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

An overview of the advantages and constraints of coded pattern projection techniques for autonomous navigation

The absolute necessity of obtaining 3D information of structured and unknown environments in autonomous navigation reduce considerably the set of sensors that can be used. The necessity to know, at each time, the position of the mobile robot with respect to the scene is indispensable. Furthermore, this information must be obtained in the least computing time. Stereo vision is an attractive and widely used method, but, it is rather limited to make fast 3D surface maps, due to the correspondence problem. The spatial and temporal correspondence among images can be alleviated using a method based on structured light. This relationship can be directly found codifying the projected light; then each imaged region of the projected pattern carries the needed information to solve the correspondence problem. We present the most significant techniques, used in recent years, concerning the coded structured light method

Medical image registration based on random line sampling

One of the key aspects in 3D-image registration is the computation of the joint intensity histogram. We propose a new approach to compute this histogram using uniformly distributed random lines to sample stochastically the overlapping volume between two 3D-images. The intensity values are captured from the lines at evenly spaced positions, taking an initial random offset different for each line. This method provides us with an accurate, robust and fast mutual information-based registration. The interpolation effects are drastically reduced, due to the stochastic nature of the line generation, and the alignment process is also accelerated. The results obtained show a better performance of the introduced method than the classic computation of the joint histogram

Modelatge procedural d’edificis

L’objectiu d’aquest PFC és el desenvolupament d’una eina pel modelatge procedural d’edificis i altres estructures arquitectòniques. El modelatge d’edificis és, per si sol, un bon tema on aplicar‐hi la programació procedural. Un edifici normal compte sempre amb elements que es repeteixen en altura i amplada. El fet de “repetir” una tasca suggereix sempre l’aplicació d’algun tipus de procediment per tal de simplificar i reduir la feina de l’usuari a l’hora de desenvolupar aquesta feina

Mòdul de visualització 3D d’ ajuda al diagnòstic de les neoplàsies rectals

El diagnòstic mitjançant la imatge mèdica s’ha convertit en una eina fonamental en la pràctica clínica, permet entre altres coses, reconstruir a partir d’un conjunt d’imatges 2D, obtingudes a partir d’aparells de captació, qualsevol part de l’organisme d’un pacient i representar-lo en un model 3D. Sobre aquest model 3D poden realitzar-se diferents operacions que faciliten el diagnòstic i la presa de decisions als especialistes. El projecte que es presenta forma part del desenvolupament de la plataforma informàtica de visualització i tractament de dades mèdiques, anomenada Starviewer, que desenvolupen conjuntament el laboratori de Gràfics i Imatge (GiLab) de la Universitat de Girona i l’ Institut de Diagnòstic per la Imatge (IDI) de l’Hospital Josep Trueta de Girona. En particular, en aquest projecte es centra en el diagnòstic del càncer colorectal i el desenvolupament de mètodes i tècniques de suport al seu diagnòstic. Els dos punts claus en el tractament d’aqueta patologia són: la detecció de les lesions I l’estudi de l’evolució d’aquestes lesions, una vegada s’ha iniciat el tractament tumoral. L’objectiu principal d’aquest projecte és implementar i integrar en la plataforma Starviewer les tècniques de visualització i processament de dades necessàries per donar suport als especialistes en el diagnòstic de les lesions del colon. Donada la dificultat en el processament de les dades reals del budell ens proposem: dissenyar i implementar un sistema per crear models sintètics del budell; estudiar, implementar i avaluar les tècniques de processament d’imatge que calen per segmentar lesions de budell; dissenyar i implementar un sistema d’exploració del budell iintegrar de tots els mòduls implementats en la plataforma starviewer

Visualització de models fusionats

L’objectiu principal d’aquest projecte era implementar la visualització 3D demodels fusionats i aplicar totes les tècniques possibles per realitzar aquesta fusió. Aquestes tècniques s’integraran en la plataforma de visualització i processament de dades mèdiques STARVIEWER. Per assolir l’ objectiu principal s’ han definit els següents objectius específics:1- estudiar els algoritmes de visualització de models simples i analitzar els diferents paràmetres a tenir en compte. 2- ampliació de la tècnica de visualització bàsica seleccionada per tal de suportar els models fusionats. 3- avaluar i compar tots els mètodes implementats per poder determinar quin ofereix les millors visualitzacions

Segmentació de punts 3D rígids i no rígids obtinguts a partir d’un sistema estèreo

L’estudi consta de dues grans parts que serien la part de dissenyar, desenvolupar i implementar els mètodes de segmentació que ens serviran per separar els punts rígids dels punts no rígids/deformables. I l’altra part seria la d’obtenir reconstruccions 3D a partir d’un sistema estèreo, passant per la calibració de les càmeres del sistema, la realització de captures d’experiments reals, la generació de reconstruccions 3D per finalment posar a prova els mètodes desenvolupats en la part anterior

Desenvolupament d’un sistema de visió estereoscòpica per a la reconstrucció tridimensional d’objectes

El projecte consisteix en analitzar, dissenyar i desenvolupar un sistemaestèreo binocular (format per dues càmeres) sobre un suport que ofereixi la mobilitat iportabilitat necessària per utilitzar-lo de forma independent, és a dir, sense necessitat deconnexió a un ordinador, ja que normalment, els sistemes de visió per computador solenincorporar un ordinador amb un frame grabber (placa de captura d’imatges). Per a dur a terme elsistema estèreo més adient, s’analitzaran els requeriments necessaris, s’estudiaran diferentsalternatives, i finalment, es desenvoluparà i es demostrarà el funcionament del sistema en qüestió

Modelatge basat en exemples de carrers d’una ciutat

L’objectiu d’aquest projecte és el desenvolupament d’una eina de generació de xarxes de carrers a partir d’exemples. L’eina ha de permetre generar una xarxa de carrers nova que sigui semblant a l’existent en un mapa vectorial donat. A més, també es pretén unir aquesta aplicació amb l’urbanEngine per tal de poder generar vistes en 3D sobre aquestes xarxes de carrers, a més d’ampliar les opcions de l’urbanEngine a l’hora de crear ciutats

5

The nervous system is a frequent target of industrial chemicals, pharmaceuticals, and environmental pollutants. To screen large numbers of compounds for their neurotoxic potential, in vitro systems are required which combine organ-specific traits with robustness and high reproducibility. These requirements are met by serum-free aggregating brain cell cultures derived from mechanically dissociated embryonic rat brain. The initial cell suspension, composed of neural stem cells, neural progenitor cells, immature postmitotic neurons, glioblasts, and microglial cells, is kept under continuous gyratory agitation. Spherical aggregates form spontaneously and are maintained in suspension culture for several weeks. Within the aggregates, the cells rearrange and mature, reproducing critical morphogenic events such as migration, proliferation, differentiation, synaptogenesis, and myelination. In addition to the spontaneous reconstitution of histotypic brain architecture, the cultures acquire organ-specific functionality as indicated by activity-dependent glucose consumption, spontaneous electrical activity, and brain-specific inflammatory responses. These three-dimensional primary cell cultures offer therefore a unique model for neurotoxicity testing both during development and at advanced cellular differentiation. The high number of aggregates available and the excellent reproducibility of the cultures facilitate routine test procedures. This chapter presents a detailed description of the preparation and maintenance of these cultures as well as their use for routine toxicity testing.

Modelatge procedural de ciutats

L’objectiu d’aquest projecte és el desenvolupament d’una eina pel modelatge procedural de ciutats ixarxes de carrers. El modelatge de carrers és, per si sol, un bon tema on aplicar-hi la programacióprocedural. Les ciutats solen comptar amb patrons que es van repetint al llarg del territori. El fet de“repetir” una tasca suggereix sempre l’aplicació d’algun tipus de procediment per tal de simplificar ireduir la feina de l’usuari a l’hora de desenvolupar aquesta tasca. Shan utilitzat bàsicament tres eines diferents: Un modelador 3D, un llenguatge d’scripting i un llenguatge flexible per a definir els edificis

Estudi de l’expansió de carrers en ciutats al llarg del temps

El Projecte s’ha desenvolupat dintre del Grup de Geometria i Gràfics de la Udg on es treballa amb projectes de desenvolupament urbanístic 3D. L’objectiu del projecte consisteix en construir una aplicació per simular l’evolució de ciutats expandint els carrers al llarg del temps. L’aplicació es desenvoluparà dintre del projecte urbanEngine incorporant la possibilitat d’expandir ciutats com una extensió d’aquest. A més es vol dissenyat una interfície gràfica d’usuari que faciliti les tasques de configuració i supervisió del sistema

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 consolaGame Boy Advance (GBA). La GBA disposa d’un processador ARM7TDMI a 16’78Mhz i no disposa de operacions 3D per-hardware, és una consola lenta en comparació lesque 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 realismeal recorregut del món, com il·luminació, objectes, etc.Tot i que es va estudiar l’arquitectura d’un motor eficient, no estenia prou per arribar a tenir un motor interactiu. Una de lestasques més difícils va ser la part de optimització. Peraconseguir-ho s’ha hagut de substituir operacions a temps realcostoses a temps de execució, replantejar parts de l’algorisme per fer-lo més eficient, entre altres

Entorn de treball per a visualitzar escenes tridimensionals

Creació d'un entorn de treball per tal de visualitzar models tridimensionals en temps real amb dos objectius: proporcionar una interfície gràfica per poder visualitzar interactivament una escena, modificant-ne els seus elements i aconseguir un disseny que faci el projecte altament revisable i reutilitzable en elfutur, i serveixi per tant de plataforma per provar altres projectes

Influence of the ankle arthropathies on the 3D kinematics of the lower limbs during gait: analysis with an ambulatory system.

Introduction: Ankle arthropathy is associated with a decreased motion of the ankle-hindfoot during ambulation. Ankle arthrodesis was shown to result in degeneration of the neighbour joints of the foot. Inversely, total ankle arthroplasty conceptually preserves the adjacent joints because of the residual mobility of the ankle but this has not been demonstrated yet in vivo. It has also been reported that degenerative ankle diseases, and even arthrodesis, do not result in alteration of the knee and hip joints. We present the preliminary results of a new approach of this problem based on ambulatory gait analysis. Patients and Methods: Motion analysis of the lower limbs was performed using a Physilog® (BioAGM, CH) system consisting of three-dimensional (3D) accelerometer and gyroscope, coupled to a magnetic system (Liberty©, Polhemus, USA). Both systems have been validated. Three groups of two patients were included into this pilot study and compared to healthy subjects (controls) during level walking: patients with ankle osteoarthritis (group 1), patients treated by ankle arthrodesis (group 2), patients treated by total ankle prosthesis (group 3). Results: Motion patterns of all analyzed joints over more than 20 gait cycles in each subject were highly repeatable. Motion amplitude of the ankle-hindfoot in control patients was similar to recently reported results. Ankle arthrodesis limited the motion of the ankle-hindfoot in the sagittal and horizontal planes. The prosthetic ankle allowed a more physiologic movement in the sagittal plane only. Ankle arthritis and its treatments did not influence the range of motion of the knee and hip joint during stance phase, excepted for a slight decrease of the hip flexion in groups 1 and 2. Conclusion: The reliability of the system was shown by the repeatability of the consecutive measurements. The results of this preliminary study were similar to those obtained through laboratory gait analysis. However, our system has the advantage to allow ambulatory analysis of 3D kinematics of the lower limbs outside of a gait laboratory and in real life conditions. To our knowledge this is a new concept in the analysis of ankle arthropathy and its treatments. Therefore, there is a potential to address specific questions like the difficult comparison of the benefits of ankle arthroplasty versus arthrodesis. The encouraging results of this pilot study offer the perspective to analyze the consequences of ankle arthropathy and its treatments on the biomechanics of the lower limbs ambulatory, in vivo and in daily life conditions.