INTRODUÇÃO ÀS TÉCNICAS PARA LEVANTAMENTO
DE FORMA TRIDIMENSIONAL SEM CONTACTO
Cândida Pin o Coelho1, João Manuel R. S. Ta a es1, 2
1Labo a ó io de Óp ica e Mecânica Expe imen al, Ins i u o de Engenha ia Mecânica e Ges ão Indus ial,
Rua D . Robe o F ias, s/n 4200-465 PORTO PORTUGAL, {candidc@ e.up.p , a a es@ e.up.p }
2Faculdade de Engenha ia da Uni e sidade do Po o, Depa amen o de Engenha ia Mecânica e Ges ão Indus ial,
Rua D . Robe o F ias, s/n 4200-465 PORTO PORTUGAL, {h p://www. e.up.p /~ a a es}
RESUMO
As écnicas de le an amen o de o ma idimensional (3D) sem con ac o são hoje uma
e amen a mui o usada pa a a ob enção da o ma 3D de objec os ou cenas. Es e a igo
desc e e, esumidamen e, algumas dessas écnicas que êm sido u ilizadas na aquisição de
in o mação 3D no domínio de Visão T idimensional, bem como as an agens e di iculdades
que lhes são apon adas.
1 INTRODUÇÃO Nes e a igo, op ou-se po aze a di isão
das écnicas de aquisição de in o mação 3D
a ap esen a em duas classes: passi as e
ac i as; es ando cada uma delas di idida em
á ias subclasses, como se obse a no
esquema da Fig. 1. Es a di isão, habi ual
nes e domínio, e e em a enção os
p incípios básicos u ilizados po cada uma
dessas écnicas.
Ao longo dos úl imos anos, em-se
assis ido ao desen ol imen o de á ias
écnicas de aquisição de in o mação
idimensional sem con ac o que, di ec a ou
indi ec amen e, de e minam as coo denadas
idimensionais de pon os de uma cena ou
de um objec o, a dis ância desses pon os a
um de e minado e e encial ou a o ien ação
local das supe ícies que os cons i uem.
Figu a 1 – Di isão das écnicas sem con ac o pa a ob enção de in o mação 3D de uma cena ou objec o.
Técnicas de Aquisição 3D sem Con ac o
Passi a
Imagens Monocula es
de In ensidade
Es e eoscopia
Passi a
Ac i as
De ecção
de Ecos
Es e eoscopia
Ac i a
Moi é
Tempo al Phase
Unw apping
Pad ão
Biná io
E ique agem
Espacial
Modelação
Tempo al
Pad ão Codi i-
cado Co
Pad ão Codi i-
cado Sinusoidal
Focagem Geome ia
Conhecida
Pe s
p
ec i a
Somb eado Con o no Tex u a Ocul ação
Va iação da
Dis ancia Focal
1
Os e mos cena e objec o i ão se
u ilizados, ao longo des e a igo, de uma
o ma não dis in a, assim, a aquisição da
in o mação idimensional an o pode se
ela i a a uma cena como a um objec o.
2 TÉCNICAS PASSIVAS
As écnicas passi as ca ac e izam-se po
u iliza em apenas a luz ambien e pa a
ilumina a cena. A in o mação de dis ância
é ex
de
do
e al, es as écnicas apenas pe mi em ob e
ien ação das
la i a en e os
e
e mi em ob e medidas de dis ância
bsolu a com base na ocagem, na a iação
da dis ância ocal ou no conhecimen o
p é io da geome ia da cena, como o
amanho dos objec os ou de ou os
elemen os da cena; e aquelas que pe mi em
ob e in o mação ace ca da o ien ação das
supe ícies p e a dos
objec os ase somb eado, na
pe spec i a, na ex u a, nos con o nos, na
oc
o ma indi ec a aduzem a geome ia da
casos, a ob en
só
é possí el quando se dispõe de á ias
ição,
i e en es.
x
de
do
e al, es as écnicas apenas pe mi em ob e
ien ação das
la i a en e os
e
e mi em ob e medidas de dis ância
bsolu a com base na ocagem, na a iação
da dis ância ocal ou no conhecimen o
p é io da geome ia da cena, como o
amanho dos objec os ou de ou os
elemen os da cena; e aquelas que pe mi em
ob e in o mação ace ca da o ien ação das
supe ícies p e a dos
objec os ase somb eado, na
pe spec i a, na ex u a, nos con o nos, na
oc
o ma indi ec a aduzem a geome ia da
casos, a ob en
só
é possí el quando se dispõe de á ias
ição,
i e en es.
aída a pa i de uma ou mais imagens in o mação de o ien ação das supe ícies
aída a pa i de uma ou mais imagens in o mação de o ien ação das supe ícies
in ensidade da cena. As écnicas passi as
que êm a designação gené ica de “ o ma
com base em x”, p ocu am ex ai a
in o mação de dis ância a pa i de uma ou
mais imagens monocula es de in ensidade,
b idas com uma câma a ixa. De um mo
in ensidade da cena. As écnicas passi as
que êm a designação gené ica de “ o ma
com base em x”, p ocu am ex ai a
in o mação de dis ância a pa i de uma ou
mais imagens monocula es de in ensidade,
b idas com uma câma a ixa. De um mooo
gg
in o mação ace ca da o
supe ícies ou da dis ância e
in o mação ace ca da o
supe ícies ou da dis ância e
pon os da cena, não pe mi indo medi
dis âncias absolu as. No en an o, exis em
écnicas de medida de dis ância absolu a
usando imagens monocula es: o exemplo
mais conhecido é o das écnicas de ocagem
que eco em à equação das len es pa a
de e mina a dis ância às egiões bem
ocadas de uma ou mais imagens de
in ensidade. Das écnicas passi as a mais
conhecida é a es e eoscopia que pe mi e
ob e in o mação de dis ância a pa i de
duas ou mais imagens de in ensidade da
cena, omadas com uma ou mais câma as
colocadas em posições di e en es,
eco endo ao p incipio da T iangulação.
2.1 Técnicas Baseadas em Imagens
Monocula es de In ensidade
As écnicas desc i as nes a subsecção
p ocu am ex ai in o mação de dis ância
com base em imagens monocula es de
in ensidade, ob idas com uma câma a ixa.
Es as écnicas êm a designação gené ica de
“ o ma com base em x”, em que “x” é a
in o mação usada pa a ex ai in o mação
idimensional. No malmen e, es as écnicas
ão di ididas em dois g upos: aquelas qu
pon os da cena, não pe mi indo medi
dis âncias absolu as. No en an o, exis em
écnicas de medida de dis ância absolu a
usando imagens monocula es: o exemplo
mais conhecido é o das écnicas de ocagem
que eco em à equação das len es pa a
de e mina a dis ância às egiões bem
ocadas de uma ou mais imagens de
in ensidade. Das écnicas passi as a mais
conhecida é a es e eoscopia que pe mi e
ob e in o mação de dis ância a pa i de
duas ou mais imagens de in ensidade da
cena, omadas com uma ou mais câma as
colocadas em posições di e en es,
eco endo ao p incipio da T iangulação.
2.1 Técnicas Baseadas em Imagens
Monocula es de In ensidade
As écnicas desc i as nes a subsecção
p ocu am ex ai in o mação de dis ância
com base em imagens monocula es de
in ensidade, ob idas com uma câma a ixa.
Es as écnicas êm a designação gené ica de
“ o ma com base em x”, em que “x” é a
in o mação usada pa a ex ai in o mação
idimensional. No malmen e, es as écnicas
ão di ididas em dois g upos: aquelas quss
p
a
p
a
ou da
com b
ou da
com b
oximidad
no
oximidad
no
ela i ela i
ul ação ul ação ou nou aou nou as ca as ca ac e ís icasc e ís icas que de que de
cencena. Na. Nes es es es ção da ção da
imagens da cena ob idas da mesma pos
mas em condições ambien ais d
imagens da cena ob idas da mesma pos
mas em condições ambien ais d
2.1.1 Focagem
A écnica de ocagem [Awcock, 1996;
Jain, 1995; Sil a, 1994] consis e no cálculo
da dis ância aos pon os da imagem que
es ejam bem ocados
()
, endo o
conhecimen o p é io da dis ância ocal da
len e da câma a
2.1.1 Focagem
A écnica de ocagem [Awcock, 1996;
Jain, 1995; Sil a, 1994] consis e no cálculo
da dis ância aos pon os da imagem que
es ejam bem ocados
()
, endo o
conhecimen o p é io da dis ância ocal da
len e da câma a
(
)
e da dis ância en e o
cen o óp ico da len e e o plano imagem
(
)
s, a pa i da equação das len es inas
(Fig. 2):
s
111 += .
Es a equação é aplicá el ambém em
len es mais espessas, desde que as
dis âncias , s e sejam ajus adas aos pon os
p incipais que esul am da in e secção dos
planos p incipais da len e com o eixo
óp ico. O sucesso da ob enção de dis ância
dos pon os da imagem depende
essencialmen e da qualidade da ocagem. A
p ecisão das medidas é in e samen e
p opo cional à p o undidade do campo, po
ssa azão a abe u a do campo de isão e a
is ância ocal de em se ele adas.
e
d
Figu a 2 – Técnica baseada na ocagem: o mação
de imagens a pa i da equação das len es inas.
s
111 +=
bjec o
Pon o ocal
Imagem
s
O
2
A p incipal an agem des a écnica é
pe mi i ob e in o mação de dis ância
absolu a usando uma só câma a, sem
conhecime o p é io da cena. Con udo, es a
écnica es á limi ada a cenas que não sejam
is
ção da
dis ância ocal do sis ema de
aquisição (Fig. 3).
e quando se a a de
es, pois a dis ância
bsolu a em de se de e minada com
la i amen e à on e de
luz. Uma câma a mede a in ensidade de um
elemen o de supe ície, a qualidade des a
medição depende da iluminação inciden e,
das ca ac e ís icas e lec o as da supe ície,
da sua o ien ação ela i amen e à on e de
modo que a in ensidade da iluminação
inc
luz e à câma a, e das ca ac e ís icas da
a
agens da cena,
cap adas da mesma posição, mas
iluminadas po uma on e de luz di e en e.
A aquisição é conseguida se a supe í
pe ei amen e di uso a, a on e de luz e a
câma a es i e em em posições ixas e
câma a (Fig. 4). Es a écnica baseia-se n
aquisição de á ias im
n
cie o
ualmen e homogéneas e à ápida
diminuição da p ecisão e esolução com o
aumen o da dis ância.
2.1.2 Va iação da dis ância ocal
A écnica de a iação da dis ância ocal
[Awcock, 1996; Jain, 1995; Sil a, 1994]
consis e no cálculo da dis ância absolu a a
pa i da compa ação de um de e minado
pon o ca ac e ís ico em duas imagens de
in ensidade adqui idas com a ia
su icien emen e a as adas da supe ície de
iden e sob e cada pon o des a se possa
conside a cons an e, e a di ecção de isão
se possa admi i a mesma pa a odos os
pon os da cena. Conside ando es es
p essupos os, a in ensidade medida no
plano imagem,
(
)
jiI ,, é dada pela unção:
(
)
(
)
qpRjiI ,,
=
,
()
∆
2.1.3 Somb eado
A écnica baseada no somb eado
[Awcock, 1996; Jain, 1995; Sil a, 1994]
p e ende ex ai in o mação sob e a o ma
de um objec o a pa i do somb eado das
supe ícies, esul an e da a iação da sua
o ien ação local e
em que
(
)
jiI ,
(
)
R
conhecid objec os [Awcock, 1996;
Jain, 1995; Sil a, 1994] é possí el
são os dois pa âme os que
ação da supe ície e de e minam a o ien
∆
qp, especi ica a in ensidade de um
elemen o de supe ície em unção da sua
o ien ação.
Figu a 4 – Técnica baseada no somb eado: in o mação
da o ma de um objec o ex aída a pa i da a iação
da sua o ien ação local ela i amen e a uma on e
de luz, imagem adap ada de [Sil a,1994].
A p incipal des an agem des a écnica é
não se aplicá el a cenas que ap esen em
descon inuidades, pois a dis ância ela i a
en e dois pon os é ob ida po in eg ação. A
de e minação de dis âncias absolu as só é
possí el se o conhecida p e iamen e a
dis ância a um pon o da cena, isí el nas
imagens.
2.1.4 Geome nhecida
z
y
x
()
1,, ss qps =
()
1,,qpn =
no mal
g
s
Câma a Fon e de Luz
Pon o ocal
Pon o
da
cena
Dispa idade
Imagem2
Imagem1
Figu a 3 – Técnica baseada na a iação da dis ância
ocal: dispa idade en e pon os da imagem.
A p incipal des an agem des a écnica é
ob iga à de ecção e empa elhamen o dos
pon os ca ac e ís icos nas duas imagens,
o nando-a pesada compu acionalmen e.
Ou a di iculdade oco
s uda objec os dis ane
a
ele ada p ecisão.
ia co
Na écnica baseada na geome ia
a dos
3
de e mina a dis ância absolu a a a és de
uma elação simples, conhecendo as
dimensões d
ância absolu a a a és de
uma elação simples, conhecendo as
dimensões dos objec os da cena e os
pa âme os geomé icos do senso de
imagem o óp ico, cen o d ção,
os objec os da cena e os
pa âme os geomé icos do senso de
imagem o óp ico, cen o d ção,
()
R
()
R
''
R
, e dis ância ocal, ). Es a écnica é
pa icula men e simp
es é icos se o ângulo de isão o pequeno
(Fig. 5).
Fig
.1.5 Pe spec i a
Sil a, 1994]
pa alelas na
cen
o
um
êm
l ob e ou a
c a no espaço que ambém pe ence ao
lano. O plano em ques ão é pois a
í o essas duas ec as.
les pa a objec os
a, po exemplo a es as de objec os.
Sabendo-se que duas linhas de uma imagem
co espondem a linhas pa alelas na cena é
possí el impo “ es ições” à o ien ação do
plano que con ém essas linhas. Quando as
imagens das linhas se in e sec am, pon o
de in e secção de ine, com o cen o óp ico
da len e do sis ema o mado de imagem,
a ec a no espaço coplana às e e idas
linhas, es ingindo assim as posições
possí eis do plano (Fig. 6). Es es pon os
a designação de pon os de uga.
Dispondo-se de um ou o conjun o de
linhas pa alelas, no mesmo plano e com
di ecção di e en e, é possí e
e
(eix (eix e p ojece p ojec p
supe cie de inida p
A p incipal des an agem des a écnica é
a necessidade de exis ência, na cena, de
supe ícies planas que con enham pelo
menos dois conjun os de linhas pa alelas.
Ou a di iculdade é a exis ência de ou as
linhas não pa alelas.
2.1.6 Con o no
A écnica baseada no con o no [Jain,
1995; Sil a, 1994] consis e na
de e minação da o ien ação da supe ície a
que pe ence um con o no de uma imagem
dada, azendo a sua p ojecção in e sa sob e
planos com di e sas o ien ações e
escolhendo a o ien ação do plano a pa i da
maximização do ac o de o ma do
con o no p ojec ado
(
)
F, dado po :
a ea
u a 5 – Técnica baseada em geome ia conhecida:
dis ância absolu a de um objec o es é ico.
No en an o, es a écnica em a
des an agem de se de di ícil aplicação em
cenas com objec os poliéd icos ou em que o
campo de isão seja ele ado.
2
Es a écnica [Jain, 1995;
p essupõe que exis am linhas F=2
pe ime o
Des e modo, uma elipse, um apézio e
um iângulo são in e p e ados,
espec i amen e, como uma ci cun e ência,
um ec ângulo e um iângulo equilá e o
nclinados.
.
A p incipal di iculdade des e mé odo é a
de um con o no
bid
i
possibilidade
imensional pode se a p ojecção de uma
in inidade de con o nos idimensionais, o
que o o na ambíguo (Fig. 7).
m
as
P
1
(
x
1
’
,
y
1
’
)
P
2
(
x
2
’
,
y
2
’
)
L1 L2
x
y
Plano
imagem
'RR d =
d
'R
R
0
γ
L2
L1
P
ec o
(
x
,
y
,
-
γ
)
ec o
(
p
,
q
, 1
)
Supe
lin
ície co
has
p
a alel
Imagem
z
y
a)
Figu a 6 – Técnica baseada na pe spec i a:
x
b)
a) as linhas (pa
in e sec am-se no pon o de uga (P); b) os pon os
alelas) da supe ície p ojec adas na imagem
de uga P1 e P2 de dois conjun os de linhas.
4
Figu a 7 – Técnica baseada no con o no: um con o no
bidimensional pode se a p ojecção de uma
in inidade de con o nos idimensionais,
imagem de [Sil a, 1994].
2.1.7 Tex u a
A ex u a de uma supe ície [Awcock,
1996; Jain, 1995; Sil a, 1994] pode se
de dis ância ela i a. As a iações de
ex u ade
uni o me, o en os
o unidade de á ea seja cons an e. Es e
adien e aduz uma inclinação da
í i amen e ao plano de
im
usada pa a ob e in o mação de o ien ação e
ian e implica que os elemen os
a da cena enham uma densid
u seja, o núme o de elem
amanho, densidade ou o ien ação, que os
elemen os de um u a uni o me êm
numa imagem, dependem da dis ância e da
inclinação da supe ície ela i amen e ao
no imagem. É possí el ambém ob e
o mação de dis ância absolu a, se o
amanho dos elemen os da ex u a o em
conhecidos.
Exis em a ian es des a écnica, no
a da
des e sis ema esul a p incipalm
p ocesso que ope a sob e
amado “ usão”. Apesa de cad
po si só não con e i
dis ância do as duas
“ undidas” pelo sis em
ob ida uma es u u a
esul an e da dispa idade, ou d
p ição, en e os pon os das
(Fig. 9).
d
1
a ex
pla de
in
en an o, i á se ap esen ada nes e a igo
como exemplo apenas uma. Assim, es a
p
g
supe cie ela
agem, sendo possí el assim ob e a sua
o ien ação (Fig. 8). Es a a ian e em como
di iculdade a iden i icação e a con agem
exac a dos elemen os da ex u a.
Figu a 8 – Técnica baseada na ex u a: o g adien e de
ex
A écnica que eco e a duas imagens de
uma cena, adqui idas de posições
di e en es, pa a ob e in o mação de
dis ância, designa-se es e eoscopia passi a
[Awcock, 1996; Jain, 1995; Sil a, 1994;
Ta a es, 1995]. Es a écnica baseia-se na
o ma como se p ocessa o sis ema isual
humano pa a ob enção da in o mação
en e de um
dua
n o
im
a de isão humano, é
idimensional
i e ença de
d
p ocesso de medida de dis ância po
di idido nos
u a pode se usado pa a de e mina a o ien ação
das supe ícies, imagem de [Sil a, 1994].
As p incipais des an agens da écnica de
de e minação da o ma com base na ex u a
são: a necessidade de exis ência de
supe ícies ex u as na cena, o
conhecimen o p é io da ex u a de modo a
pode aze a dis inção en e as dis o ções
de idas à p ojecção e as ca ac e ís icas da
ex u a, e o ele ado cus o compu acional.
2.2 Es e eoscopia Passi a
idimensional. A pe cepção de dis ância
s imagens,
a imagem
mação de
agens são
ch
, quan
os uas imagens
Figu a 9 – Ilus ação do concei o de dispa idade.
Dispa idade = d2 - d1
d
2
Plano-Ima
g
e
m
O
es e eoscopia passi a pode se
ês passos seguin es:
i) aquisição de duas imagens da cena,
cap adas po câma as a as adas uma da
ou a (ou po uma só câma a em
posições/ins an es dis in as) o su icien e
de modo a que exis a alguma
sob eposição en e essas imagens;
ii) es abelece as co espondências en e
pon os ca ac e ís icos p esen es nas duas
5

imagens, que sejam a p ojecção do
mesmo pon o na cena;
ii) pa a cada pa de pon os co esponden es
de e mina o pon o de in e secção das
ec as po eles de e minadas no espaço,
ob endo assim as coo denadas do pon o
da cena. Es e é o p incipio usado nas
écnicas es e eoscópicas pa a ob enção
da in oda in o
i
mação idimensional, o qual em
a designação de T iangulação.
Exis em duas con igu ações básicas do
sis ema de aquisição pa a ob enção das duas
imagens da cena: uma em que as câma as
es ão colocadas no me o plano, com eixos
óp icos pa alelos, e o ien adas de modo a
que as linhas de a imen o das imagens
se
s eixos óp icos das
ne
éc
p ocesso de es abelecimen o de
co
im
as
da a pon os
ou
que
do em á eas e
às di e enças
co espondências en e ca ac e ís icas
ico
mação idimensional, o qual em
a designação de T iangulação.
Exis em duas con igu ações básicas do
sis ema de aquisição pa a ob enção das duas
imagens da cena: uma em que as câma as
es ão colocadas no me o plano, com eixos
óp icos pa alelos, e o ien adas de modo a
que as linhas de a imen o das imagens
se
s eixos óp icos das
ne
éc
p ocesso de es abelecimen o de
co
im
as
da a pon os
ou
que
do em á eas e
às di e enças
co espondências en e ca ac e ís icas
ico
6
• Na p imei a ase ei o u
p ocessamen o das duas imagens, no
sen ido de de ec a pon os ou ou as
disc e as ex aíd almen e, dos
segmen os das o las da cena. Essas
ca ac e ís icas são do ipo geomé ico ou
“ ísico”, como po exemplo, o
• Na p imei a ase ei o u
p ocessamen o das duas imagens, no
sen ido de de ec a pon os ou ou as
disc e as ex aíd almen e, dos
segmen os das o las da cena. Essas
ca ac e ís icas são do ipo geomé ico ou
“ ísico”, como po exemplo, o
smsm
jam pa alelas à linha que une os cen osjam pa alelas à linha que une os cen os
óp icos das duas câma as, acili ando assim
o es abelecimen o de co espondências
en e os pon os das duas imagens (Fig.
10a); ou a em que o
óp icos das duas câma as, acili ando assim
o es abelecimen o de co espondências
en e os pon os das duas imagens (Fig.
10a); ou a em que o
duas câma as são con e gen es e não
cessa iamen e coplana es (Fig. 10b).
Eixo óp ico Eixo óp
duas câma as são con e gen es e não
cessa iamen e coplana es (Fig. 10b).
Eixo óp ico Eixo óp
P
No en an o, o p incipal desa io das
nicas de es e eoscopia passi a eside no
espondência en e os pon os das duas
agens, que pode se di idido em ês
es: a p imei a consis e no p ocessamen o
s imagens no sen ido de de ec
No en an o, o p incipal desa io das
nicas de es e eoscopia passi a eside no
espondência en e os pon os das duas
agens, que pode se di idido em ês
es: a p imei a consis e no p ocessamen o
s imagens no sen ido de de ec
ou as ca ac e ís icas a usa no
empa elhamen o; a segunda consis e em
e ec ua um empa elhamen o local en e as
duas imagens; e a e cei a consis e em
esol e as ambiguidades e e os no
empa elhamen o. Os p ocedimen os que
podem se usados em cada uma dessas ases
são desc i os em seguida:
ca ac e ís icas a usa no
empa elhamen o. Pa a e i a
ambiguidades no empa elhamen o são
escolhidos pon os, em o no dos quais se
de ine uma janela de co elação, e que se
dis inguem bem dos es an es pon os
ou as ca ac e ís icas a usa no
empa elhamen o; a segunda consis e em
e ec ua um empa elhamen o local en e as
duas imagens; e a e cei a consis e em
esol e as ambiguidades e e os no
empa elhamen o. Os p ocedimen os que
podem se usados em cada uma dessas ases
são desc i os em seguida:
ca ac e ís icas a usa no
empa elhamen o. Pa a e i a
ambiguidades no empa elhamen o são
escolhidos pon os, em o no dos quais se
de ine uma janela de co elação, e que se
dis inguem bem dos es an es pon os
se encon am nessa janela. Es es pon os
são designados po pon os de in e esse, e
esul am no malmen e de ca ac e ís icas
locais da cena, como a es as, é ices,
o las dos objec os, ou ou as esul an es
da ex u a, a iação de onalidade ou de
somb as. Os pon os de in e esse podem
se de ec ados usando um ope ado
sensí el às a iações locais de
in ensidade, como um ope ado de
g adien e [Ta a es, 1995].
• Na segunda ase, pa a e ec ua o
empa elhamen o local êm sido usadas
duas écnicas, designadas po
empa elhamen o basea
se encon am nessa janela. Es es pon os
são designados po pon os de in e esse, e
esul am no malmen e de ca ac e ís icas
locais da cena, como a es as, é ices,
o las dos objec os, ou ou as esul an es
da ex u a, a iação de onalidade ou de
somb as. Os pon os de in e esse podem
se de ec ados usando um ope ado
sensí el às a iações locais de
in ensidade, como um ope ado de
g adien e [Ta a es, 1995].
• Na segunda ase, pa a e ec ua o
empa elhamen o local êm sido usadas
duas écnicas, designadas po
empa elhamen o basea
empa elhamen o baseado em elemen os
ca ac e ís icos. A p imei a écnica
consis e em selecciona uma egião em
o no de um pon o de in e esse de uma
das imagens e p ocu a , na ou a
imagem, uma egião com semelhança
máxima. Essa semelhança é medida a
pa i do coe icien e de co elação das
in ensidades de cada egião. Es a écnica
é condicionada po di e sos ac o es
como: a escolha do amanho da janela de
co elação, a sensibilidade
empa elhamen o baseado em elemen os
ca ac e ís icos. A p imei a écnica
consis e em selecciona uma egião em
o no de um pon o de in e esse de uma
das imagens e p ocu a , na ou a
imagem, uma egião com semelhança
máxima. Essa semelhança é medida a
pa i do coe icien e de co elação das
in ensidades de cada egião. Es a écnica
é condicionada po di e sos ac o es
como: a escolha do amanho da janela de
co elação, a sensibilidade
Eixo óp ico
Eixo óp ico
P1
P2
P
C2
b)
xos óp icos a) pa alelos; b) con e gen es.
C1
a)
Figu a 10 – Es e eoscopia passi a: câma as com os ei
PP
1
P
2
C2
C1
de in ensidade en e egiões
co esponden es das duas imagens e a
exis ência de descon inuidades na cena.
A segunda écnica é a mais u ilizada e
consis e em es abelece
de in ensidade en e egiões
co esponden es das duas imagens e a
exis ência de descon inuidades na cena.
A segunda écnica é a mais u ilizada e
consis e em es abelece
as, geas, ge
, é , é m m
comp imen o, as coo denadas dos pon os
ex emos, a o ien ação ou o con as e
médio ao longo do segmen o. Nes a
écnica coloca-se um p oblema, que
ambém su ge na écnica an e io , que é
o da selecção do amanho da másca a de
con olução usada pa a ex ai as
ca ac e ís icas. Es a écnica é
conside ada an ajosa ela i amen e à
an e io po di e sos mo i os, en e eles,
a maio apidez no empa elhamen o
de ido ao núme o de candida os se , em
p incipio, in e io ; e a meno
sensibilidade às di e enças de
in ensidade en e as duas imagens. No
en an o, em a des an agem de não
pe mi i ob e uma imagem de dis ância
mais densa.
Na e cei a ase, com o objec i o de
esol e ce as ambiguidades e impo
consis ência global nos
empa elhamen os êm sido usadas
écnicas de elaxação. Es as écnicas
podem se u ilizadas no empa elhamen o
baseado em á eas ou em ca ac e ís icas,
e consis em no seguin e p ocedimen o:
pa a cada pon o de in e esse ou
segmen o ca ac e ís ico de uma imagem
é de e minado um conjun o de
candida os ao empa elhamen o na ou a
imagem; a cada pa é a ibuída uma
p obabilidade baseada num c i é io de
semelhança que depende do mé odo de
empa elhamen o e é ac ualizada a a és
de um p ocesso i e a i o ( elaxação).
Es e p ocesso consis e em e o ça ou
en aquece essa p obabilidade de
empa elhamen o, consoan e a
dispa idade a
•
ssociada ao candida o seja
p e
in
cad
esp
id
usa
am
im
pa
são
a
im
cen
ac
po
pe
pla
2001; Jain, 1995; Pai a, 1997; Sil a, 1994;
Ta
sob e a cena,
eco endo a um ou mais p ojec o es e um
ou mais senso es. A ene gia p ojec ada,
ge almen e sob a o ma de luz ou ul a-
sons, é e lec ida pelos objec os da cena,
sendo de ec ada po senso es que, de o ma
mais ou menos di ec a, o necem a
in o mação de dis ância. Es as écnicas
podem se di ididas em: écnicas de Moi é,
écnicas de de ecção de ecos e écnicas de
p óxima ou a as ada à associada a pon os
ou ca ac e ís icas izinhos que enham
p obabilidades de empa elhamen o
ele ado.
Es abelecidas as co espondências,
ende-se de e mina o pon o de
e secção das ec as de e minadas po
a pa de pon os co esponden es no
aço de o ma a ob e as coo denadas
imensionais do pon o da cena. Pa a al, é
do o p incipio da T iangulação que
bém é aplicá el quando uma das
agens é subs i uída pela p ojecção de um
d ão de luz sob e a cena (es as écnicas
desc i as na secção seguin e). O pad ão
p ojec a pode se is o como uma
agem do pad ão que a p ojecção ge a na
a.
O p incipio de T iangulação explo a o
o de, no espaço idimensional, um
n o da cena em análise pode se de inido
la in e secção de duas ec as (ou de um
no com uma ec a) no espaço [Jähne,
a es, 1995]. Cada ec a é a linha de
isão que une esse pon o da cena (P) com o
cen o óp ico da len e da câma a u ilizada
na aquisição (Ci) e que passa pelo pon o da
imagem co esponden e (Pi) (Fig. 11) (ou o
plano é um plano de luz p ojec ado que
passa po esse pon o da cena (P)). A
equação des as ec as (ou do plano e da
ec a) é calculada a pa i das coo denadas
do pon o na imagem e dos pa âme os
geomé icos da câma a.
P
Objec o
Figu a 11 - T iangulação usando duas câma as.
3 TÉCNICAS ACTIVAS
As écnicas ac i as de aquisição de
in o mação idimensional são
ca ac e izadas pela p ojecção di ec a e
con olada de ene gia
Cen o óp ico 1
P2
Pon os
co esponden es
Imagem 1
Imagem 2
Cen o óp ico 2
P1
C1
C2
7
luz es u u ada. Nas écnicas de Moi é, a
in o mação de dis ância é ob ida a pa i da
in e acção en e um pad ão de luz
p ojec ado sob e uma cena e um pad ão de
e e ência. As écnicas e ecção de ecos
baseiam-se na p ojecção de ene gia (luz ou
ul a-sons) sob e a cena e na medida do
empo que deco e en e a emissão e a
ecepção dessa ene gia, após e lexão na
cena. A es e eoscopia ac i a é a designação
comum pa a um conjun o de écnicas que
u z
ob e a cena, da qual se adqui e uma
agem de in ensidade, com uma câma a
.
s cen os de
ojecção e de aquisição de imagem do
is ema, dois conjun os de planos no
des es planos dão
o i
en al de cada
anja.
A écnica de de ecção de ecos [Chen,
ene as
écnicas po de
pe
de d
ilizam a p ojecção de um pad ão de lu
s
im
(senso ) a as ada do p ojec o
3.1 Técnica de Moi é
A écnica de Moi é [Benoi , 1975;
B ooks, 1969; Chen, 2000; Gonzalez, 2002;
Sil a, 1994] consis e na p ojecção de um
conjun o de linhas pa alelas sob e a cena e a
aquisição de uma imagem da mesma,
eco endo a uma câma a deslocada em
elação ao p ojec o , em en e da qual es á
colocada uma g elha idên ica à usada pa a
p ojec a as linhas. O pad ão de Moi é é um
pad ão de in e e ência de baixa equência
o mado pela sob eposição de duas g elhas
com pad ões egula men e espaçados de
equência espacial mais ele ada (Fig. 12a).
O esul ado é um pad ão cons i uído po
anjas al e nadamen e b ilhan es e escu as,
chamadas anjas de Moi é. Os pon os da
cena que são iluminados pelo p ojec o e
cap ados na imagem apa ecem b ilhan es,
os es an es apa ecem escu os.
Exis e uma a ian e des a écnica,
designada po Moi é de somb a, que usa
uma única g elha colocada em en e de
oda a ex ensão da supe ície em es udo, ão
p óxima des a quan o possí el (Fig. 12b). A
g elha u ilizada de ine, com o
p
s
espaço. As in e secções
gem a supe ícies de con o no com o ma
cilínd ica. A in e secção des as supe ícies
com a supe ície do objec o dá o igem a um
conjun o de anjas de Moi é. Conhecido o
espaçamen o das linhas da g elha
p ojec ada, a dis ância en e o p ojec o e a
câma a, a dis ância do p ojec o /câma a à
g elha e o núme o de o dem da supe ície
de con o no é possí el de e mina a
a iação de dis ância en e os pon os de
duas anjas consecu i as.
Ambas as a ian es usam o mesmo
p incipio na aquisição de in o mação
idimensional, sendo apenas o modo de
ge ação das anjas di e en e.
Su
p
e ície Su
p
e ície
G elha
Figu a 12 – Técnicas de Moi é: a) Moi é de
p ojecção; b) Moi é de somb a.
A a ian e de somb a em a an agem de
se mais simples de implemen a , mas não
pode se aplicada em cenas de g andes
dimensões de ido à necessidade de uma
g elha do amanho da cena. A p incipal
an agem da écnica de Moi é é a sua
ele ada esolução, sendo a da écnica de
somb a supe io à de p ojecção. A p incipal
di iculdade é de só pe mi i ob e
in o mação de dis ância ela i a en e as
anjas. Ou a des an agem é a di ícil
de e minação da linha c
G elha
Câma a P o
j
ec o
a) b)
Fon e de
Luz pon ual
Câma a
3.2 Técnicas de De ecção de Ecos
2000; Jähne, 2001; Jain, 1995; Sil a, 1994]
consis e na de e minação de dis ância a
pa i do empo de pe cu so desde que uma
on e de ene gia (como po exemplo um
eixe de luz colimado, ul a-sons, e c.) é
emi ida se de ec ada. Es a écnica
implica a u ilização de um em
en um si e n o da cena
e um ecep o que de ec a um a e da
a é
isso de
e gia, s ema d a ime
a p
gia e lec ida pela cena. Exis em du
pa a de e mina o em
cu so que se dis inguem pelo ipo de
modulação u ilizada. Na p imei a, mede-se
8
o empo que deco e en e a emissão de um
impulso de ene gia e o seu e o no (Fig.
13a). A p incipal des an agem des a écnica
oco e quando os objec os da cena es ão
mui o p óximos do senso , sendo necessá io
uma maio p ecisão na medição dos
in e alos de empo, is o se a a de
in e alos mui o cu os. Na segunda, mede-
se o empo com base na di e ença de ase
en e um eixe de ene gia emi ido,
modula
in e alos mui o cu os. Na segunda, mede-
se o empo com base na di e ença de ase
en e um eixe de ene gia emi ido,
modulado em ampli ude po uma unção
inusoidal, e o sinal e lec ido (Fig. 13b).
s a écnica alha quando a di e ença de
do em ampli ude po uma unção
inusoidal, e o sinal e lec ido (Fig. 13b).
s a écnica alha quando a di e ença de
ss
EE
ase é supe io a .2
ase é supe io a .2
π
As o mas de
co
i a, baseiam-se na
p ojecção con olada de luz (um eixe, um
plano ou ou o pad ão de luz) sob e a cena e
na cap ação da luz e lec ida pela cena po
um senso (câma a ou senso linea ),
a
io
D ais
simples m eixe
de
a imen o da cena com um
ixe de luz (Fig. 14). Assim, pa a uma
agem de n×m pon os são necessá ias
ns, o nando-se
po an o, num p ocesso len o.
jam
p o
a as ado do p ojec o . Em ambien es em
que a iluminação pode se con olada, es as
écnicas são p e e í eis ela i amen e às
écnicas passi a luz p ojec ad
dá o igem a pon os luminosos que podem
se de ec ados na imagem com ma
acilidade. No en an o, a di iculdade da
ob enção desses pon os ca ac e ís icos a ia
consoan e o ipo de pad ão p ojec ado.
s, dado que a
as écnicas de luz es u u ada, a m
consis e na p ojecção de u
luz que de e mina a iluminação de um
pon o da cena de cada ez. As coo denadas
idimensionais do pon o em ques ão podem
se de e minadas po iangulação depois de
conhecida a posição e o ien ação do
p ojec o ela i amen e à câma a. A
ob enção da in o mação idimensional de
oda uma cena, usando es a écnica, implica
que se aça um
n o na es a si uação se iam a u ilização
de uma equência de modulação mais
baixa ou, caso se disponha de in o mação
ace ca da gama de dis ância dos pon os da
cena, a imposição de limi es aos alo es de
dis ância medidos.
Figu a 13 – Técnicas de de ecção de ecos:
medição de dis ância usando: a) empo de
pe cu so e b) di e ença de ase.
As p incipais an agens das écnicas de
de ecção de ecos são pe mi i em ob e
in o mação em cenas isualmen e
uni o mes e con ola em a densidades de
pon os das imagens ob idas. No en an o,
êm a des an agem de não pode em se
aplicadas a supe ícies com mui o ele ada
ou mui o baixa e lec i idade, anspa en es
ou anslúcidas.
3.3 Es e eoscopia Ac i a
As écnicas de luz es u u ada [Awcock,
1996; Chen, 2000; Jain, 1995; Pai a, 1997;
Sil a, 1993, 1994], ambém designadas po
es e eoscopia ac
Objec o
Di e ença de ase
EMISSOR
b)
Z
Tempo de pe cu so
Objec o
EMISSOR
a)
e
im
n×m aquisições de image
Figu a 14 – P ojecção de um aio de luz.
A p ojecção de um plano de luz, em ez
de um eixe, em a an agem de pe mi i
um a imen o mais ápido da cena (Fig.
15). Assim, pa a uma imagem de n×m
pon os são necessá ios n ou m aquisições de
imagens con o me os planos se
Pon o 3D
P ojec o
Eixo da
câma a
Câma a
Pon o na
imagem
Plano de
imagem
Raio de Luz
Cen o da
imagem
jec ados ho izon al ou e icalmen e. As
écnicas que u ilizam es e ipo de p ojecção
em sido mui o usadas pa a a inspecção,
iden i icação e posicionamen o de objec os
idimensionais.
Pa a elimina a necessidade de
a imen o da cena pode se usada a
p ojecção de á ios planos de luz pa alelos
(ou em g elha), con udo, o es abelecimen o
das co espondências en e os pon os
9