Feature Transform (SIFT) Keypoints finden (Ecken, Flecke) Für jeden Keypoint wird ein Histogram der Gradienten erstellen Für jede Spitze im Histogram ein Vektor Alle Vektoren im Keypoint descriptor (Features) zusammengefasst Grafiken-Quelle:

7 Scale Invariant Feature Transform (SIFT) Beispiel: Einzelne Features

8 Scale Invariant Feature Transform (SIFT) Features sind unabhängig von Skalierung und Rotation der Fotos Jedes Foto wird mit jedem Foto auf passende Feature Matches verglichen Keypoints hängen von der Textur des Objektes, Pixel Auflösung (Größe des Bildes) und Spatial Auflösung (feinste erkennbare Struktur) ab Fotos sollten sich möglichst großzügig überlappen und eine möglichst kleine Verschiebung der Kamera

9 Scale Invariant Feature Transform (SIFT) Beispiel: Matching Features

10 Bundle Adjustment und 3D Scene Reconstruction Aus den extrahierten Features werden die Positionen der Kameras geschätzt Ein Track (Contraint für Kamera-Positionen) zwischen min. 2 Features in der Menge der Bilder erzeugt Rekonstruktion aus der Minimierung des Fehlers zwischen der gemessenen und geschätzten Position aller Features 3D-Punkte aus Triangulation und die Szenengeometrie wird zu einem relativen Koordinatensystem fixiert

11 Bundle Adjustment und 3D Scene Reconstruction Beispiel: Dünne Punktwolke

12 CMVS & PMVS2 Clustering View for Multi-view Stereo (CMVS) Für jede berechnete Kamera-Position werden die überlappenden Original Bilder in unabhängige Cluster zerlegt Patch-based Multiview Stereo (PMVS2) Berechnet aus den Clustern die einzelnen 3D- Punkte Resultat: Dichte Punktwolke Alternative CMPMVS

13 2. Möglichkeit: Structure-from-Motion Workflow mit SURE

14 SURE Fotos Rektifizierung Bundle Adjustment Generiere Punktwolke Normalbilder Tiefenkarte 3D-Punktwolke

15 SURE

16 SURE Ergebnis Kamera: Canon EOS 550D

17 Probleme & Grenzen

18 Grenzen

19 Grenzen

20 Grenzen Funktioniert nur wenn Oberflächen sichtbar und zugänglich sind. Sind Bilder zu dunkel, werden keine Matches gefunden. Zu detaillierte Strukturen führen zu Fehlern.

21 Overhead Bilder Canon PowerShot (34): 68,8 MB Projektdateien (CMPMVS): 14,5 GB Projektdaten (SURE): 1,8 GB Model (*ply): 87,5 MB

22 Technik

23 Technik 0,3 Megapixel 4 Megapixel 10 Megapixel 18 Megapixel Sensor (7,6 x 5,7 mm) Sensor (22,3 x 14,9 mm)

24 Vergleich der Ergebnisse

25 Vergleich

26 Vergleich Canon EOS 550D CMPMVS, tageslicht Canon PowerShot S95 CMPMVS, kunstlicht

27 Metrik für die Ergebnisse

28 Metrik Kriterien Anzahl Bilder Durchschnittliche Größe pro Bild (MB) Pixel pro Bild Umgebungslicht Anzahl cams (Visual SFM) Prozentualer Anteil verwendeter Bilder (Visual SFM) Anzahl projections (Visual SFM) Anzahl pts (Visual SFM) Vertices Faces Größe der *.ply (MB)

29 Metrik

30 Metrik

31 Metrik

32 Metrik Anzahl Bilder Durchschnittliche Größe pro Bild (MB) Pixel pro Bild Umgebungslicht Anzahl cams (Visual SFM) Prozentualer Anteil verwendeter Bilder (Visual SFM) Anzahl projections (Visual SFM) Anzahl pts (Visual SFM) Vertices Faces Größe der *.ply (MB)

33 Metrik

34 Anwendungsbeispiel

35 Wie messen wir den Testy Brett: 9,0 cm (Zollstock) Brett: 0, (MeshLab) Testy: 3,49314 (MeshLab) Testy: 38,77 cm (berechnet)

36 Structure-from-Motion Christina Mundhenk Leo Sylvio Rüdian Marcel Kliemannel

37 Quellen

38 Quellen de/cv/vorlesungen/ws1415/material/bundleseminar14.pdf

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