Implementation of a robust coded structured light technique for dynamic 3D measurements

This paper presents the implementation details of a coded structured light system for rapid shape acquisition of unknown surfaces. Such techniques are based on the projection of patterns onto a measuring surface and grabbing images of every projection with a camera. Analyzing the pattern deformations that appear in the images, 3D information of the surface can be calculated. The implemented technique projects a unique pattern so that it can be used to measure moving surfaces. The structure of the pattern is a grid where the color of the slits are selected using a De Bruijn sequence. Moreover, since both axis of the pattern are coded, the cross points of the grid have two codewords (which permits to reconstruct them very precisely), while pixels belonging to horizontal and vertical slits have also a codeword. Different sets of colors are used for horizontal and vertical slits, so the resulting pattern is invariant to rotation. Therefore, the alignment constraint between camera and projector considered by a lot of authors is not necessary

Visual SLAM for 3D large-scale seabed acquisition employing underwater vehicles

This paper presents a novel technique to align partial 3D reconstructions of the seabed acquired by a stereo camera mounted on an autonomous underwater vehicle. Vehicle localization and seabed mapping is performed simultaneously by means of an Extended Kalman Filter. Passive landmarks are detected on the images and characterized considering 2D and 3D features. Landmarks are re-observed while the robot is navigating and data association becomes easier but robust. Once the survey is completed, vehicle trajectory is smoothed by a Rauch-Tung-Striebel filter obtaining an even better alignment of the 3D views and yet a large-scale acquisition of the seabed

Visualización avanzada en globos 3D

Durante los últimos meses IGO Software ha estado desarrollando activamente el proyecto glob3, la librería euclid y junto a la Universidad de Extremadura la migración de la librería sextante a un entorno 3D. Todas estas tareas han concluido en la liberación de un Framework para el desarrollo de aplicaciones 3D denominado glob3 que seguirá desarrollándose al menos durante todo el 2011 y cuyo roadmap puede ser consultado en la página del proyecto http://www.glob3.org. En este marco se han desarrollado varias formas avanzadas de visualización de información georeferenciada que pensamos pueden ser interesantes para la comunidad ya que no han sido desarrolladas anteriormente en software libre, concretamente presentaremos: • Visualización de nubes de puntos mediante streaming • Visualización de modelos 3D • Visualización de archivos multidimensionales en formatos netCDF (network Common Data Form) • Visualizacion de archivos GIS vectoriales • Gigaimágenes y fotos 360º

Visualización geográfica 3D mediante un API Universal y políglota. Acercando los globos virtuales al desarrollador de mashups de mapas

La librería Javascript de código abierto Mapstraction permite al desarrollador abstraerse de las pequeñas diferencias entre las distintas APIs de mapas. Mediante el uso de esta librería, el creador de mashups de mapas puede implementar sus aplicaciones tan sólo una vez con la posibilidad de cambiar de proveedor de mapas de forma sencilla, si así se requiere. En el presente trabajo se ha extendido la funcionalidad de esta librería para el soporte de funcionalidad 3D propia de los globos virtuales, de la que hasta ahora carecía: selección del ángulo de visión, extrusión del terreno, estereoscopía 3D o inclusión de modelos tridimensionales, por citar algunas. Además, se ha realizado una integración del globo virtual de la Nasa, de código abierto, World Wind, antes apenas utilizado para el desarrollo de mashups al no disponer de un API Javascript para su fácil incorporación

Integración de los estándares OGC en los clientes 2D y 3D de visualización de mapas

A través de la propuesta Styled Layer Descriptor 3D (SLD3D), cuya especificación se encuentra en el Open Geospatial Consortium (OGC), se posibilitará la generación de información tridimensional. La interpretación de estos estilos a través del Keyhole Markup Language (KML) y su representación en los interfaces 3D, garantizarán el aprovechamiento de la tercera componente espacial permitiendo una representación realista del entorno

Dielmo 3D Viewer based on NASA World Wind

Partiendo de la versión Java del software libre NASA World Wind, DIELMO ha desarrollado el software Dielmo 3D Viewer que permite la creación de escenarios virutales en 3D que se convierten en clientes IDE y que permiten un mejor conocimiento del territorio, tratando la tercera dimensión con el máximo rigor

Desarrollo personalizado de aplicaciones SIG 3D

En los últimos años la proliferación de aplicaciones 3D en SIG ha sido enorme, desde la aparición de Google Earth el usuario está familiarizado con entornos 3D. Por otra parte lo ordenadores con aceleración 3D son comunes en la actualidad y el acceso a banda ancha es prácticamente generalizado, además cada vez hay mayor cantidad de datos públicos que pueden ser utilizados por clientes SIG que sean capas de recibir datos de Internet.Hay varias librerías apropiadas para la realización de este tipo de aplicaciones. IGO SOFTWARE a comenzado a desarrollar aplicaciones 3D con las librería Nasa World Wind SDK para java.Decidimos usar estar librerías por su robustez, sencillez, cantidad de ejemplo, estar hechas en java (nos permite su unión a muchas librerías SIG) y su uso de caché local. Las aplicaciones desarrolladas en 3D no sólo son visualmente más atractivas, también nos ofrecen más información que el SIG clásico en 2D. Gracias a la integración de librerías como SEXTANTE ahora es posible también realizar análisis. En un futuro se espera poder desarrollar también algoritmos de análisis en 3D usando dicha plataforma. Por otra parte, llevamos desde hace algunos años desarrollando aplicaciones para el tratamiento de nubes de puntos proveniente de Láser Escáner y LIDAR, esta plataforma es ideal para mostrar nubes de puntos, por lo que es perfecta para visualizar nubes de puntos georreferenciadas. Mostraremos ejemplos de aplicaciones programadas con estas librerías y las posibilidades que vemos de cara a un futuro a este tipo de desarrollos

Realismo 3D aplicado a la Gestión Municipal

La visualización 3D ofrece una serie de ventajas y funcionalidades cada vez más demandadas, por lo que es conveniente su incorporación a las aplicaciones GIS. El sistema propuesto integra la vista 2D propia de un GIS y la vista 3D garantizando la interacción entre ellas y teniendo por resultado una solución GIS integral. Se permite la carga de Modelos Digitales del Terreno (MDT), de forma directa o empleando servicios OGC-CSW, para la proyección de los elementos 2D, así como la carga de modelos 3D. Además el sistema está dotado de herramientas para extrusión y generación automática de volúmenes empleando parámetros existentes en la información 2D. La generación de las construcciones a partir de su altura y la elaboración de redes tridimensionales a partir de la profundidad en las infraestructuras son algunos casos prácticos de interés. Igualmente se permite no sólo la consulta y visualización sino también la edición 3D, lo que supone una importante ventaja frente a otros sistemas 3D. LocalGIS, Sistema de Información Territorial de software libre aplicado a la gestión municipal, es el sistema GIS empleado para la incorporación del prototipo. Se permite por lo tanto aplicar todas las ventajas y funcionalidades propias del 3D a la gestión municipal que LocalGIS realiza. Esta tecnología ofrece un campo de aplicaciones muy amplio y prometedor

Glob3 Mobile: hacia un SIG 3D para entornos Apple-iOS, Android y WebGL

El trabajo describe el proyecto de desarrollo de un SIG 3D de código abierto para dispositivos móviles (Apple-iOS y Android) y para navegadores web con tecnología WebGL. En la fase actual, nos centraremos en el diseño e implementación del globo virtual, como elemento esencial que da soporte al SIG 3D y de una IDE que permite la programación de nuevas funcionalidades al globo. Dentro de los objetivos de diseño del globo virtual tenemos (i) simplicidad, con código estructurado que facilita la portabilidad y con una API de código abierto sencilla, (ii) eficiencia, tomando en cuenta los recursos hardware de los dispositivos móviles más extendidos en el mercado, (ii) usabilidad, implementando una navegación intuitiva mediante gestos para la interacción en pantalla y (iv) escalabilidad, gracias a una API desarrollada, se permite aumentar de las prestaciones mediante el desarrollo de scripts y podrán ser ejecutados tanto dentro del navegador web como de forma nativa en las plataformas móviles. Ante un panorama de clara proliferación de aplicaciones para móviles, Glob3 Mobile pretende ser una apuesta fuerte que llegue a convertirse en un SIG 3D de código abierto que abarque variadas aplicaciones sectoriales, algunas ya en marcha

Servicio Web 3D (W3DS) en Geoserver

Vamos a presentar la primera implementación de código abierto de un servicio W3DS. Esta implementación se realiza a través de Geoserver. El servicio W3DS va a cambiar nuestra forma de manipular los datos en 3D. La visualización de los datos en 3D emitido por el 3DWS se pueden hacer en el navegador, ya que el soporte WebGL ya existe en navegadores recientes. En esta presentación describiremos la propuesta OGC, centrándose principalmente en la operación GetScene, se discute la implementación de dicho servicio, el formato X3D y el estado actual do soporte X3D DOM. También vamos a hablar de soporte 3D en PostGIS 2.0. Demostramos el servicio con los datos de varias ciudades, que muestra cómo importar y publicar datos en 3D. Por último, se mostrará una pequeña biblioteca Javascript OL3 para tomar ventaja de lo servivio W3DS para desarrollar aplicaciones web 3D

Disseny i construcció d'un motor 3D en temps real per la Gameboy Advance

El projecte desenvolupat ha tractat l’estudi i disseny d’un motor 3D interactiu a la consola Game Boy Advance (GBA). La GBA disposa d’un processador ARM7TDMI a 16’78 Mhz i no disposa de operacions 3D per-hardware, és una consola lenta en comparació les que podem trobar al mercat d’avui en dia. Aquest treball, va partir de la construcció d’un prototipus ray-casting per-columna. Després, vàrem adaptar-lo a una estructura de portals i sectors. Més tard, es va introduir el mapeig de sostre/terra i de paisatges. Per últim, vàrem introduir efectes a la renderització per donar més realisme al recorregut del món, com il·luminació, objectes, etc. Tot i que es va estudiar l’arquitectura d’un motor eficient, no es tenia prou per arribar a tenir un motor interactiu. Una de les tasques més difícils va ser la part de optimització. Per aconseguir-ho s’ha hagut de substituir operacions a temps real costoses a temps de execució, replantejar parts de l’algorisme per fer-lo més eficient, entre altres

Efficient 3D scene modeling and mosaicing

El modelat d'escenes és clau en un gran ventall d'aplicacions que van des de la generació mapes fins a la realitat augmentada. Aquesta tesis presenta una solució completa per a la creació de models 3D amb textura. En primer lloc es presenta un mètode de Structure from Motion seqüencial, a on el model 3D de l'entorn s'actualitza a mesura que s'adquireix nova informació visual. La proposta és més precisa i robusta que l'estat de l'art. També s'ha desenvolupat un mètode online, basat en visual bag-of-words, per a la detecció eficient de llaços. Essent una tècnica completament seqüencial i automàtica, permet la reducció de deriva, millorant la navegació i construcció de mapes. Per tal de construir mapes en àrees extenses, es proposa un algorisme de simplificació de models 3D, orientat a aplicacions online. L'eficiència de les propostes s'ha comparat amb altres mètodes utilitzant diversos conjunts de dades submarines i terrestres.

An approach to coded structured light to obtain three dimensional information

The human visual ability to perceive depth looks like a puzzle. We perceive three-dimensional spatial information quickly and efficiently by using the binocular stereopsis of our eyes and, what is mote important the learning of the most common objects which we achieved through living. Nowadays, modelling the behaviour of our brain is a fiction, that is why the huge problem of 3D perception and further, interpretation is split into a sequence of easier problems. A lot of research is involved in robot vision in order to obtain 3D information of the surrounded scene. Most of this research is based on modelling the stereopsis of humans by using two cameras as if they were two eyes. This method is known as stereo vision and has been widely studied in the past and is being studied at present, and a lot of work will be surely done in the future. This fact allows us to affirm that this topic is one of the most interesting ones in computer vision. The stereo vision principle is based on obtaining the three dimensional position of an object point from the position of its projective points in both camera image planes. However, before inferring 3D information, the mathematical models of both cameras have to be known. This step is known as camera calibration and is broadly describes in the thesis. Perhaps the most important problem in stereo vision is the determination of the pair of homologue points in the two images, known as the correspondence problem, and it is also one of the most difficult problems to be solved which is currently investigated by a lot of researchers. The epipolar geometry allows us to reduce the correspondence problem. An approach to the epipolar geometry is describes in the thesis. Nevertheless, it does not solve it at all as a lot of considerations have to be taken into account. As an example we have to consider points without correspondence due to a surface occlusion or simply due to a projection out of the camera scope. The interest of the thesis is focused on structured light which has been considered as one of the most frequently used techniques in order to reduce the problems related lo stereo vision. Structured light is based on the relationship between a projected light pattern its projection and an image sensor. The deformations between the pattern projected into the scene and the one captured by the camera, permits to obtain three dimensional information of the illuminated scene. This technique has been widely used in such applications as: 3D object reconstruction, robot navigation, quality control, and so on. Although the projection of regular patterns solve the problem of points without match, it does not solve the problem of multiple matching, which leads us to use hard computing algorithms in order to search the correct matches. In recent years, another structured light technique has increased in importance. This technique is based on the codification of the light projected on the scene in order to be used as a tool to obtain an unique match. Each token of light is imaged by the camera, we have to read the label (decode the pattern) in order to solve the correspondence problem. The advantages and disadvantages of stereo vision against structured light and a survey on coded structured light are related and discussed. The work carried out in the frame of this thesis has permitted to present a new coded structured light pattern which solves the correspondence problem uniquely and robust. Unique, as each token of light is coded by a different word which removes the problem of multiple matching. Robust, since the pattern has been coded using the position of each token of light with respect to both co-ordinate axis. Algorithms and experimental results are included in the thesis. The reader can see examples 3D measurement of static objects, and the more complicated measurement of moving objects. The technique can be used in both cases as the pattern is coded by a single projection shot. Then it can be used in several applications of robot vision. Our interest is focused on the mathematical study of the camera and pattern projector models. We are also interested in how these models can be obtained by calibration, and how they can be used to obtained three dimensional information from two correspondence points. Furthermore, we have studied structured light and coded structured light, and we have presented a new coded structured light pattern. However, in this thesis we started from the assumption that the correspondence points could be well-segmented from the captured image. Computer vision constitutes a huge problem and a lot of work is being done at all levels of human vision modelling, starting from a)image acquisition; b) further image enhancement, filtering and processing, c) image segmentation which involves thresholding, thinning, contour detection, texture and colour analysis, and so on. The interest of this thesis starts in the next step, usually known as depth perception or 3D measurement.

Hand-held 3D-scanner for large surface registration

L'objectiu d'aquesta tesi és l'estudi de les diferents tècniques per alinear vistes tridimensionals. Aquest estudi ens ha permès detectar els principals problemes de les tècniques existents, aprotant una solució novedosa i contribuint resolent algunes de les mancances detectades especialment en l'alineament de vistes a temps real. Per tal d'adquirir les esmentades vistes, s'ha dissenyat un sensor 3D manual que ens permet fer adquisicions tridimensionals amb total llibertat de moviments. Així mateix, s'han estudiat les tècniques de minimització global per tal de reduir els efectes de la propagació de l'error.

Integració 3D de detectors de píxels híbrids

La miniaturització de la industria microelectrònica és un fet del tot inqüestionables i la tecnologia CMOS no n'és una excepció. En conseqüència la comunitat científica s'ha plantejat dos grans reptes: En primer lloc portar la tecnologia CMOS el més lluny possible ('Beyond CMOS') tot desenvolupant sistemes d'altes prestacions com microprocessadors, micro - nanosistemes o bé sistemes de píxels. I en segon lloc encetar una nova generació electrònica basada en tecnologies totalment diferents dins l'àmbit de les Nanotecnologies. Tots aquests avanços exigeixen una recerca i innovació constant en la resta d'àrees complementaries com són les d'encapsulat. L'encapsulat ha de satisfer bàsicament tres funcions: Interfície elèctrica del sistema amb l'exterior, Proporcionar un suport mecànic al sistema i Proporcionar un camí de dissipació de calor. Per tant, si tenim en compte que la majoria d'aquests dispositius d'altes prestacions demanden un alt nombre d'entrades i sortides, els mòduls multixip (MCMs) i la tecnologia flip chip es presenten com una solució molt interessant per aquests tipus de dispositiu. L'objectiu d'aquesta tesi és la de desenvolupar una tecnologia de mòduls multixip basada en interconnexions flip chip per a la integració de detectors de píxels híbrids, que inclou: 1) El desenvolupament d'una tecnologia de bumping basada en bumps de soldadura Sn/Ag eutèctics dipositats per electrodeposició amb un pitch de 50µm, i 2) El desenvolupament d'una tecnologia de vies d'or en silici que permet interconnectar i apilar xips verticalment (3D packaging) amb un pitch de 100µm. Finalment aquesta alta capacitat d'interconnexió dels encapsulats flip chip ha permès que sistemes de píxels tradicionalment monolítics puguin evolucionar cap a sistemes híbrids més compactes i complexes, i que en aquesta tesi s'ha vist reflectit transferint la tecnologia desenvolupada al camp de la física d'altes energies, en concret implantant el sistema de bump bonding d'un mamògraf digital. Addicionalment s'ha implantat també un dispositiu detector híbrid modular per a la reconstrucció d'imatges 3D en temps real, que ha donat lloc a una patent.