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Maschinelles Sehen > 03 - Scanning > Flashcards

03 - Scanning Flashcards

1
Q

Was sind mögliche Anwendungsgebiete von Scantechnologien?

A
  • 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
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2
Q

Wie sehen die Schritte von der 3D Scanning Pipeline aus?

A
  1. Scannen
  2. Registrierung
  3. Triangulation / Zusammenführung
  4. Nachbearbeitung
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3
Q

Was passiert beim Scannen in der 3D Scanning Pipeline?

A

Erfassung von Oberflächen des Zielobjektes; oft mehrere Scans notwendig um gesamtes Objekt zu erfassen

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4
Q

Was passiert bei der Registrierung in der 3D Scanning Pipeline?

A

Registrierung einzelner Scans gegeneinander

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5
Q

Was passiert beim Triangulation / Zusammenführung in der 3D Scanning Pipeline?

A

Erstellung eines Dreiecksnetz auf den erfassten Daten

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6
Q

Was passiert beim Nachbearbeitung in der 3D Scanning Pipeline?

A

Smoothing und Dezimierung

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7
Q

Was versteht man unter einer Contact Probe?

A
  • 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
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8
Q

Was versteht man unter Time of Flight Scanning?

A
  • Sendet Lichtimpulse und misst Zeit bis Reflexionen zurückkommen (Abstand eines speziellen Punktes)
  • Genauigkeit bis 1cm -> Gut für Gebäude aber weniger geeignet für Gesichter
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9
Q

Wie funktioniert ein Photonic Mixer Device - Photomischdetektor

A
  • 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
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10
Q

Was macht die Optische Triangulation?

A

Erzeugt Entfernungen aus Stereoinformationen. Gibt es in Größen von Klein bis Ganzkörperscanner

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11
Q

Wie lautet das passive Setup der Optischen Triangulation?

A

Abgleich zusammengehöriger Bilder von Objektmerkmalen: Stereo Vision

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12
Q

Wie funktionieren aktive Techniken der Optischen Triangulation?

A
  • Projiziere zusätzliches Signal in die Szene
  • Erfordert Signalquelle und zusätzliche Kalibrierung
  • Oft mehr oder weniger direkte Messungen
  • Typischerweise höhere Präzision
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13
Q

Wie funktionieren aktive Range scanning systems?

A

Man hat eine Laserlichtquelle und verfolgt die Reflexion (Triangulation). Man projiziert eine Linie anstatt eines einzelnen Punktes

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14
Q

Wie funktionieren Laser Scans?

A
  • 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
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15
Q

Was sind Cyberware PS laser scanners?

A
  • 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
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16
Q

Was versteht man unter Structured Light Scans?

A

Man projiziert ein Linienmuster und erhält dadurch viele Profillinien in einem Bild. Zusätzlich benötigt man eine Kamera und einen Diaprojektor mit Winkelversatz

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17
Q

Was ist wichtig bei Structured Light Scans?

A

Für jeden hellen Punkt im Bild müssen wir wissen, um WELCHE Linie es sich handelt

18
Q

Wie setzen sich Linien über Kanten hinweg fort bei Structured Light Scans?

A
  • Verwendung von Rastern mit mehreren Auflösungen

- In jedem Pixel ist die Hell-Dunkel-Sequenz ein Binärcode für die Zeilennummer -> Binary encoded stripes

19
Q

Wie erhält man die Texturen bei Structured Light Scans?

A

Entweder durch digitalen Entfernen der Linien oder durch ein zusätzliches Bild ohne Linienmuster

20
Q

Wie kann man die Linienmuster bei Structured Light Scans noch variieren?

A

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

21
Q

Wodurch ist die Genauigkeit der binären Codierung begrenzt?

A

Die Genauigkeit der binären Codierung ist begrenzt durch die höchste Auflösung, daher Verwendung eines verschobenen Sinusmusters, um Subpixelgenauigkeit zu erreichen

22
Q

Was haben wir bisher über den Phasenshift beim Structured Light erfahren?

A
  • 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
23
Q

Was erhält man nach dem Structured Light Scan?

A

Ein einzelnes Bereichsbild für jede Ansicht

24
Q

Welche Artefakte können in einem Bereichsbild auftreten?

A

Gerippt, viele Löcher durch Oberflächeneigenschaften und Verdeckung und Probleme mit Haaren und dunklen Hautfarben

25
Q

Was ist das Problem beim Beam location error?

A

Man muss das Zentrum des Strahls finden -> Annahme: Reflexion ist gaußförmig

26
Q

Wann passieren Fehler, wenn das System das Zentrum der Gaußlinie verwendet? (Beam location error)

A

Fehler, wenn

  1. Der Streifen an einer Kante liegt
  2. Der Streifen teilweise verdeckt ist
  3. Die Textur nicht konstant ist
27
Q

Was ist eine mögliche Lösung für den Beam location error?

A

Spacetime analysis

28
Q

Was passiert bei der Spacetime analysis?

A
  • 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
29
Q

Wie lautet die Idee der Spacetime analysis?

A

Auch wenn der Oberflächenpunkt an einer Kante liegt, wird er die maximale Helligkeit haben wenn das Zentrum des Strahls auf ihn projiziert ist

30
Q

Was resultiert aus der Idee der Spacetime analysis?

A

Finde das Maximum nicht in einer Reihe zu einem bestimmten Zeitpunkt, sondern in der Zeit (innerhalb einer Folge von Bildern) an jedem gegebenen Pixel

31
Q

Was ist das Ziel der 3D Scanning Pipeline?

A

Generiere ein hochqualitatives Geometriemodell

32
Q

Warum braucht man Registrierung?

A

Scanner liefert mehrere separate Bereichsbilder, die übereinandergelegt werden müssen

33
Q

Was kann man über die Rigide Transformation zwischen einzelnen Bereichsbildern sagen?

A
  • 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)
34
Q

Es gibt zwei wesentliche Ansätze für optisches Scannen, welche sind das?

A
  1. Time of flight

2. Optical triangulation

35
Q

Welche Vorteile bietet optical triangulation gegenüber TOF?

A

Ist genauer und wird häufiger verwendet, weil robuster und funktioniert auch für kleinere Objekte

36
Q

Warum sind Haare ein Problem bei Scans?

A

Aufgrund der Haarstruktur gibt es Probleme mit zu vielen Reflexionen, Absorption (bei dunklen Haaren) und teilweise Verdeckung der Kopfhaut durch Haare

37
Q

Was ist eine mögliche Lösung doch Haare in Scans zu sehen und was ist die Idee dahinter?

A

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

38
Q

Welche Gründe gibt es für Löcher in Scans?

A
  1. Kamera kann den Punkt nicht sehen

2. Lichtquelle kann Punkt nicht sehen

39
Q

Was kann man gegen Löcher in Scans machen?

A

Den Abstand zwischen Kamera und Lichtquelle verkürzen, dadurch hat man weniger Löcher in den Scans, weil weniger Shadowing auftritt

40
Q

Was ist der Nachteil wenn man den Abstand zwischen Kamera und Lichtquelle bei Scans verkürzt?

A

Je kürzer der Abstand desto weniger Präzision aber je länger der Abstand desto mehr Shadowing

Maschinelles Sehen (11 decks)

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