Crear modelos 3D a partir de capturas de imágenes Tempo de leitura: 4 minutos

Dentro dos sistemas de visão artificial, destacamos os sistemas de visão artificial 3D que permitem criar modelos 3D a partir de capturas de imagens. Estes sistemas permitem medir formas em 3D a altas velocidades, superiores aos 30.000 perfis por segundo.

Os sistemas de visão artificial 3D podem ser divididos em cinco categorias diferentes. Cada um destes sistemas tem as suas vantagens e inconvenientes, pelo que o melhor é escolher aquele que se adequa mais às necessidades concretas em cada caso. De fato, muitas vezes vamos encontrar técnicas que se combinam entre si,  como é o caso da projeção de padrões ou photometric stereo, que basicamente é uma melhoria do sistema mais tradicional de stereoscopia.

Alguns destes sistemas 3D proporcionam uma grande velocidade tanto de captura como de transmissão. Além do mais, contam com a capacidade de serem de fácil integração, o que os converte em sistemas muito eficientes na hora de criar modelos 3D a partir de imagens. Para podermos ter uma ideia exata de como funciona este tipo de câmaras quando trabalham em modo 3D, podem chegar a adquirir até 30.000 perfis por segundo. Cada um destes perfis inclui 1536 coordenadas 3D de alta qualidade. Além do mais, os cálculos de triangulação são feitos dentro da câmara 3D e são transferidos diretamente ao PC através da sua conexão digital.

No caso de algumas destas câmaras, podem funcionar em modo multiscan, o que permite não só obter uma imagem mas também diferentes características de cada uma delas como a forma e a imagem 3D, mas também o nível de cinzentos na imagem. Com os sistemas 3D, todas as características dos objetos sao capturam quando o produto passa abaixo da câmara com sensores 3D que funcionam de forma linear e é enviada ao PC através da interface digital.

Um dos elementos mais inovadores e importantes do escaneio em 3D é a capacidade de escanear objetos em 3D em tempo real. Isto permite realizar a reconstrução tridimensional de objetos em movimento. Trata-se de um sistema realmente inovador já que necessita aproximadamente de menos de cinquenta milissegundos para cada escaneado, permitindo manter uma taxa de entre vinte e trinta reconstruções em 3D por segundo, estamos por isso a falar de um sistema que nos abre muitas portas na hora de criar modelos 3D a partir de fotos.

A reconstrução 3D de um ambiente ou objeto consegue-se utilizando um conjunto de câmaras sincronizadas entre si e um sistema de luz estruturada ou laser que são capazes de capturar a cena e gerar uma nuvem de pontos. Graças a esta nuvem de pontos podemos gerar o modelo em 3D que servirá para levar a cabo qualquer tarefa que requeira estes modelos.

Ao longo dos últimos anos, as ultimas inovações no setor da visão artificial centraram-se na denominada visão 3D. Isto é, a reconstrução de uma cena a partir de um scanner 3D que permite realizar algum tipo de verificação que não era possível ser executada antes usando as técnicas de visão 2D. Estas aplicações de escaneado 3D tem uma ampla presença em atividades como o controlo de qualidade, metrologia ou controlo dimensional, assim como aplicações de guia de robôs.

 

Existem diversas técnicas na hora de criar modelos 3D a partir de fotos:

 

Visão stereo:

No caso da visão stereo, as coordenadas 3D dos pontos visíveis na superfície do objeto são obtidas baseadas em duas ou mais imagens que foram adquiridas previamente desde diferentes pontos de vista. Isso se realiza mediante o cálculo do mapa de disparidades na configuração da câmara calibrada. Trata-se de uma tecnologia que é particularmente adequada na hora de reconstruir 3D, ou seja, para determinar a forma 3D de objetos com formas arbitrárias ou indefinidas.

 

Triangulação laser:

Este sistema é composto por um laser de linha, além de uma ou mais câmaras e o software de triangulação. A câmara deve ser instalada posicionada num ângulo específico em relação ao laser e através da captura da variação do perfil laser sobre a peça. Deste modo, será capaz de reconstruir a imagem em 3D. Dentro da câmara são realizados os cálculos de triangulação e estes são transferidos ao computador através de sua conexão digital para completar o processo.

 

Padrões de LED:

Neste caso, os sensores combinam a projeção de padrões com ferramentas de medição 3D integradas para cada característica especifica do objeto em questão. Trata-se de um sistema que dá muito bons resultados na inspeção de linhas de peças com movimento de iniciar e parar, como sucede na inspeção robótica. O sistema projeta um padrão de LED sobre a peça em questão e as câmaras do equipamento capturam as imagens de como o padrão se comporta na peça.

 

Photometric stereo:

Esta técnica de visão 3D por computador é usada para reconhecer as superfícies normais dos objetos mediante a observação sobre diferentes condições de iluminação. É baseada no fato de que a quantidade de luz refletida por uma superfície depende da orientação da mesma em relação com a fonte de luz e do observador. Ao medir a quantidade de luz que se reflete numa câmara, o espaço das possíveis orientações de superfície é limitado possibilitando definir a sua posição.

 

TOF (Time of flight):

As câmaras TOF são baseadas no princípio de que cada um dos píxeis determina a distância da câmara ao objeto mediante a medição do tempo de atraso.  Graças aos últimos avanços, hoje em dia dispomos de câmaras 3D que permitem capturar imagens 3D em tempo real sem a necessidade de movimento. Para desenvolver o processo, primeiro a câmara envia um sinal ótico modulado através de um transmissor, que ilumina a cena sobre a que se pretende trabalhar em 3D. A luz refletida é detetada pelo sensor, que determina o tempo de voo para cada um dos píxeis. Na continuação, a informação 3D é capturada em paralelo a cada um destes píxeis sem a necessidade de nenhum tipo de processamento adicional. De fato, as câmaras TOF proporcionam medidas de alta qualidade e são ótimas para aplicações onde se requeira um rendimento elevado e muito eficiente.