Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-844
Main Title: Volumetric object reconstruction by means of photogrammetry
Translated Title: Volumetrische Objektrekonstruktion mit Mitteln der Photogrammetrie
Author(s): Kuzu, Yasemin
Advisor(s): Hellwich, Olaf
Granting Institution: Technische Universität Berlin, ehemalige Fakultät VI - Bauingenieurwesen und Angewandte Geowissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: In vielen Bereichen, wie Virtual Reality, Wissenschaft, Medizin und Unterhaltung wird die automatische Erstellung von 3D Computer Modellen benötigt. In dieser Arbeit behandeln wir das Problem zur Erstellung photorealistischer Modelle aus Einzelbildern und wir präsentieren eine volumetrische Rekonstruktionstechnik, die auf Voxel-Modellen basiert. Das Ziel war es, die Systemvoraussetzungen so gering wie möglich zu halten, damit der Algorithmus auf möglichst vielen Gebieten Anwendung finden kann. Es wird eine standard CCD Videokamera verwendet, die auch die Möglichkeit besitzt, hochauflösende Standbilder zu erfassen. Ein kreisförmiger Kameraaufbau wurde dadurch realisiert, dass das Objekt auf einem Drehteller gedreht wurde, während die Kamera nicht bewegt wurde. Nachdem der Kamerakalibrierung wurden die Bildorientierungen anhand einer Bündelblockausgleichung berechnet. Ein etabliertes Verfahren der Computer Vision wird verwendet, um ein genähertes Modell zu erstellen, da der Algortihmus schnell und einfach arbeitet. Für die Verfeinerung des Modells und zur Genauigkeitssteigerung wurden auch Methoden der Photogrammetrie zu Rate gezogen. Das Objekt wird in mehreren Schritten rekonstruiert. Im ersten Schritt wird ein Volumen definiert, welches den gesamten auszuwertenden Bereich umschließt. Eine erste Näherung des Modells wird durch Shape from Silhouette (Form aus Kontur) erreicht, aus dem die sogenannte umgebende Hülle hervorgeht. Leider können in der umgebenden Hülle keine Konkavitäten des Objektes enthalten sein. Es werden mehrere Algorithmen vorgestellt, um diese Darstellung zu verfeinern. Ein wichtiger Faktor ist die Information über Sichtbarkeit eines Voxels in einem bestimmten Bild. Es kann aus mehren Gründen verdeckt sein. Wir stellen einen Algorithmus vor, der diese Information schnell und zuverlässig anhand einer Linienverfolgung liefert. Darüber hinaus präsentieren wir ein Qualitätsmerkmal für die Sichtbarkeit, indem der Normalenvektor der Tangentialebene mit der Blickrichtung des Bildes in Beziehung gebracht wird. Diese Werkzeuge dienen neben anderen dazu, das Modell zu verfeinern. Da nur Voxel der wahren Oberfläche auf korrespondierende Bildpunkte abgebildet werden, kann diese Tatsache helfen, um nicht Oberflächen-Voxel auszuschließen. Die Prüfung auf Ähnlichkeit der Projektionen eines Voxels, lässt demnach Entscheidungen zu, ob es sich um einen Oberflächenvoxel handelt. Verschiedene Methoden der Ähnlichkeitsberechnung werden vorgestellt und bewertet. Mit Hilfe der vorgestellten Methoden, gelingt es, die Konkavitäten der Objektoberfläche zu entfernen, so dass das fertige Modell dem Objekt tatsächlich entspricht.
In many fields such as virtual reality, science, medicine and entertainment, an automated generation of 3D computer models is required. In this thesis the problem of creating photorealistic 3D models from still image sequences is addressed and a volumetric object reconstruction technique based on voxel models is presented. One of the goals of this study is to keep the system requirements as low as possible so that the algorithm can be used in many application areas. A standard CCD video camera is used which can capture still images in high resolution. A circular camera setup was done, which was actually accomplished by rotating the object itself, while the camera position was stationary. After calibrating the camera, the orientation parameters of the acquired images are calculated with a bundle block adjustment. A popular computer vision technique is used in order to achieve an approximate model since this technique is fast and easy to reconstruct 3D models of real-world objects. In order to refine the model and get more precise results, conventional photogrammetric techniques are often referred. The object is reconstructed in several steps. The algorithm presented begins by initializing a volume that encloses the 3D objects to be reconstructed. A first approximation of the model is acquired by shape from silhouette which delivers the objects visual hull. Unfortunately, this method does not recover concavities on the object. In order to refine the representation, several tools are described. An important factor is the visibility information of a voxel in a specific image. It can be occluded for several reasons. A fast method is presented to recover this information with a line tracing algorithm. Furthermore, a quality measure of the visibility is introduced, by using the surface normal vector of a voxel in combination with the viewing direction of the image. These tools will help to generate the upgraded model more accurately. The objects natural texture will serve as criterion to exclude non-surface voxels. Since only surface voxels will be projected into corresponding image points in an oriented bundle, we can make use of a similarity value to distinguish surface from non-surface voxels. Several algorithms to evaluate similarity are introduced and compared. With the help of the tools introduced, the concave areas on the object s surface are recovered successfully and the final model represents the object correctly.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-7452
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1141
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-844
Exam Date: 18-Feb-2004
Issue Date: 18-Mar-2004
Date Available: 18-Mar-2004
DDC Class: 550 Geowissenschaften
Subject(s): Objektrekonstruction
Photogrammetrie
Volumetrische Modellierung
Object reconstruction
Photogrammetry
Volumetric modeling
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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