Designing a range scanner on an embedded processor using color coded structured light

Abstract

Üç boyutlu derinlik verisi bilgisayarlı görü ve bilgisayar grafiği uygulamaları için kullanışlı bilgi sağlamaktadır. Bu tarayıcılar için en önemlisi güvenilir derinlik verisi çıkartmalarıdır.Bu nedenle, literatürde değişik çalışma prensibine sahip çeşitli derinlik tarayıcıları önerilmektedir. Bunların arasında kodlu yapısal ışık temelli derinlik tarayıcı yaygın ve endüstriyel uygulamalarda sıkça kullanılmaktadır. Ne yazık ki bu derinlik tarayıcıları parlak nesneleri güvenilir şekilde tarayamamaktadır. Parlak nesne yüzeyi üzerindeki ışık yansımaları ve ortam aydınlatması kod dizilimini karıştırmaktadır. Kod dizilimi değiştiğinden elde edilen derinlik verisi de karışmaktadır. Bu doktora çalışmasında biz aydınlık ortamda parlak ve mat nesneleri tarayabilen bir derinlik tarayıcısı tasarlamaya odaklandık. Bu nedenle renk değişmezi tabanlı tek çizgi, ikili, üçlü ve dörtlü kodlamalı yapısal ışık temelli derinlik tarayıcısı öneriyoruz. Renk değişmezlerini kullanarak parlama ve ortam aydınlatmasının etkilerini giderebileceğimizi hipotez olarak savunuyoruz. Bu sayede, parlak ve mat nenelerin derinlik verisini sağlıklı bir şekilde elde edebiliriz. Bu tarayıcıları TI DM6437 EVM kartı üzerinde kullanıcının tarayıcıyı seçebileceği esnek bir system olarak gerçekledik. Ayrıca TI MSP430 mikrokontrolör tabanlı bir döner tabla sistemi tarayıcımıza eşlik etmektedir. Bu sistemin yardımıyla, hedef nesnenin farklı bakış açılarından derinlik verisi elde edilebiliyoruz. Ayrıca bir derinlik görüntüsü eşleştirme yöntemi kullanarak elde edilen derinlik verisinden nesnenin tamamının modelini elde ediyoruz. Tarayıcı sistemimizi çeşitli nelerle test ederek modellerini elde ettik.

Three dimensional range data provides useful information for various computer vision and computer graphics applications. For these, extracting the range data reliably is utmost important. Therefore, various range scanners based on different working principles are proposed in the literature. Among these, coded structured light based range scanners are popular and used in most industrial applications. Unfortunately, these range scanners cannot scan shiny objects reliably. Either highlights on the shiny object surface or the ambient light in the environment disturb the codeword. As the code is changed, the range data extracted from it will also be disturbed. In this Ph.D. study, we focus on developing a system that can scan shiny and matte objects under ambient light. Therefore, we propose color invariant based single stripe, binary, ternary, and quaternary coded structured light based range scanners. We hypothesize that, by using color invariants we can eliminate the effect of highlights and ambient light in the scanning process. Therefore, we can extract the range data of shiny and matte objects in a robust manner. We implemented these scanners using a TI DM6437 EVM board with a flexible system setup such that the user can select the scanning type. Furthermore, we implemented a TI MSP430 microcontroller based rotating table system that accompanies our scanner. By the help of this system, we can obtain the range data of the target object from different viewpoints. We also implemented a range image registration method to obtain the complete object model from the range data extracted. We tested our scanner system on various objects and provided their range and model data.