Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

3-D-Geometriebestimmung von Objekten mittels adaptiver Projektion (AdPro)

15.03.2007
Aktive stereoskopische Systeme gewinnen zunehmend an Relevanz in der 3-D-Rekonstruktion von Objektoberfächen. Solche Systeme bestehen aus einer Lichtquelle und zwei oder mehr Kameras. Bei der Lichtquelle kann es sich um ein Lichtmodulatorsystem oder einen Videoprojektor handeln. Die Kameras erfassen das Objekt aus verschiedenen Perspektiven.

Um 3-D-Koordinaten zu berechnen, projiziert der Projektor ein bestimmtes Lichtmuster auf das Objekt, welches von den Kameras aufgenommen wird. Durch Bildverarbeitungsmethoden werden die 2-D-Bildkoordinaten von signalisierten Oberflächenpunkten extrahiert. Wenn die Parameter der inneren und äußeren Orientierung der Kameras bekannt sind, können die 3-D-Koordinaten des Oberflächenpunktes bestimmt werden.

Andere Methoden

Charakteristisch für die meisten Projektionsmethoden ist die Verwendung von festen Lichtmustern mit identischer Auflösung für das komplette Objekt ohne Berücksichtung seiner individuellen geometrischen Struktur. Die daraus resultierenden 3-D-Modelle enthalten oft Millionen von Punkten, was die anschließende Verarbeitung (z. B. Speichern, Übertragen, Rendern etc.) der Daten sehr schwierig und zeitaufwändig werden lässt. Vereinfachung und Ausdünnung der Punktwolke ist daher oft notwendig, jedoch ist es schwierig, die Anzahl der benötigten Modellpunkte zu reduzieren, ohne morphologische Informationen zu verlieren.

Konzept von AdPro

Das aktuelle Konzept von AdPro entspricht dem generellen Aufbau eines aktiven stereoskopischen Systems. Es besteht aus zwei CCD-Kameras (Oscar F-510C, Auflösung 2588 x 1958) und derzeit einem LCD-Projektor (Panasonic PT-LB10E, Auflösung 1024 x 768). Ein Computer dient als Kontrolleinheit für Kameras und Projektor. Die Innovation im Vergleich zu anderen aktiven Systemen besteht in der Fähigkeit zur Adaption des projizierten Punktmusters an die Oberflächengeometrie, so dass die Punktdichte des 3-D-Modells in Bereichen mit starker Oberflächenkrümmung höher ist. Auf diese Weise werden alle morphologischen Informationen mit einem Minimum an Punkten gewonnen und keine weitere Ausdünnung und Vereinfachung der Punktwolke ist notwendig.

Das System basiert auf einem iterativen Algorithmus. Vor dem Beginn der 3-D-Erfassung ist eine Kalibrierung der Kameras und des Videoprojektors notwendig. Dann wird ein initiales regelmäßiges Punktmuster auf das Objekt projiziert. Jede Kamera nimmt ein Bild des beleuchteten Objektes auf. Die 2-D-Koordinaten der signalisierten Punkte werden in beiden Bildern bestimmt und zugeordnet. Mithilfe der in der Kalibrierung bestimmten Kameraparameter werden die 3-D-Koordinaten der Punkte errechnet. Eine 3-D-Vernetzung der Punktwolke wird dann durchgeführt, um ein 3-D-Netzmodell des Objektes zu generieren. Für jeden Stützpunkt des Netzes wird die Oberflächenkrümmung bestimmt um zu entscheiden, ob bei der nächsten Iteration zusätzliche Punkte in seiner Umgebung projiziert werden sollen. Dieser Prozess wird wiederholt, bis die gewünschte Punktdichte erreicht ist und das endgültige 3-D-Modell des Objektes berechnet werden kann.

Ergebnisse

Die 3-D-Rekonstruktion einer Maske. Die Größe der Maske beträgt 150 mm(l) × 200mm(h) × 130mm(w), das 3-D-Modell besteht aus 770 Punkten.

Um die Qualität der erfassten 3-D-Oberfläche zu beurteilen, wurde die Maske ebenfalls mit einem konventionellen Scanningsystem erfasst. Das Ergebnis war ein aus 10.177 Punkten bestehendes 3-D-Modell. Im Vergleich dazu kommt die adaptive Methode mit 8% dieser Punktmenge aus, ohne signifikante Verluste in der morphologischen Genauigkeit zu erzeugen.

Fazit

Die Effizienz der Methode konnte nachgewiesen werden, da die rekonstruierte 3-D-Oberfläche signifikant weniger Speicherplatz benötigt als traditionelle Methoden und eine Ausdünnung der Punktwolke in der Nachbearbeitung überflüssig gemacht wird. Die Qualität des 3-D-Modells war im Vergleich zu den aus traditionellen Methoden gewonnen Daten zufriedenstellend. Der Aufnahmeprozess ist nicht schneller als bei traditionellen Methoden, dafür entfällt jedoch aufwändige Nachbearbeitung und Aufbereitung der Daten, da das gewonnene 3-D-Modell bereits optimiert ist.

Danksagungen

Diese Arbeit wird gefördert vom European Social Funds (Frankreich), der Fachhochschule Mainz (Deutschland) und dem Regional Council of Burgundy (Frankreich).

Fachkontakt:
Fachhochschule Mainz
Prof. Frank Boochs
Holzstraße 36
55116 Mainz
Telefon: 0 61 31 2859-672
Fax: 0 61 31 28596-99
E-Mail: boochs@geoinform.fh-mainz.de
Pressekontakt:
Fraunhofer-Allianz Vision
Regina Fischer M. A.
Am Wolfsmantel 33
91058 Erlangen
Telefon: +49 9131 776-530
Fax: +49 9131 776-599
E-Mail: vision@fraunhofer.de
Das System wird im Rahmen der Sonderschau "Berührungslose Messtechnik" anlässlich der Control 2007 in Sinsheim, 8. bis 11. Mai, in Halle 5, Stand 5304, vorgestellt. Die Sonderschau will einen Beitrag zur Verbreiterung der Akzeptanz berührungsloser Messtechnik leisten, indem an einigen ausgewählten Exponaten die Konstruktionsprinzipien, Eigenheiten und Grenzen der neuen Messmöglichkeiten demonstriert werden. Die Sonderschau findet mit Unterstützung der P. E. Schall GmbH, den Mitgliedern des Control-Messebeirats und der Fraunhofer-Allianz Vision statt.

Regina Fischer | idw
Weitere Informationen:
http://www.i3mainz.fh-mainz.de
http://www.vision.fraunhofer.de
http://www.vision.fraunhofer.de/de/0/projekte/331.html

Weitere Berichte zu: 3-D-Koordinaten 3-D-Modell AdPro Punktwolke

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Fraunhofer-Forscher entwickeln Hochdrucksensoren für Extremtemperaturen
28.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

nachricht Mit unkonfektionierten Kabeln durch die Schaltschrankwand
26.06.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

EUROSTARS-Projekt gestartet - mHealth-Lösung: time4you Forschungs- und Entwicklungspartner bei IMPACHS

28.06.2017 | Unternehmensmeldung

Proteine entdecken, zählen, katalogisieren

28.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Scheinwerfer-Dimension: Volladaptive Lichtverteilung in Echtzeit

28.06.2017 | Automotive