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 Hochauflösende IR Kamera mit Mikroskopoptik
23.10.2017 | Optris GmbH

nachricht »ILIGHTS«-Studie gestartet: Licht soll Wohlbefinden von Schichtarbeitern verbessern
18.10.2017 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

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: Salmonellen als Medikament gegen Tumore

HZI-Forscher entwickeln Bakterienstamm, der in der Krebstherapie eingesetzt werden kann

Salmonellen sind gefährliche Krankheitserreger, die über verdorbene Lebensmittel in den Körper gelangen und schwere Infektionen verursachen können. Jedoch ist...

Im Focus: Salmonella as a tumour medication

HZI researchers developed a bacterial strain that can be used in cancer therapy

Salmonellae are dangerous pathogens that enter the body via contaminated food and can cause severe infections. But these bacteria are also known to target...

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Konferenz IT-Security Community Xchange (IT-SECX) am 10. November 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Luftfracht

23.10.2017 | Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Magma sucht sich nach Flankenkollaps neue Wege

23.10.2017 | Geowissenschaften

Neues Sensorsystem sorgt für sichere Ernte

23.10.2017 | Informationstechnologie

Salmonellen als Medikament gegen Tumore

23.10.2017 | Biowissenschaften Chemie