Técnica de compressão progressiva de nuvens de pontos e projeto de um scanner 3D de baixo custo
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2018 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Manancial - Repositório Digital da UFSM |
Texto Completo: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/22052 |
Resumo: | Three-dimensional (3D) scanning systems can be used in a wide range of applications such as in cultural heritage, reverse engineering and computer graphics. In general, most of the existing 3D scanning systems are based on the analysis of light patterns captured as images of a specific surface using a charge-coupled device (CCD) sensor in order to perform the 3D mapping – operation used to convert two-dimensional (2D) pixels into 3D points –, whose result is represented as a point cloud. Most of the 3D scanners available in the market are designed for high resolution and precision. This yields 3D models with a large amount of information and an increase of the final product cost, since such characteristics require higher value-added equipments. Therefore, as first contribution of this master’s thesis, is shown the implementation of a low-cost 3D scanner based on the laser triangulation technique using only a camera and a line laser generator. A geometrical-based model is proposed to perform the 3D mapping, whose calibration is based on the use of an object with known real dimensions. Despite the increasing computer’s processing and storage capacity, the usage of 3D models can become a problem in applications for remote transmission of data, real time processing or in embedded systems with limited computational resources. In this way, as second contribution of this master’s thesis, a progressive compression technique of point clouds is proposed based on the JPEG image compression technique and cylindrical coordinates. The proposed compression technique allows to decrease the computational cost associated to the storage process of 3D data. As main results, the proposed 3D scanning system was implemented with a total cost equal to US$ 77.00 and it showed up capable of generating models of real objects with differences in the dimensions smaller than 2 millimeters. Additionally, the proposed compression technique generated computationally eficient results, overcoming other relevant techniques based on octree space decomposition when analyzing the rate-distortion (R-D) performance. |
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Técnica de compressão progressiva de nuvens de pontos e projeto de um scanner 3D de baixo custoProgressive compression of point clouds technique and a low-cost 3D scanner designBaixo custoCompressão JPEGMapeamento 3DScanner 3DLow-costJPEG compression3D mapping3D scannerCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOThree-dimensional (3D) scanning systems can be used in a wide range of applications such as in cultural heritage, reverse engineering and computer graphics. In general, most of the existing 3D scanning systems are based on the analysis of light patterns captured as images of a specific surface using a charge-coupled device (CCD) sensor in order to perform the 3D mapping – operation used to convert two-dimensional (2D) pixels into 3D points –, whose result is represented as a point cloud. Most of the 3D scanners available in the market are designed for high resolution and precision. This yields 3D models with a large amount of information and an increase of the final product cost, since such characteristics require higher value-added equipments. Therefore, as first contribution of this master’s thesis, is shown the implementation of a low-cost 3D scanner based on the laser triangulation technique using only a camera and a line laser generator. A geometrical-based model is proposed to perform the 3D mapping, whose calibration is based on the use of an object with known real dimensions. Despite the increasing computer’s processing and storage capacity, the usage of 3D models can become a problem in applications for remote transmission of data, real time processing or in embedded systems with limited computational resources. In this way, as second contribution of this master’s thesis, a progressive compression technique of point clouds is proposed based on the JPEG image compression technique and cylindrical coordinates. The proposed compression technique allows to decrease the computational cost associated to the storage process of 3D data. As main results, the proposed 3D scanning system was implemented with a total cost equal to US$ 77.00 and it showed up capable of generating models of real objects with differences in the dimensions smaller than 2 millimeters. Additionally, the proposed compression technique generated computationally eficient results, overcoming other relevant techniques based on octree space decomposition when analyzing the rate-distortion (R-D) performance.Sistemas de scanning tridimensional (3D) são utilizados em um grande número de aplicações, tais como na digitalização de quadros, esculturas e patrimônios culturais, engenharia reversa e computação gráfica. Basicamente, os sistemas de scanning 3D mais usuais realizam análises de padrões de luz capturados de uma superfície real utilizando um dispositivo de carga acoplada ou CCD (charge-coupled device) a fim de realizar o mapeamento 3D – operação de conversão de pixels bidimensionais (2D) em pontos 3D –, cujo resultado final é representado na forma de uma nuvem de pontos. A maioria dos scanners 3D disponíveis no mercado são projetados para uma alta resolução e precisão. Isso acarreta em modelos 3D com uma grande quantidade de informação e na elevação do custo do produto final, já que tais requisitos exigem o uso de equipamentos com maior valor agregado. Assim, como primeira contribuição desta dissertação de mestrado, apresenta-se a implementação de um scanner 3D de baixo custo baseado no uso da técnica de triangulação a laser utilizando apenas uma câmera e um gerador laser do tipo linha. É proposto um modelo geométrico utilizado para realizar o mapeamento 3D, cuja calibragem é baseada no uso de um objeto com dimensões reais conhecidas. Apesar da crescente capacidade de armazenamento e processamento dos computadores, a utilização de modelos 3D pode se tornar um problema em aplicações com transmissão remota, processamento em tempo real ou em sistemas embarcados com recursos computacionais limitados. Desta forma, como segunda contribuição desta dissertação de mestrado, propõe-se uma técnica de compressão progressiva de nuvens de pontos baseada na técnica de compressão de imagem do tipo JPEG e no uso de coordenadas cilíndricas. A técnica de compressão proposta permite reduzir o custo computacional associado ao processo de armazenamento de dados 3D. Como principais resultados, o sistema de scanning 3D proposto foi construído com um custo total igual a R$ 250,00 e mostrou-se capaz de gerar modelos de um objeto real com diferenças menores do que 2 milímetros. Já a técnica de compressão mostrou-se computacionalmente eficiente, superando técnicas relevantes baseadas em decomposição espacial do tipo octree, quando analisada a taxa-distorção dos resultados obtidos.Universidade Federal de Santa MariaBrasilCiência da ComputaçãoUFSMPrograma de Pós-Graduação em Ciência da ComputaçãoCentro de TecnologiaMachado, RenatoMachado, Renatohttp://lattes.cnpq.br/2684900317624442http://lattes.cnpq.br/2684900317624442Pinho, Marcelo da SilvaBayer, Fabio MarianoWispel, Wagner2021-08-24T18:42:53Z2021-08-24T18:42:53Z2018-02-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/22052porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2022-08-09T12:13:51Zoai:repositorio.ufsm.br:1/22052Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2022-08-09T12:13:51Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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