Reconstrução tridimensional digital de objetos à curta distância por meio de luz estruturada

Abstract

Neste trabalho apresenta-se o desenvolvimento e avaliação de um sistema de reconstrução 3D por luz estruturada. O sistema denominado de Scan3DSL é baseado em uma câmara digital de pequeno formato e um projetor de padrões. O modelo matemático para a reconstrução 3D é baseado na equação paramétrica da reta formada pelo raio de luz projetado combinado com as equações de colinearidade. Uma estratégia de codificação de padrões foi desenvolvida para permitir o reconhecimento dos padrões projetados em um processo automático. Uma metodologia de calibração permite a determinação dos vetores diretores de cada padrão projetado e as coordenadas do centro de perspectiva do projetor de padrões. O processo de calibração é realizado com a aquisição de múltiplas imagens em um plano de calibração com tomadas em diferentes orientações e posições. Um conjunto de algoritmos de processamento de imagens foi implementado para propiciar a localização precisa dos padrões e de algumas feições, como o centro de massa e quinas. Para avaliar a precisão e as potencialidades da metodologia, um protótipo foi construído, integrando uma única câmara e um projetor de padrões. Experimentos mostram que um modelo de superfície pode ser obtido em um tempo total de processamento inferior a 10 segundos, e com erro absoluto em profundidade em torno de 0,2 mm. Evidencia-se com isso a potencialidade de uso em várias aplicações.

The purpose of this work is to present a structured light system developed. The system named Scan3DSL is based on off-the-shelf digital cameras and a projector of patterns. The mathematical model for 3D reconstruction is based on the parametric equation of the projected straight line combined with the collinearity equations. A pattern codification strategy was developed to allow fully automatic pattern recognition. A calibration methodology enables the determination of the direction vector of each pattern and the coordinates of the perspective centre of the pattern projector. The calibration processes are carried out with the acquisition of several images of a flat surface from different distances and orientations. Several processes were combined to provide a reliable solution for patterns location. In order to assess the accuracy and the potential of the methodology, a prototype was built integrating in a single mount a projector of patterns and a digital camera. The experiments using reconstructed surfaces with real data indicated a relative accuracy of 0.2 mm in depth could be achieved, in a processing time less than 10 seconds.