Creating replicas of scultural heritage through 3D reconstruction and low cost 3D printer in Education

The process of making replicas of heritage has traditionally been developed by public agencies, corporations and museums and is not commonly used in schools. Currently there are technologies that allow creating cheap replicas. The new 3D reconstruction software, based on photographs and low cost 3D printers allow to make replicas at a cost much lower than traditional. This article describes the process of creating replicas of the sculpture Goslar Warrior of artist Henry Moore, located in Santa Cruz de Tenerife. To make this process, first, a digital model have been created using Autodesk Recap 360, Autodesk 123D Catch and Autodesk Meshmixer MarkerBot MakerWare applications. Physical replication, has been reproduced in polylactic acid (PLA) by MakerBot Replicator 2 3D printer. In addition, a cost analysis using, in one hand, the printer mentioned, and in the other hand, 3D printing services both online and local, is included. Finally, there has been a specific action with 141 students and 12 high school teachers, who filled a questionnary about the use of sculptural replicas in education.

A Largest Matching Area Approach to Image Denoising

Given the success of patch-based approaches to image denoising,this paper addresses the ill-posed problem of patch size selection.Large patch sizes improve noise robustness in the presence of good matches, but can also lead to artefacts in textured regions due to the rare patch effect; smaller patch sizes reconstruct details more accurately but risk over-fitting to the noise in uniform regions. We propose to jointly optimize each matching patch’s identity and size for gray scale image denoising, and present several implementations.The new approach effectively selects the largest matching areas, subject to the constraints of the available data and noise level, to improve noise robustness. Experiments on standard test images demonstrate our approach’s ability to improve on fixed-size reconstruction, particularly at high noise levels, on smoother image regions.

Exploitation de contraintes photométriques et géométriques en vision : application au suivi, au calibrage et à la reconstruction

Cette thése a été réalisée dans le cadre d'une cotutelle avec l'Institut National Polytechnique de Grenoble (France). La recherche a été effectuée au sein des laboratoires de vision 3D (DIRO, UdM) et PERCEPTION-INRIA (Grenoble).

La mise en scène d'une image-témoin dans Tangos, el exilio de Gardel et Sur de Fernando Solanas

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Une approche fréquentielle pratique pour l'échantillonnage adaptatif en espace image

En synthèse d'images réalistes, l'intensité finale d'un pixel est calculée en estimant une intégrale de rendu multi-dimensionnelle. Une large portion de la recherche menée dans ce domaine cherche à trouver de nouvelles techniques afin de réduire le coût de calcul du rendu tout en préservant la fidelité et l'exactitude des images résultantes. En tentant de réduire les coûts de calcul afin d'approcher le rendu en temps réel, certains effets réalistes complexes sont souvent laissés de côté ou remplacés par des astuces ingénieuses mais mathématiquement incorrectes. Afin d'accélerer le rendu, plusieurs avenues de travail ont soit adressé directement le calcul de pixels individuels en améliorant les routines d'intégration numérique sous-jacentes; ou ont cherché à amortir le coût par région d'image en utilisant des méthodes adaptatives basées sur des modèles prédictifs du transport de la lumière. L'objectif de ce mémoire, et de l'article résultant, est de se baser sur une méthode de ce dernier type[Durand2005], et de faire progresser la recherche dans le domaine du rendu réaliste adaptatif rapide utilisant une analyse du transport de la lumière basée sur la théorie de Fourier afin de guider et prioriser le lancer de rayons. Nous proposons une approche d'échantillonnage et de reconstruction adaptative pour le rendu de scènes animées illuminées par cartes d'environnement, permettant la reconstruction d'effets tels que les ombres et les réflexions de tous les niveaux fréquentiels, tout en préservant la cohérence temporelle.

Multi-view 3D reconstruction using virtual cameras

Ce mémoire s'intéresse à la reconstruction d'un modèle 3D à partir de plusieurs images. Le modèle 3D est élaboré avec une représentation hiérarchique de voxels sous la forme d'un octree. Un cube englobant le modèle 3D est calculé à partir de la position des caméras. Ce cube contient les voxels et il définit la position de caméras virtuelles. Le modèle 3D est initialisé par une enveloppe convexe basée sur la couleur uniforme du fond des images. Cette enveloppe permet de creuser la périphérie du modèle 3D. Ensuite un coût pondéré est calculé pour évaluer la qualité de chaque voxel à faire partie de la surface de l'objet. Ce coût tient compte de la similarité des pixels provenant de chaque image associée à la caméra virtuelle. Finalement et pour chacune des caméras virtuelles, une surface est calculée basée sur le coût en utilisant la méthode de SGM. La méthode SGM tient compte du voisinage lors du calcul de profondeur et ce mémoire présente une variation de la méthode pour tenir compte des voxels précédemment exclus du modèle par l'étape d'initialisation ou de creusage par une autre surface. Par la suite, les surfaces calculées sont utilisées pour creuser et finaliser le modèle 3D. Ce mémoire présente une combinaison innovante d'étapes permettant de créer un modèle 3D basé sur un ensemble d'images existant ou encore sur une suite d'images capturées en série pouvant mener à la création d'un modèle 3D en temps réel.

Multimodal image fusion of anatomical structures for diagnosis, therapy planning and assistance

This paper provides an overview of work done in recent years by our research group to fuse multimodal images of the trunk of patients with Adolescent Idiopathic Scoliosis (AIS) treated at Sainte-Justine University Hospital Center (CHU). We first describe our surface acquisition system and introduce a set of clinical measurements (indices) based on the trunk's external shape, to quantify its degree of asymmetry. We then describe our 3D reconstruction system of the spine and rib cage from biplanar radiographs and present our methodology for multimodal fusion of MRI, X-ray and external surface images of the trunk We finally present a physical model of the human trunk including bone and soft tissue for the simulation of the surgical outcome on the external trunk shape in AIS.

Réduction des artéfacts de tuteur coronarien au moyen d’un algorithme de reconstruction avec renforcement des bords : étude prospective transversale en tomodensitométrie 256 coupes

Les artéfacts métalliques entraînent un épaississement artéfactuel de la paroi des tuteurs en tomodensitométrie (TDM) avec réduction apparente de leur lumière. Cette étude transversale prospective, devis mesures répétées et observateurs avec méthode en aveugle, chez 24 patients consécutifs/71 tuteurs coronariens a pour objectif de comparer l’épaisseur de paroi des tuteurs en TDM après reconstruction par un algorithme avec renforcement des bords et un algorithme standard. Une angiographie coronarienne par TDM 256 coupes a été réalisée, avec reconstruction par algorithmes avec renforcement des bords et standard. L’épaisseur de paroi des tuteurs était mesurée par méthodes orthogonale (diamètres) et circonférentielle (circonférences). La qualité d’image des tuteurs était évaluée par échelle ordinale, et les données analysées par modèles linéaire mixte et régression logistique des cotes proportionnelles. L’épaisseur de paroi des tuteurs était inférieure avec l’algorithme avec renforcement des bords comparé à l’algorithme standard, avec les méthodes orthogonale (0,97±0,02 vs 1,09±0,03 mm, respectivement; p<0,001) et circonférentielle (1,13±0,02 vs 1,21±0,02 mm, respectivement; p<0,001). Le premier causait moins de surestimation par rapport à l’épaisseur nominale comparé au second, avec méthodes orthogonale (0,89±0,19 vs 1,00±0,26 mm, respectivement; p<0,001) et circonférentielle (1,06±0,26 vs 1,13±0,31 mm, respectivement; p=0,005) et diminuait de 6 % la surestimation. Les scores de qualité étaient meilleurs avec l’algorithme avec renforcement des bords (OR 3,71; IC 95% 2,33–5,92; p<0,001). En conclusion, la reconstruction des images avec l’algorithme avec renforcement des bords génère des parois de tuteurs plus minces, moins de surestimation, et de meilleurs scores de qualité d’image que l’algorithme standard.

An Improved Technique for Evolving Wavelet Coefficients for Fingerprint Image Compression

In this paper, an improved technique for evolving wavelet coefficients refined for compression and reconstruction of fingerprint images is presented. The FBI fingerprint compression standard [1, 2] uses the cdf 9/7 wavelet filter coefficients. Lifting scheme is an efficient way to represent classical wavelets with fewer filter coefficients [3, 4]. Here Genetic algorithm (GA) is used to evolve better lifting filter coefficients for cdf 9/7 wavelet to compress and reconstruct fingerprint images with better quality. Since the lifting filter coefficients are few in numbers compared to the corresponding classical wavelet filter coefficients, they are evolved at a faster rate using GA. A better reconstructed image quality in terms of Peak-Signal-to-Noise-Ratio (PSNR) is achieved with the best lifting filter coefficients evolved for a compression ratio 16:1. These evolved coefficients perform well for other compression ratios also.

Evolution of Better Wavelet Coefficients for Fingerprint Image Compression using cropped images

This paper explains the Genetic Algorithm (GA) evolution of optimized wavelet that surpass the cdf9/7 wavelet for fingerprint compression and reconstruction. Optimized wavelets have already been evolved in previous works in the literature, but they are highly computationally complex and time consuming. Therefore, in this work, a simple approach is made to reduce the computational complexity of the evolution algorithm. A training image set comprised of three 32x32 size cropped images performed much better than the reported coefficients in literature. An average improvement of 1.0059 dB in PSNR above the classical cdf9/7 wavelet over the 80 fingerprint images was achieved. In addition, the computational speed was increased by 90.18 %. The evolved coefficients for compression ratio (CR) 16:1 yielded better average PSNR for other CRs also. Improvement in average PSNR was experienced for degraded and noisy images as well

On Degeneracy of Linear Reconstruction from Three Views: Linear Line Complex and Applications

This paper investigates the linear degeneracies of projective structure estimation from point and line features across three views. We show that the rank of the linear system of equations for recovering the trilinear tensor of three views reduces to 23 (instead of 26) in the case when the scene is a Linear Line Complex (set of lines in space intersecting at a common line) and is 21 when the scene is planar. The LLC situation is only linearly degenerate, and we show that one can obtain a unique solution when the admissibility constraints of the tensor are accounted for. The line configuration described by an LLC, rather than being some obscure case, is in fact quite typical. It includes, as a particular example, the case of a camera moving down a hallway in an office environment or down an urban street. Furthermore, an LLC situation may occur as an artifact such as in direct estimation from spatio-temporal derivatives of image brightness. Therefore, an investigation into degeneracies and their remedy is important also in practice.

Monocular-based 3-D seafloor reconstruction and ortho-mosaicing by piecewise planar representation

Photo-mosaicing techniques have become popular for seafloor mapping in various marine science applications. However, the common methods cannot accurately map regions with high relief and topographical variations. Ortho-mosaicing borrowed from photogrammetry is an alternative technique that enables taking into account the 3-D shape of the terrain. A serious bottleneck is the volume of elevation information that needs to be estimated from the video data, fused, and processed for the generation of a composite ortho-photo that covers a relatively large seafloor area. We present a framework that combines the advantages of dense depth-map and 3-D feature estimation techniques based on visual motion cues. The main goal is to identify and reconstruct certain key terrain feature points that adequately represent the surface with minimal complexity in the form of piecewise planar patches. The proposed implementation utilizes local depth maps for feature selection, while tracking over several views enables 3-D reconstruction by bundle adjustment. Experimental results with synthetic and real data validate the effectiveness of the proposed approach

3D surface point and wireframe reconstruction from multiview photographic images

This paper describes a new method for reconstructing 3D surface points and a wireframe on the surface of a freeform object using a small number, e.g. 10, of 2D photographic images. The images are taken at different viewing directions by a perspective camera with full prior knowledge of the camera configurations. The reconstructed surface points are frontier points and the wireframe is a network of contour generators. Both of them are reconstructed by pairing apparent contours in the 2D images. Unlike previous works, we empirically demonstrate that if the viewing directions are uniformly distributed around the object's viewing sphere, then the reconstructed 3D points automatically cluster closely on a highly curved part of the surface and are widely spread on smooth or flat parts. The advantage of this property is that the reconstructed points along a surface or a contour generator are not under-sampled or under-represented because surfaces or contours should be sampled or represented with more densely points where their curvatures are high. The more complex the contour's shape, the greater is the number of points required, but the greater the number of points is automatically generated by the proposed method. Given that the viewing directions are uniformly distributed, the number and distribution of the reconstructed points depend on the shape or the curvature of the surface regardless of the size of the surface or the size of the object. The unique pattern of the reconstructed points and contours may be used in 31) object recognition and measurement without computationally intensive full surface reconstruction. The results are obtained from both computer-generated and real objects. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Neuromantic : from semi-manual to semi-automatic reconstruction of neuron morphology

The ability to create accurate geometric models of neuronal morphology is important for understanding the role of shape in information processing. Despite a significant amount of research on automating neuron reconstructions from image stacks obtained via microscopy, in practice most data are still collected manually. This paper describes Neuromantic, an open source system for three dimensional digital tracing of neurites. Neuromantic reconstructions are comparable in quality to those of existing commercial and freeware systems while balancing speed and accuracy of manual reconstruction. The combination of semi-automatic tracing, intuitive editing, and ability of visualizing large image stacks on standard computing platforms provides a versatile tool that can help address the reconstructions availability bottleneck. Practical considerations for reducing the computational time and space requirements of the extended algorithm are also discussed.