Alinhamento de imagens de profundidade na reconstrução 3D de objetos de forma livre

Abstract

A reconstrução 3D de modelos digitais a partir de imagens de profundidade obtidas com digitalizadores que não efetuam contato constitui-se atualmente o estado-da-arte para a construção de modelos. A abordagem consiste de três etapas. Na primeira o mundo real é amostrado através de imagens de profundidade, que nada mais são do que mapas com informações de distâncias medidas a partir de um visualizador a pontos na cena. A grande vantagem dessas imagens é que a informação 3D está explícita, poupando-se o trabalho de recuperá- la, o que representa um sério entrave para muitas aplicações e é inevitável quando se utiliza imagens de intensidade. A etapa subseqüente é o alinhamento ou registro de imagens, que surge devido ao fato do digitalizador estar limitado a adquirir apenas porções de superfície por vez, em virtude do caráter unidirecional das varreduras. Isso leva a necessidade de se adquirir múltiplas imagens de profundidade variando-se as poses entre o digitalizador e o objeto. As imagens são adquiridas centradas no sistema de coordenadas do sensor e o processo de alinhamento consiste em trazê- las juntas dentro de um sistema de coordenadas comum ou global. A última etapa é a integração de vistas e a reconstrução da superfície do objeto virtual. Nesta dissertação é apresentado o estado tecnológico atual de todas as etapas da reconstrução 3D. A pesquisa tem por foco a segunda etapa da reconstrução, visto que esse é um problema de extrema importância para a qualidade do modelo final, pois um alinhamento incorreto gera distorções no modelo que o desaprovam para muitas aplicações que demandam precisão, como as presentes na engenharia, onde é comum a necessidade de se construir modelos tridimensionais com precisão suficiente para serem usados em sistemas de manufatura ou simulação numérica de performance de máquinas e componentes em operação, como turbinas e escoamentos em dutos não circulares. Nesse sentido também é apresentada uma implementação do algoritmo ICP para o alinhamento de múltiplas imagens de profundidade obtidas através de varredura laser. A metodologia utilizada foi submeter o algoritmo a testes com imagens de profundidades reais e dados sintéticos contaminados com variadas porcentagens de ruído. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The 3D reconstruction of digital models from range images acquired by non-contact digitizers is currently the state of the art for the construction of models. The approach consists of three stages. In the first one the real world is sampled in the range images, which are nothing more than maps with information on measured distances from a viewer to points in the scene. The great advantage of these images is that the 3D information is explicit, saving the work of retrieving it, which represents a serious obstacle for many applications and is inevitable when using intensity images. The subsequent step is the alignment or register of images, which is due to the fact that the scanner is limited only to acquire portions of surface at a time, as a result of the unidirectional nature of the sweeps. It leads to need to acquire multiple range images varying poses between the scanner and the object. The images are acquired on the sensor system of coordinates and the process of alignment is to bring them together within a global or common system of coordinates. The last step is the integration of views and reconstruction of the surface of the virtual object. In this dissertation is presented the current state of technology all stages of 3D reconstruction. The research has focused on the second stage of reconstruction, since this is an issue of extreme importance to the quality of the final model, because a misaligned creates distortions in the model that disapprove it for many applications that require precision, such as those present in engineering, where is the common need to build threedimensional models with sufficient accuracy to be used in manufacturing systems or numerical simulation performance of machines in operation and components such as turbines and flows in non-circular ducts. In this sense is also presented an implementation of ICP algorithm for alignment of multiple range images acquired with laser scanning. The methodology used was subject the algorithm to tests with real range images and synthetic data contaminated with varying percentages of noise.