Volumetric object reconstruction by means of photogrammetry
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.
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