Relatório de Projecto de Licenciatura



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Relatório do Projecto “Recuperação de Estruturas Tridimensionais Através de Projecção de Luz Estruturada”




UNIVERSIDADE DE COIMBRA

FACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA

Departamento de Engenharia Electrotécnica


1999 – 2000
Projecto

Recuperação de Estruturas Tridimensionais



Através de Projecção de Luz Estruturada

Relatório
Coimbra, 9 de Outubro de 2000
João Filipe de Castro Ferreira
trabalho realizado com a colaboração do
Instituto de Sistemas e Robótica



Laboratório de Robótica Móvel

Recuperação de Estruturas Tridimensionais

Através de Projecção de Luz Estruturada

por
João Filipe de Castro Ferreira

Relatório redigido no âmbito da cadeira de


Projecto

Orientador: Jorge Dias

Departamento de Engenharia Electrotécnica


Universidade de Coimbra
9 de Outubro de 2000

Resumo


A problemática da recuperação e reconstrução espacial tridimensional tem sido objecto de discussão durante as duas décadas passadas, para pessoas envolvidas em áreas tão diversas como, de um modo óbvio, as ciências informáticas, físicas, médicas, ou como as áreas talvez menos óbvias respeitantes à produção cinematográfica e televisiva, estendendo-se mesmo essa discussão a todas as indústrias modernas em geral. Chegámos, portanto, a uma era em que este tipo de tecnologia já não faz mais apenas parte do imaginário da ficção científica. Sistemas usando este tipo de solução podem mostrar-se altamente eficazes, baratos e de boa qualidade para inspecção visual automática.
Algumas das suas variadas áreas de aplicação são:

  • Engenharia e produção fabril (inspecção industrial, engenharia de metrologia dimensional, prototipagem rápida, “engenharia inversa”, etc.);

  • Arte (digitalização de artefactos de museu para arquivamento e reprodução em formato digital, incorporação em ferramentas artísticas digitais, animação por computador, pós-produção cinematográfica e vídeo, encenação virtual, etc.);

  • Simulação e realidade virtual (composição de descrições digitais para análise e simulação por computador, criação de ambientes virtuais simulando de forma realista o mundo físico, etc.);

  • Faxing 3D”;

  • Automação e robótica;

  • Factores humanos e antropometria (dimensionamento de roupa, design de veículos automóveis e de locais de trabalho, etc.);

  • Internet e telecomunicações (comércio virtual, etc.);

  • Medicina (exanimação, diagnóstico, planeamento cirúrgico, simulação cirúrgica, projecto e fabrico de próteses, ortopedia, etc.);

  • Ciência forense (reconstrução facial, etc.).

O presente trabalho consistiu no planeamento, construção de raiz e teste de um sistema protótipo de recuperação e reconstrução de estruturas tridimensionais através de projecção de luz estruturada (mais concretamente, um feixe laser) sobre os corpos físicos cuja geometria se deseja reconstruir. Este tipo de procedimento permite explorar a restrição geométrica imposta pelas intersecções de planos de luz com os corpos físicos na geometria particular do modelo da projecção em perspectiva de uma câmara, determinando, a partir de soluções sobredeterminadas, a estrutura tridimensional do espaço através de imagens bidimensionais.


Foram estudados e confrontados, em primeiro lugar, diversos algoritmos potencialmente aplicáveis neste sistema, recorrendo nomeadamente ao auxílio do software de simulação matemática MATLABTM, sendo posteriormente aplicados e testados no sistema em situações reais, tendo sido os seus resultados exaustivamente examinados.

Agradecimentos

Gostaria de, em primeiro lugar, agradecer ao Doutor Jorge Dias, meu orientador, por me ter dado indicações tão valiosas do caminho a seguir ao longo deste trabalho, por ter arbitrado o jogo de forças entre a minha vontade de fazer outras cadeiras e de entrar numa dedicação exclusiva à cadeira de Projecto, por ter aturado com a minha teimosia inata e, mais importante que tudo, por ter dado um apoio moral constante e por ter acreditado nas minhas capacidades mais do que eu próprio.
Gostaria de agradecer ao Engenheiro Jorge Lobo por toda a amizade e paciência, e por todo o tempo que disponibilizou por uma “causa” que, à partida, não era a dele.
Queria também agradecer ao Engenheiro Nuno Martins pela inestimável ajuda que me deu através da sua cedência de alguma bibliografia essencial para conclusão deste trabalho
Finalmente, queria agradecer a todas as (muitas) pessoas que me apoiaram ao longo deste projecto e que, por serem em tão grande número, não poderei fazer um agradecimento particularizado aqui, estando, no entanto, empenhado em fazê-lo pessoalmente, e à minha mãe, à minha irmã e à minha namorada, por terem sido os pilares para a minha sanidade mental durante todo este tempo.
Sumário


Resumo ii

Agradecimentos iii

Sumário 1

1. Introdução 3

2. Estudo e Teste de Algoritmos 27

3. Sistema Proposto 57

4. Resultados Finais 75

5. Conclusões 83

6. Trabalho Futuro 84

Apêndice A 91

Apêndice B 93

Apêndice C 111

Apêndice D 118

Referências 130

Índice de Figuras 132




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