Obtenção de modelos 3D com precisão micrométrica por fotogrametria a partir de imagens de microscopia eletrônica de varredura

Abstract

A obtenção de modelos 3D em escala micrométrica vem sendo cada vez mais aprimorada e uma das principais técnicas utilizadas é a microtomografia (microCT). Ocorre que o uso de um equipamento de microCT é mais restrito, se comparado a um equipamento de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Uma vez que a saída de dados do MEV são imagens, percebeu-se a possibilidade de aliar essa técnica à Fotogrametria, a qual utiliza fotografias de diversos ângulos de um objeto para gerar modelos 3D. Neste contexto, o objetivo desse trabalho foi desenvolver um método para obter modelos tridimensionais por Fotogrametria a partir de imagens adquiridas por microscopia eletrônica de varredura. O método proposto tem por base os procedimentos adotados para Fotogrametria, porém, sua principal diferença se dá pela utilização de um equipamento que emite um feixe de elétrons e que não pode ser inclinado como normalmente faz-se com uma câmera fotográfica. Após investigar o sistema de aquisição de imagens por MEV, foi necessário desenvolver um dispositivo capaz de fornecer controle automatizado de rotação e inclinação da amostra a ser digitalizada. Como amostra, utilizou-se um fragmento de quartzo, com dimensões de aproximadamente 2,0 x 2,5 x 1,5 mm. Com o dispositivo desenvolvido, foi possível adquirir 40 imagens por rotação da amostra (a cada 9°), uma por minuto, as quais foram processadas por Fotogrametria. Para o processamento, foram utilizadas diferentes combinações de imagens, buscando determinar uma relação entre a precisão dos modelos 3D obtidos e o ângulo entre aquisições. Para validar o método proposto, utilizou-se um modelo 3D obtido por microCT como referência. Neste sentido, as malhas obtidas por Fotogrametria foram sobrepostas à malha de referência para realização de análises de inspeção dimensional. Os resultados demonstraram que quanto maior o ângulo entre rotações da amostra, menor é a precisão do modelo 3D gerado, pois há um menor número de imagens para o processamento. Com a obtenção de uma imagem a cada 9°, obtiveram-se erros médios de 0,007 mm, menores que 0,5% do comprimento do modelo. Assim, considera-se que o método proposto, com auxílio do dispositivo desenvolvido, é uma interessante alternativa para a geração de modelos 3D de amostras com tamanho na ordem de milímetros e detalhes superficiais micrométricos.

The 3D model acquiring in micrometer scale has been improved and increasingly one of the main techniques used microtomography (microCT). What happens is that the use of a microCT equipment is more restricted, if compared to a scanning electron microscopy (SEM). Once the data output of the SEM are images, realized the possibility of combining this technique to Photogrammetry, which uses photographs from various angles of an object to generate 3D models. Therefore, the objective of this work is to develop a method for 3D models by Photogrammetry from images obtained by scanning electron microscopy. The proposed method is based on the procedures adopted for Photogrammetry , but the main difference is given by the use of a device that emits a beam of electrons , which can not be tilted as usually done with a camera. After investigating the image acquisition system by SEM, it was necessary to develop a device capable of providing automated control of rotation and inclination of the sample being scanned. As a sample, a fragment of quartz, with dimensions of approximately 2.0 x 2.5 x 1.5 mm. In this way, it was possible to acquire 40 frames per rotation of the sample (every 9°), a per minute, which were processed by Photogrammetry. For this, used were different combinations of pictures and to determine a relationship between the accuracy of the obtained 3D models and the angle between acquisitions. To validate the method was used a 3D model as a reference, obtained by microCT. Thus, the meshes obtained by photogrammetry were superimposed on the grid reference for performing dimensional inspection analysis. The results showed that the larger the angle between rotation of the sample, the lower the accuracy of the generated 3D model, because there is a smaller number of images for processing. With getting an image every 9°, was obtained average errors of 0.007 mm , less than 0.5% of the length model . Therefore, it is considered that the proposed method with the help of the developed device is an interesting alternative for the generation of 3D models of samples with size in millimeters and order of micrometric surface details.