Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Стереофотометрическое трехмерное сканирование с использованием импульсного осветителя


https://doi.org/10.15217/issn1684-8853.2018.3.25

Полный текст:


Аннотация

Постановка проблемы: метод трехмерного сканирования на основе модели отражения света поверхностью известен, но на данный момент технологий, осуществляющих по нему трехмерное сканирование, практически нет. Это обусловлено сложностью вычислений координат точек поверхности, так как в первую очередь вычисляется ориентация поверхности, неравномерное распределение погрешности которой усложняет процесс получения трехмерной модели. Помимо этого, суіцествует ряд требований к условиям, в которых можно проводить сканирование объекта, значительно ограничивающих применение метода и увеличивающих цену сканирования.

Цель: разработка опытного образца трехмерного сканера с использованием доступного фотооборудования; определение возможностей стереофотометрического метода для случая, когда в качестве источника света применяется импульсный осветитель.

Результат: получена и опробована опытная установка, позволяющая осуіцествлять трехмерное сканирование фрагментов объекта стереофотометрическим методом; приведены настройки аппаратуры, условия проведения процесса сканирования и характеристики установки. Для опытной установки плотностъ точек по осям х, у равна 0,103 мм, размер области сканирования 0,7 к 0,7 м2 для тестовой фигуры определена погрешностъ, обусловленная шумом матрицы фотокамеры, наличием постороннего освещения и неравномерностъю освещения импульсными осветителями и в среднем составляющая 0,062 мм; среднеквадратическое отклонение по всей поверхности составляет 0,0275 мм.

Практическая значимость: полученные результаты демонстрируют ожидаемую высокую точность сканирования стереофотометрическим методом, при этом для реализации установки использовалось доступное студийное оборудование. Специальная обработка помещения также не проводилась, что делает стереофотометрический метод более доступным для использования.


Об авторах

А. А. Кузнецов
Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения
Россия

КУЗНЕЦОВ Виталий Александрович, ассистент кафедры информационно-сетевых технологий

Б. Морская ул., 67, Санкт-Петербург, 190000



М. Ю. Людаев
Российский институт мощного радиостроения
Россия

ЛЮДАЕВ Михаил Юрьевич, инженер-программист 

11-я линия В. О., 66, Санкт-Петербург, 199178



Список литературы

1. Woodham R. J. Gradient and Curvature from the Photometric-Stereo Method, Including Local Confidence Estimation // Journal of Optical Society of America. Nov. 1994. Vol. 11. N 11. P. 3050–3068. doi:10.1364/JOSAA.11.003050

2. Basri R., Jacobs D., Kemelmacher I. Photometric Stereo with General, Unknown Lighting // International Journal of Computer Vision. 2007. Vol. 72(3). P. 239–257.

3. Hertzmann A., Seitz S. M. Example-based Photometric Stereo: Shape Reconstruction with General Varying BDRFs // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. Aug. 2005. Vol. 27. N 8. P. 1254–1264. doi:10.1109/TPAMI.2009.102

4. Solomon F., Ikeuchi K. Extracting the Shape and Roughness of Specular Lobe Objects using Four Light Photometric Stereo // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. Apr. 1996. Vol. 18. N 4. P. 449–454.

5. Barsky S., Petrou M. The 4-source Photometric Stereo Technique for Three-Dimensional Surfaces in the Presence of Highlights and Shadows // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. Oct. 2003. Vol. 25. N 10. P. 1239–1252. doi:10.1109/TPAMI.2003.1233898

6. Woodham R. J. Photometric Method for Determining Surface Orientation from Multiple Images // Optical Engineering. 1980. Vol. 19. N 1. P. 139–144.

7. Красильников Н. Н. Метод получения 3D-изображений, основанный на диффузном отражении света сканируемыми объектами // Информационно-управляющие системы. 2009. № 6. С. 7–11.

8. Красильников Н. Н., Красильникова О. И. Исследование погрешностей определения координаты глубины при 3D-сканировании методом, основанным на диффузном отражении света // Информационно-управляющие системы. 2012. № 3. С. 2–8.

9. Klette R., Schlüns K. Height Data from Gradient Fields // Proc. Machine Vision Applications, Architectures, and Systems Integration V. SPIE 2908. Boston, Massachusetts, Nov. 18–19, 1996. P. 204–215.

10. Кузнецов В. А. Алгоритм сегментации исходных снимков для фотометрического метода трехмерного сканирования // Информационно-управляющие системы. 2015. № 3. С. 29–34. doi:10.15217/issn16848853.2015.3.29

11. Кузнецов В. А. Использование неравномерной шкалы квантования интенсивности света для вычисления градиента поверхности фотометрическим методом трехмерного сканирования // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2015. № 10(58). С. 816–822. doi:10.17586/0021-3454-2015-58-10-816-822

12. Кузнецов В. А. Фотометрический метод вычисления ориентации поверхности с высокой точностью // Научная сессия ГУАП: сб. докл. Ч. 1. Технические науки. СПб.: ГУАП, 2015. С. 260–263.

13. Chandraker M., Agarwal S., Kriegman D. Shadowcuts: Photometric Stereo with Shadows // Proc. of IEEE Conf. on Computer Vision and Pattern Recognition. 2007. doi:10.1109/CVPR.2007.383288

14. Hernandez C., Vogiatzis G., Cipolla R. Overcominf Shadows in 3-Source Photometric Stereo // IEEE Transsctions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. Feb. 2011. Vol. 33(2). P. 419–426.

15. Sunkavalli K., Zickler T., Pfister H. Visibility Subspaces: Uncalibrated Photometric Stereo with Shadows // Inc: ECCV 2. Vol. 6312. of Lecture Notes in Computer Science. 2010. P. 251–264.

16. Кузнецов В. А. Определение максимальной ошибки вычисления ориентации поверхности для метода трехмерного сканирования, основанного на модели отражения света поверхностью // Научная сессия ГУАП: сб. докл. Ч. 1. Технические науки. СПб.: ГУАП, 2014. C. 177–179.

17. Kuznetcov V. A. The Treatment of the Surface Gap for Photometric Stereo // Bulletin of the UNESCO Department “Distance Education in Engineering” of the SUAI: Collection of the Papers. 2016. Iss. 1. P. 50–52.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Кузнецов А.А., Людаев М.Ю. Стереофотометрическое трехмерное сканирование с использованием импульсного осветителя. Информационно-управляющие системы. 2018;(3):25-33. https://doi.org/10.15217/issn1684-8853.2018.3.25

For citation: Kuznetcov V.A., Liudaev M.U. Photometric Stereo Scanner with Flash Light Lamp. Information and Control Systems. 2018;(3):25-33. (In Russ.) https://doi.org/10.15217/issn1684-8853.2018.3.25

Просмотров: 43


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1684-8853 (Print)
ISSN 2541-8610 (Online)