Ricostruzione 3D di oggetti ad alto potere diffusivo mediante triangolazione laser

L'obiettivo principale che questa tesi intende perseguire e la progettazione di un sistema di acquisizione 3D a basso costo basato sul metodo di triangolazione a lama laser. A tale scopo si adotterà una telecamera general-purpose, e si provvederà sia alla realizzazione di un prototipo di sistema di attuazione per automatizzare la scansione dell'oggetto, sia all'implementazione di algoritmi per la calibrazione della geometria laser-telecamera, il rilevamento del profilo laser nell'immagine e la sua successiva ricostruzione 3D, tenendo anche conto delle complicazioni che l'uso di oggetti ad alto potere diffusivo apporta a tale problema, a causa dei marcati effetti di subsurface scattering della luce laser. Il sistema di triangolazione sarà validato caratterizzando, mediante il confronto con pezzi di dimensioni note, la precisione e l'accuratezza delle misurazioni, e valutando i tempi di esecuzione degli algoritmi. Inoltre, le prestazioni ed i risultati delle acquisizioni saranno messi a confronto con quelli ottenuti adottando una telecamera high-end dedicata. Lo studio preliminare svolto in questa sede e propedeutico per la futura realizzazione di un sistema per la ricostruzione in camera bianca di protesi d'osso su misura.

Laser scanning microscopy combined with image restoration to analyse a 3D model of the human epithelial airway barrier

A laser scanning microscope collects information from a thin, focal plane and ignores out of focus information. During the past few years it has become the standard imaging method to characterise cellular morphology and structures in static as well as in living samples. Laser scanning microscopy combined with digital image restoration is an excellent tool for analysing the cellular cytoarchitecture, expression of specific proteins and interactions of various cell types, thus defining valid criteria for the optimisation of cell culture models. We have used this tool to establish and evaluate a three dimensional model of the human epithelial airway wall.

Algorithms For Automatic And Robust Registration Of 3D Head Scans

wo methods for registering laser-scans of human heads and transforming them to a new semantically consistent topology defined by a user-provided template mesh are described. Both algorithms are stated within the Iterative Closest Point framework. The first method is based on finding landmark correspondences by iteratively registering the vicinity of a landmark with a re-weighted error function. Thin-plate spline interpolation is then used to deform the template mesh and finally the scan is resampled in the topology of the deformed template. The second algorithm employs a morphable shape model, which can be computed from a database of laser-scans using the first algorithm. It directly optimizes pose and shape of the morphable model. The use of the algorithm with PCA mixture models, where the shape is split up into regions each described by an individual subspace, is addressed. Mixture models require either blending or regularization strategies, both of which are described in detail. For both algorithms, strategies for filling in missing geometry for incomplete laser-scans are described. While an interpolation-based approach can be used to fill in small or smooth regions, the model-driven algorithm is capable of fitting a plausible complete head mesh to arbitrarily small geometry, which is known as "shape completion". The importance of regularization in the case of extreme shape completion is shown.

Obtención del modelo tridimensional de dos fragmentos de globos de lava de la erupción volcánica submarina de La Isla de El Hierro en 2011, mediante sistemas escáner laser 3D.

El objetivo del proyecto consiste en la realización de un modelo tridimensional,mediante la utilización de un equipo laser escáner 3D, de los fragmentos de unos globos de lava emergidos de las erupciones que ocurrieron en la isla canaria de ElHierro, en Octubre de 2011. Se persigue con dicho modelo, conseguir una muestra virtual de unos restos geológicos que, por su naturaleza, son extremadamente frágiles y así permitir que puedan ser estudiados con sus características de la forma más completa posible sin necesidad de ser manipulados incluso cuando las muestras físicas se hayan deteriorado.

Laser shock peening without absorbent coating (LSPwC) effect on 3D surface topography and mechanical properties of 6082-T651 Al alloy

The influence of nanosecond laser pulses applied by laser shock peening without absorbent coating (LSPwC) with a Q-switched Nd:YAG laser operating at a wavelength of λ = 1064 nm on 6082-T651 Al alloy has been investigated. The first portion of the present study assesses laser shock peening effect at two pulse densities on three-dimensional (3D) surface topography characteristics. In the second part of the study, the peening effect on surface texture orientation and micro-structure modification, i.e. the effect of surface craters due to plasma and shock waves, were investigated in both longitudinal (L) and transverse (T) directions of the laser-beam movement. In the final portion of the study, the changes of mechanical properties were evaluated with a residual stress profile and Vickers micro-hardness through depth variation in the near surface layer, whereas factorial design with a response surface methodology (RSM) was applied. The surface topographic and micro-structural effect of laser shock peening were characterised with optical microscopy, InfiniteFocus® microscopy and scanning electron microscopy (SEM). Residual stress evaluation based on a hole-drilling integral method confirmed higher compression at the near surface layer (33 μm) in the transverse direction (σmin) of laser-beam movement, i.e. − 407 ± 81 MPa and − 346 ± 124 MPa, after 900 and 2500 pulses/cm2, respectively. Moreover, RSM analysis of micro-hardness through depth distribution confirmed an increase at both pulse densities, whereas LSPwC-generated shock waves showed the impact effect of up to 800 μm below the surface. Furthermore, ANOVA results confirmed the insignificant influence of LSPwC treatment direction on micro-hardness distribution indicating essentially homogeneous conditions, in both L and T directions.

INFLUÊNCIA DO LASER DE BAIXA INTENSIDADE NA VELOCIDADE DA MOVIMENTAÇÃO ORTODÔNTICA

Este estudo investigou os efeitos do laser de baixa intensidade na velocidade da movimentação ortodôntica de caninos submetidos à retração inicial. A amostra constou de 26 caninos superiores e inferiores, submetidos à retração inicial realizada com mola Niti, com força de 150g. Um dos caninos foi irradiado com laser de diodo, seguindo o protocolo de aplicação: 780nm/20mW/5Jcm2/0,2J por ponto/Et=2J, nos dias 0, 3 e 7 pós-ativação, sendo que o contralateral foi considerado placebo. A retração durou em média 4 meses, num total de 9 aplicações de laser. Os modelos de cada mês foram escaneados com scanner 3D (3Shape) e as imagens tridimensionais foram analisadas por meio do Software Geomagic Studio 5, para a mensuração da quantidade de movimentação dos caninos retraídos. Foi empregada a Análise de Variância a três critérios, seguida pelo teste de Tukey (p<0,05). Para verificação da integridade tecidual, foram efetuadas radiografias periapicais iniciais e finais dos caninos retraídos e dos molares, nas quais foram avaliados uma possível reabsorção na crista alveolar, por meio da distância da crista óssea alveolar até a junção cemento-esmalte e os níveis de reabsorção radicular, por meio do índice de Levander e Malmgreen, sendo este último avaliado somente nos caninos retraídos. Para isto, foi empregado o teste não paramétrico de Wilcoxon (p<0,05). Os resultados indicaram que houve um aumento estatisticamente significante na velocidade da movimentação dos caninos irradiados comparados ao seu contralateral, em todos os tempos avaliados, como também a preservação da integridade tecidual. Com isso, concluiu-se que o laser de diodo pode acelerar a movimentação ortodôntica, podendo contribuir para a diminuição do tempo de tratamento.(AU)

INFLUÊNCIA DO LASER DE BAIXA INTENSIDADE NA VELOCIDADE DA MOVIMENTAÇÃO ORTODÔNTICA

Este estudo investigou os efeitos do laser de baixa intensidade na velocidade da movimentação ortodôntica de caninos submetidos à retração inicial. A amostra constou de 26 caninos superiores e inferiores, submetidos à retração inicial realizada com mola Niti, com força de 150g. Um dos caninos foi irradiado com laser de diodo, seguindo o protocolo de aplicação: 780nm/20mW/5Jcm2/0,2J por ponto/Et=2J, nos dias 0, 3 e 7 pós-ativação, sendo que o contralateral foi considerado placebo. A retração durou em média 4 meses, num total de 9 aplicações de laser. Os modelos de cada mês foram escaneados com scanner 3D (3Shape) e as imagens tridimensionais foram analisadas por meio do Software Geomagic Studio 5, para a mensuração da quantidade de movimentação dos caninos retraídos. Foi empregada a Análise de Variância a três critérios, seguida pelo teste de Tukey (p<0,05). Para verificação da integridade tecidual, foram efetuadas radiografias periapicais iniciais e finais dos caninos retraídos e dos molares, nas quais foram avaliados uma possível reabsorção na crista alveolar, por meio da distância da crista óssea alveolar até a junção cemento-esmalte e os níveis de reabsorção radicular, por meio do índice de Levander e Malmgreen, sendo este último avaliado somente nos caninos retraídos. Para isto, foi empregado o teste não paramétrico de Wilcoxon (p<0,05). Os resultados indicaram que houve um aumento estatisticamente significante na velocidade da movimentação dos caninos irradiados comparados ao seu contralateral, em todos os tempos avaliados, como também a preservação da integridade tecidual. Com isso, concluiu-se que o laser de diodo pode acelerar a movimentação ortodôntica, podendo contribuir para a diminuição do tempo de tratamento.(AU)

3D models created from ROV videos and their corresponding subtransect dimensions

Underwater video transects have become a common tool for quantitative analysis of the seafloor. However a major difficulty remains in the accurate determination of the area surveyed as underwater navigation can be unreliable and image scaling does not always compensate for distortions due to perspective and topography. Depending on the camera set-up and available instruments, different methods of surface measurement are applied, which make it difficult to compare data obtained by different vehicles. 3-D modelling of the seafloor based on 2-D video data and a reference scale can be used to compute subtransect dimensions. Focussing on the length of the subtransect, the data obtained from 3-D models created with the software PhotoModeler Scanner are compared with those determined from underwater acoustic positioning (ultra short baseline, USBL) and bottom tracking (Doppler velocity log, DVL). 3-D model building and scaling was successfully conducted on all three tested set-ups and the distortion of the reference scales due to substrate roughness was identified as the main source of imprecision. Acoustic positioning was generally inaccurate and bottom tracking unreliable on rough terrain. Subtransect lengths assessed with PhotoModeler were on average 20% longer than those derived from acoustic positioning due to the higher spatial resolution and the inclusion of slope. On a high relief wall bottom tracking and 3-D modelling yielded similar results. At present, 3-D modelling is the most powerful, albeit the most time-consuming, method for accurate determination of video subtransect dimensions.

INFLUÊNCIA DO LASER DE BAIXA INTENSIDADE NA VELOCIDADE DA MOVIMENTAÇÃO ORTODÔNTICA

Este estudo investigou os efeitos do laser de baixa intensidade na velocidade da movimentação ortodôntica de caninos submetidos à retração inicial. A amostra constou de 26 caninos superiores e inferiores, submetidos à retração inicial realizada com mola Niti, com força de 150g. Um dos caninos foi irradiado com laser de diodo, seguindo o protocolo de aplicação: 780nm/20mW/5Jcm2/0,2J por ponto/Et=2J, nos dias 0, 3 e 7 pós-ativação, sendo que o contralateral foi considerado placebo. A retração durou em média 4 meses, num total de 9 aplicações de laser. Os modelos de cada mês foram escaneados com scanner 3D (3Shape) e as imagens tridimensionais foram analisadas por meio do Software Geomagic Studio 5, para a mensuração da quantidade de movimentação dos caninos retraídos. Foi empregada a Análise de Variância a três critérios, seguida pelo teste de Tukey (p<0,05). Para verificação da integridade tecidual, foram efetuadas radiografias periapicais iniciais e finais dos caninos retraídos e dos molares, nas quais foram avaliados uma possível reabsorção na crista alveolar, por meio da distância da crista óssea alveolar até a junção cemento-esmalte e os níveis de reabsorção radicular, por meio do índice de Levander e Malmgreen, sendo este último avaliado somente nos caninos retraídos. Para isto, foi empregado o teste não paramétrico de Wilcoxon (p<0,05). Os resultados indicaram que houve um aumento estatisticamente significante na velocidade da movimentação dos caninos irradiados comparados ao seu contralateral, em todos os tempos avaliados, como também a preservação da integridade tecidual. Com isso, concluiu-se que o laser de diodo pode acelerar a movimentação ortodôntica, podendo contribuir para a diminuição do tempo de tratamento.(AU)

3D Reconstruction of the complex dielectric function of glass during femtosecond laser micro-fabrication

We report on a new technique to reconstruct the 3D dielectric function change in transparent dielectric materials and the application of the technique for on-line monitoring of refractive index modification in BK7 glass during direct femtosecond laser microfabrication. The complex optical field scattered from the modified region is measured using two-beam, single-shot interferogram and the distribution of the modified refractive index is reconstructed by numerically solving the inverse scattering problem in Born approximation. The optical configuration suggested is further development of digital holographic microscopy (DHM). It takes advantage of high spatial resolution and almost the same optical paths for both interfering beams, and allows ultrafast time resolution.

Characterization of time-resolved laser differential phase using 3D complementary cumulative distribution functions

An experimental method for characterizing the time-resolved phase noise of a fast switching tunable laser is discussed. The method experimentally determines a complementary cumulative distribution function of the laser's differential phase as a function of time after a switching event. A time resolved bit error rate of differential quadrature phase shift keying formatted data, calculated using the phase noise measurements, was fitted to an experimental time-resolved bit error rate measurement using a field programmable gate array, finding a good agreement between the time-resolved bit error rates.

3D reconstruction of the complex dielectric function of glass during femtosecond laser micro-fabrication

We report on a new technique to reconstruct the 3D dielectric function change in transparent dielectric materials and the application of the technique for on-line monitoring of refractive index modification in BK7 glass during direct femtosecond laser microfabrication. The complex optical field scattered from the modified region is measured using two-beam, single-shot interferogram and the distribution of the modified refractive index is reconstructed by numerically solving the inverse scattering problem in Born approximation. The optical configuration suggested is further development of digital holographic microscopy. It takes advantage of high spatial resolution and almost the same optical paths for both interfering beams, and allows ultrafast time resolution. © Springer Science+Business Media, LLC. 2011.

EXPERIMENTAL INVESTIGATION INTO PARTICULATE MATTER DISTRIBUTION IN CATALYZED PARTICULATE FILTERS USING A 3D TERAHERTZ WAVE SCANNER

The particulate matter distribution (PM) trends that exist in catalyzed particulate filters (CPFs) after loading, passive oxidation, active regeneration, and post loading conditions are not clearly understood. These data are required to optimize the operation of CPFs, prevent damage to the CPFs caused by non-uniform distributions, and develop accurate CPF models. To develop an understanding of PM distribution trends, multiple tests were conducted and the PM distribution was measured in three dimensions using a terahertz wave scanner. The results of this work indicate that loading, passive oxidation, active regeneration, and post loading can all cause non-uniform PM distributions. The density of the PM in the substrate after loading and the amount of PM that is oxidized during passive oxidations and active regenerations affect the uniformity of the distribution. Post loading that occurs after active regenerations result in distributions that are less uniform than post loading that occurs after passive oxidations.