RI: Small: Low Cost Technologies to Improve the Quality of 3D Scanning

RI:小型:提高 3D 扫描质量的低成本技术

基本信息

  • 批准号:
    1717355
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-09-01 至 2022-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project develops a new mathematical framework, algorithms, and optical designs to increase the resolution and precision of line and area 3D scanners, and to minimize the hardware cost. Combining simple optical design techniques and novel mathematical formulations, this project builds the next generation of low cost high resolution 3D scanner systems based on active illumination and 3D triangulation. The project designs, fabricates, and demonstrates prototype 3D scanners based on the new technologies. The project integrates research with education. Courses taught by the principal investigator on a regular basis provide the necessary mathematics, software, and practical details to design and build 3D scanners using off-the-shelf low cost semiconductor lasers, small LED projectors, and web-cams, as well as digital geometry processing software. Undergraduate and graduate students learn in these courses to design and build low cost 3D scanners based on the technologies being developed in this project. By significantly lowering the cost of high resolution 3D scanning systems, the technology, software and methods being developed in this project have significant impact in the multiple applications in computer vision, computer graphics, and robotics. The research studies a new mathematical formulation for 3D optical triangulation based on interval arithmetic, where 3D points are only determined within certain bounds along the camera rays, and multiple measurements are used to tighten these bounds. The project introduces the "Line Segment Cloud" as an alternative surface representation, and as a tool to visualize the measurement errors within the proposed framework. The project develops new variational surface reconstruction methods with line segment constraints tailored to line segment clouds. Enabled by the new formulation, the project is constructing: 1) novel laser line and structured light super-resolution 3D scanners, where the projectors are mounted on small displacement motion platforms; 2) structured light area 3D scanners where the different 3D patterns are projected by fixed non-coaxial LED slide projectors, and neither DLP or LCD projector engines are used; and 3) super-resolution 3D scanners based on volume carving, optimized for existing line and area based 3D scanners, where camera and projector are rigidly mounted with respect to each other. The project is also developing techniques to design laser line projectors optimized for optical triangulation using inexpensive optical components, where the thickness of the projected line is significantly reduced and the depth of field is increased. The project develops new calibration methods and performance metrics to evaluate these technologies.
该项目开发了新的数学框架、算法和光学设计,以提高线和面 3D 扫描仪的分辨率和精度,并最大限度地降低硬件成本。 该项目结合简单的光学设计技术和新颖的数学公式,构建了基于主动照明和 3D 三角测量的下一代低成本高分辨率 3D 扫描仪系统。 该项目设计、制造和演示基于新技术的原型 3D 扫描仪。该项目将研究与教育结合起来。首席研究员定期教授的课程提供了必要的数学、软件和实践细节,以使用现成的低成本半导体激光器、小型 LED 投影仪和网络摄像头以及数字技术来设计和构建 3D 扫描仪。几何处理软件。本科生和研究生在这些课程中学习如何根据该项目中开发的技术设计和构建低成本 3D 扫描仪。通过显着降低高分辨率 3D 扫描系统的成本,该项目开发的技术、软件和方法对计算机视觉、计算机图形学和机器人技术的多种应用产生了重大影响。 该研究研究了一种基于区间算术的 3D 光学三角测量的新数学公式,其中 3D 点仅在沿相机光线的特定范围内确定,并使用多次测量来收紧这些范围。 该项目引入了“线段云”作为替代表面表示,并作为在提议的框架内可视化测量误差的工具。 该项目开发了新的变分表面重建方法,具有针对线段云定制的线段约束。 在新配方的支持下,该项目正在构建:1)新型激光线和结构光超分辨率3D扫描仪,其中投影仪安装在小位移运动平台上; 2)结构光区域3D扫描仪,其中不同的3D图案由固定的非同轴LED幻灯片投影仪投影,并且不使用DLP或LCD投影仪引擎; 3)基于体积雕刻的超分辨率3D扫描仪,针对现有的基于线和面的3D扫描仪进行了优化,其中相机和投影仪彼此刚性安装。 该项目还在开发技术,使用廉价的光学元件设计针对光学三角测量进行优化的激光线投影仪,其中投影线的厚度显着减小,景深增加。该项目开发了新的校准方法和性能指标来评估这些技术。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The Two Lines Light Source (TLLS)
两线光源 (TLLS)
Fast Non-Convex Hull Computation
快速非凸壳计算
Laplacian Coordinates: Theory and Methods for Seeded Image Segmentation
Rough carving of 3D models with spatial augmented reality
Minimum Spanning Tree Cycle Intersection Problem
  • DOI:
    10.1016/j.dam.2021.01.031
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    M. Dubinsky;C. Massri;G. Taubin
  • 通讯作者:
    M. Dubinsky;C. Massri;G. Taubin
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