Inkrementelle Akquisition von 3D-Objektmodellen - Institut für ...

Kapitel 3
Generierung der Bildsequenz
Ziel dieses Moduls ist es, eine Bildsequenz von einem Objekt zu erzeugen. Diese Bildsequenz sollte
dazu geeignet sein, ein Modell des abgefilmten Objektes zu erstellen. Daher soll dieses von allen
Seiten aus gleicher Entfernung abgefilmt werden können. Auf das Filmen der Unterseite wird
jedoch verzichtet. Die Kamera sollte also Aufnahmen machen können von Punkten aus, die in
gleichem, geeigneten Abstand zum Objekt liegen und sich mindestens auf der Höhe des Objekts
befinden. Diese Punkte bilden eine Halbkugel, die im folgendem ”
Scan-Hemisphäre“ genannt wird.
Alle Positionen, von denen aus die Kamera eine Aufnahme macht, sollten eindeutig definiert sein.
Die Kamera soll jeweils genau auf das Objekt ausgerichtet sein.
3.1 Modellierung der Scan-Hemisphäre
Die genannten Anforderungen wurden durch die Scan-Hemisphäre modelliert. Sie ist eine gedachte
Halbkugel, in deren Mittelpunkt sich das Objekt befindet. Die Kamera soll entlang dieser Halbkugel
bewegt werden können und sich an jedem Punkt zum Mittelpunkt ausrichten. Der Radius wird
dabei so gewählt, dass sie dabei geeignete Aufnahmen vom Objekt machen kann (das Objekt also
komplett und möglichst bildfüllend aufgenommen wird).
Die Positionen auf der Halkugel lassen sich durch sphärische Koordinaten angeben. Dabei wird
ein Punkt durch die Winkel Φ und Θ bestimmt, wobei der Φ den Winkelabstand zu einem fest
definierten Nullmeridian und Θ den Winkelabstand zum Äquator angibt. Ein Punkt P wird in
sphärischen Koordinaten in der Form P (Φ|Θ) notiert. Der Schnittpunkt von Äquator und Nullmeridian
ist der Nullpunkt N.
Die Scan-Hemisphäre lässt sich im dreidimensionalen euklidischen Raum eindeutig definieren durch
die Angabe des Nullpunktes N (durch den auch der Nullmeridian festgelegt wird) und des Mittelpunktes
M, oder, wie hier geschehen, durch N und den Punkt T (0 ◦ |90 ◦ ), der den Nordpol der Hemisphäre
darstellt. Es lassen sich dann zu allen Punkten P (Φ|Θ) die kartesischen Raumkoordinaten
und die entsprechende Ausrichtung der Kamera berechnen. Die Ausrichtung der Kamera umfasst
den Drehwinkel um die optische Achse (eine Dimension) sowie deren Richtung (2 Dimensionen). Im
Folgenden werden Position und Ausrichtung zusammengefasst, wenn von 6-dimensionalen Raumkoordinaten
die Rede ist. Punkte auf der Hemisphäre werden also durch 2-dimensionale sphärische
Koordinaten parametrisiert und lassen sich eindeutig auf die 6-dimensionalen Raumkoordinaten
abbilden. Dies wird genauer beschrieben in Abschnitt 3.2.2.
3.2 Umsetzung
Der Aufbau zum Abfilmen des Objektes umfasst neben einer handelsüblichen Webcam, mit der
die Aufnahmen gemacht werden, eine Drehscheibe und einen Roboterarm. Die Kamera wird am
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