Zusammenfassung Machine Vision

Scanning – 3D Scan Technologies
Warum ist 3D Scanner wichtig
 Robotics
 um Objekte zu greifen – das Objekt zuerst scannen + dementsprechend danach
greifen zu können
 Hindernisse zu vermeiden für Mobile Robotics
 Computer Graphics: reale Objekte scannen – keine manuelle Gestaltung erforderlich
 Z.B. für Filme – das Gesicht umändern, es ist nicht möglich aus von Grund auf ein
realistisches Gesicht zu erstellen
 Biometrie: Gesichtserkennung aus Scans – 3D + 2D geben ca. gleich viel Informationen ab
 Medicine: Implantate, Prothesen
3D Scanning Pipeline
 Scan
 Erfassung von Objektflächenpunkten des Zielobjekts
 Oft sind mehrere Scans erforderlich, um die gesamte Oberfläche zu erfassen
 Von allen Winkeln einen Scan machen
 Registration
 Registrierung einzelner Scans gegeneinander
 Wenn Scans überlappen – müssen die verschiedenen Scans passend
zusammengeführt werden
 Triangulation/ Zusammenführen
 Erzeugung einer Dreiecksnetztes aus den erfassten Daten
 Umwandlung der erfassten Punkte in ein Netzwerk von Dreiecken, um ein
detailliertes 3D-Modell des gescannten Objekts zu erstellen
 Merch sollte ohne Löcher sein
 Post-Bearbeitung
 Glätten
 Dezimierung – Auflösung + Dreiecke aus dem Netzwerk minimieren
Contact Probe – Kontakttaster
 Einzelne Punkte werden manuell gemessen (Roboterarm)
 Ergebnis ist eine grobe, aber registrierte Punktwolke
 Merkmalspunkte können explizit erfasst werden
 hohe Präzision, aber umständlich
 arbeitet unabhängig von den Reflexionseigenschaften der Oberfläche
Time of Flight Scanning
 Lichtimpuls aussenden und Zeit messen, bis Reflexion beobachtet wird (Radarprinzip)
 Ein Laser gibt ein Lichtimpuls aus, dieser trifft auf ein Gebäude und reflektiert den
Lichtimpuls zurück – Messung der Zeit in dem der Impuls zurückreflektiert wird
 Lichtgeschwindigkeit: 300 000 000 m/s  1m ≈ 2*3,33ns = 6,67ns (1GHz entspricht 1ns
pro Tick)

,  verwendet für Gebäude, ...
 Einige Systeme haben eine Genauigkeit von etwa 1 cm
PMD = Photonic Mixer Device  Photomischdetektor
 Sendet periodisches IR-Lichtsignal (Infrarot)
 Sendet durchgängig Lichtimpulse
 Kamera-Chip hat zwei Speichereinheiten für
elektrische Ladung pro Pixel
 Jedes Pixel ist ein Doppelpixel
 Umschalten zwischen beiden während der
Lichtaufnahme
 Modulieren der Umschaltung durch das
Ausgangssignal
 Verhältnis der Ladungen hängt vom Phasenwinkel ab
 Phasenwinkel hängt von der Flugzeit ab
PMD: CMOS-Chip
 Ladungsschaukel
 Spezieller Sensorchip, der Lichtwellen misst
und in elektrische Signale umwandert
 Geschieht durch die Verwendung einer
Anordnung von lichtempfindlichen
Fotoioden
PMD-Scanner
 Sammelt Informationen
 Wenn das Gesicht für paar Sekunden erfasst wird, dann wird die Qualität auch besser
 Ein Bild ist nicht so gut, aber, wenn man die Bilder sammelt, dann schon
 Man benötigt eine kalibrierte Kamera
 Mittels der Time of Flight setup weiß man die Entfernung
 Trotzdem braucht man die Winkel/ Richtungen jeder Pixel
 Somit hat man Entfernung und die Geschwindigkeit
Optische Triangulation
 Erzeugen von Entfernungen aus Stereoinformationen
 Skalierbar vom Schreibtisch bis zum Ganzkörperscanner
 Passiver Aufbau: Abgleich entsprechender Bilder von Objektmerkmalen:
 Stereosehen
 Das Licht kommt von der Szene selbst
 Optische Triangulation ist eine 3D-
Messmethode, bei der die Entfernung zu einem
Objekt durch die Berechnung des Winkels
zwischen 2 parallelen Lichtstrahlen gemessen
wird, die von einer Lichtquelle ausgesendet
und auf dem Objekt reflektiert werden. Durch