03 - Scanning Flashcards
Was sind mögliche Anwendungsgebiete von Scantechnologien?
- In der Robotik zum Greifen von Objekten und zur Hindernisvermeidung bei mobilen Robotern
- In der Computergrafik zum Scannen von realen Objekten
- In der Biometrie zur Gesichtserkennung aus Scans
- In der Medizin für Implantate und Prothetik
Wie sehen die Schritte von der 3D Scanning Pipeline aus?
- Scannen
- Registrierung
- Triangulation / Zusammenführung
- Nachbearbeitung
Was passiert beim Scannen in der 3D Scanning Pipeline?
Erfassung von Oberflächen des Zielobjektes; oft mehrere Scans notwendig um gesamtes Objekt zu erfassen
Was passiert bei der Registrierung in der 3D Scanning Pipeline?
Registrierung einzelner Scans gegeneinander
Was passiert beim Triangulation / Zusammenführung in der 3D Scanning Pipeline?
Erstellung eines Dreiecksnetz auf den erfassten Daten
Was passiert beim Nachbearbeitung in der 3D Scanning Pipeline?
Smoothing und Dezimierung
Was versteht man unter einer Contact Probe?
- Einzelne Punkte werden manuell gemessen
- Ergibt eine grobe aber registrierte Punktwolke
- Merkmalspunkte können explizit erfasst werden
- Hohe Präzision aber umständlich
- Unabhängig von den Reflexionseigenschaften der Oberfläche
Was versteht man unter Time of Flight Scanning?
- Sendet Lichtimpulse und misst Zeit bis Reflexionen zurückkommen (Abstand eines speziellen Punktes)
- Genauigkeit bis 1cm -> Gut für Gebäude aber weniger geeignet für Gesichter
Wie funktioniert ein Photonic Mixer Device - Photomischdetektor
- Sendet periodisches IR-Signal
- Kamera Chip hat zwei Speicher für elektrische Ladung per Pixel
- Umschaltung zwischen beiden während der Lichtaufnahme
- Modulieren der Umschaltung durch das Ausgangssignal
- Verhältnis der Ladung hängt vom Phasenwinkel ab, der wiederum von der Flugzeit abhängt
Was macht die Optische Triangulation?
Erzeugt Entfernungen aus Stereoinformationen. Gibt es in Größen von Klein bis Ganzkörperscanner
Wie lautet das passive Setup der Optischen Triangulation?
Abgleich zusammengehöriger Bilder von Objektmerkmalen: Stereo Vision
Wie funktionieren aktive Techniken der Optischen Triangulation?
- Projiziere zusätzliches Signal in die Szene
- Erfordert Signalquelle und zusätzliche Kalibrierung
- Oft mehr oder weniger direkte Messungen
- Typischerweise höhere Präzision
Wie funktionieren aktive Range scanning systems?
Man hat eine Laserlichtquelle und verfolgt die Reflexion (Triangulation). Man projiziert eine Linie anstatt eines einzelnen Punktes
Wie funktionieren Laser Scans?
- Laser beleuchtet Profillinie: Kamera mit winkelversatz angeordnet, Laserlinie in jeder Reihe erkennen, Triangulation der Geometrie
- Laser über gesamte Fläche schwenken
- Tiefe z(x,y) oder Radius r(h,Phi)
- Für Texturen: messe Farbe neben Laserlinie
Was sind Cyberware PS laser scanners?
- Scankopf rotiert um den Kopf
- Keine sich bewegenden Spiegel innen
- Nimmt die Profillinie in jeden Winkel auf
- Optische Kalibrierung nur für die Profillinie
- Auflösung ungefähr 0.5mm
- 20-30 Sekunden
Was versteht man unter Structured Light Scans?
Man projiziert ein Linienmuster und erhält dadurch viele Profillinien in einem Bild. Zusätzlich benötigt man eine Kamera und einen Diaprojektor mit Winkelversatz
Was ist wichtig bei Structured Light Scans?
Für jeden hellen Punkt im Bild müssen wir wissen, um WELCHE Linie es sich handelt
Wie setzen sich Linien über Kanten hinweg fort bei Structured Light Scans?
- Verwendung von Rastern mit mehreren Auflösungen
- In jedem Pixel ist die Hell-Dunkel-Sequenz ein Binärcode für die Zeilennummer -> Binary encoded stripes
Wie erhält man die Texturen bei Structured Light Scans?
Entweder durch digitalen Entfernen der Linien oder durch ein zusätzliches Bild ohne Linienmuster
Wie kann man die Linienmuster bei Structured Light Scans noch variieren?
Man kann Graucodierte Linienmuster verwenden für eine zuverlässigere Erkennung, sodass sich benachbarte Streifen mit einem Bit / Farbe ändern oder man kann Farbmuster verwenden für schnellere und texturinvariante Erfassung
Wodurch ist die Genauigkeit der binären Codierung begrenzt?
Die Genauigkeit der binären Codierung ist begrenzt durch die höchste Auflösung, daher Verwendung eines verschobenen Sinusmusters, um Subpixelgenauigkeit zu erreichen
Was haben wir bisher über den Phasenshift beim Structured Light erfahren?
- Reduziere die Anzahl an Patterns mit der Verwendung von Graustufen
- Projiziere Linienpattern mit Sinusform
- Projiziere Phasenverschobenen Pattern
- In jedem Pixel bestimmt das Verhältnis die “Position” in der Sinuskurve
Was erhält man nach dem Structured Light Scan?
Ein einzelnes Bereichsbild für jede Ansicht
Welche Artefakte können in einem Bereichsbild auftreten?
Gerippt, viele Löcher durch Oberflächeneigenschaften und Verdeckung und Probleme mit Haaren und dunklen Hautfarben
Was ist das Problem beim Beam location error?
Man muss das Zentrum des Strahls finden -> Annahme: Reflexion ist gaußförmig
Wann passieren Fehler, wenn das System das Zentrum der Gaußlinie verwendet? (Beam location error)
Fehler, wenn
- Der Streifen an einer Kante liegt
- Der Streifen teilweise verdeckt ist
- Die Textur nicht konstant ist
Was ist eine mögliche Lösung für den Beam location error?
Spacetime analysis
Was passiert bei der Spacetime analysis?
- Abfahren des Objektes mit dem Strahl über der Zeit (Video)
- Schätzung, wann der Strahl auf jedem Pixel zentriert ist
- Stark erhöhte Robustheit -> Liefert 3D Scans mit hoher Qualität und geringen Artefakten
Wie lautet die Idee der Spacetime analysis?
Auch wenn der Oberflächenpunkt an einer Kante liegt, wird er die maximale Helligkeit haben wenn das Zentrum des Strahls auf ihn projiziert ist
Was resultiert aus der Idee der Spacetime analysis?
Finde das Maximum nicht in einer Reihe zu einem bestimmten Zeitpunkt, sondern in der Zeit (innerhalb einer Folge von Bildern) an jedem gegebenen Pixel
Was ist das Ziel der 3D Scanning Pipeline?
Generiere ein hochqualitatives Geometriemodell
Warum braucht man Registrierung?
Scanner liefert mehrere separate Bereichsbilder, die übereinandergelegt werden müssen
Was kann man über die Rigide Transformation zwischen einzelnen Bereichsbildern sagen?
- Ist bekannt bei Scanners mit Software-Motorsteuerung
- Kann mit speziellen Markern (Nasenspitze) abgeleitet werden
- Wenn man keine der genannten Möglichkeiten hat: Berechnung durch iterative Optimierung -> Iterative Closest Point Algorithm)
Es gibt zwei wesentliche Ansätze für optisches Scannen, welche sind das?
- Time of flight
2. Optical triangulation
Welche Vorteile bietet optical triangulation gegenüber TOF?
Ist genauer und wird häufiger verwendet, weil robuster und funktioniert auch für kleinere Objekte
Warum sind Haare ein Problem bei Scans?
Aufgrund der Haarstruktur gibt es Probleme mit zu vielen Reflexionen, Absorption (bei dunklen Haaren) und teilweise Verdeckung der Kopfhaut durch Haare
Was ist eine mögliche Lösung doch Haare in Scans zu sehen und was ist die Idee dahinter?
Man macht Backpulver oder Mehl in die Haare und erreicht somit, dass der Laser schon beim ersten Kontakt mit dem Kopf durch den Puder reflektiert wird
Welche Gründe gibt es für Löcher in Scans?
- Kamera kann den Punkt nicht sehen
2. Lichtquelle kann Punkt nicht sehen
Was kann man gegen Löcher in Scans machen?
Den Abstand zwischen Kamera und Lichtquelle verkürzen, dadurch hat man weniger Löcher in den Scans, weil weniger Shadowing auftritt
Was ist der Nachteil wenn man den Abstand zwischen Kamera und Lichtquelle bei Scans verkürzt?
Je kürzer der Abstand desto weniger Präzision aber je länger der Abstand desto mehr Shadowing
