3D scanning of transparent objects

Abstract

Günümüzde bir ürünün fiyatının ucuz olması kadar, kaliteli olması da ön plana çıkmış durumdadır. Bu kapsamda firmalar yapay görme tabanlı kalite kontrol sistemlerine yatırım yapmaktadırlar. Üç boyutlu kalite kontrol ise bu alanda en çok talep gören konulardan biridir. Piyasada üç boyutlu tarayıcılar mevcut olmasına rağmen bu ürünler cam gibi saydam yada metal gibi parlak yüzeyler üzerinde iyi sonuç vermemektedir. Otomotiv ve cam endüstrisinin bu konuda büyük bir ihtiyacı bulunmaktadır. Üretim kalitesini kontrol etmek için mevcut sistemlerde ürünlerden belirli aralıklarla numuneler alınmakta ve bunlar mekanik sistemlerle ile ölçülmektedir. Hata tespiti durumunda, ölçüm süresi uzun olduğundan, bütün bir seri ürün ıskartaya alınmaktadır. Her ürünü üç boyutlu olarak cevrimiçi ölçebilecek bir sisteme ihtiyaç duyulmaktadır. Geliştirilen tekniklerin çoğu üçgenleme tekniğine dayanmakta olup bilinen şekillerin bir nesne üzerine izdüşümü analizi ile yapılmaktadır. Ancak bu teknikler ayna gibi yansımalı ve cam gibi saydam yüzeyler üzerinde iyi sonuç vermemektedir. Bahsi geçen nesenelerde oluşan çoklu iç kırılma ve yüzey yansımasından dolayı üç boyutlu tarama zordur. Bu çalışma, şeffaf yüzeylerin taranması için yüzey ısıtma ve termal görüntülemeye dayanan yeni bir yöntem önermektedir. İlk olarak, nesne yüzeyi bir lazer kaynağı ile ısıtılmaktadır. Elde edilen termal görüntü üzerinde ısıtılmış noktanın piksel koordinatları hesaplanmaktadır. Sonra, 3B koordinatlar, sistemin kalibrasyon bilgileri kullanılarak elde edilir. Süreç şeffaf cismin yüzeyinin tamamımın taransması için hareket ettirilerek tekrarlanır. Bu yöntem, Isıtma tarama olarak adlandırılmıştır. Aynı zamanda yüzey ısı dağılımları kullanılarak yüzey dikmeleri hesaplanmaktadır. Tez kapsamında bu tekniği kullanan bir 3B tarayıcı geliştirilmiştir.

Many practical tasks in industry, such as automatic inspection or robot vision, often require scanning of three-dimensional shapes with non-contact techniques. However,transparent objects, such as those made of glass, still pose diculties for classical scanning techniques. The reconstruction of surface geometry for transparent objectsis complicated by the fact that light is transmitted through, refracted and in some cases reected by the surface. Current approaches can only deal relatively well with sub-classes of objects. The algorithms are still very specic and not generally applicable. Furthermore, many techniques require considerable acquisition eort and careful calibration. This thesis proposes a new method of determining the surface shape of transparent objects. The method is based on local surface heating and thermal imaging. First, the surface of the object is heated with a laser source. A thermal image is acquired, and pixel coordinates of the heated point are calculated. Then, the 3D coordinates of the surface are computed using triangulation and the initial calibration of the system. The process is repeated by moving the transparent object to recover its surface shape. This method is called Scanning From Heating. Considering the laser beam as a point heating source and the surface of the object locally at at the impact zone, the Scanning From Heating method is extended to obtain the surface normals of the object, in addition to the 3D world coordinates. A scanner prototype based on Scanning From Heating method has been developed during the thesis.