Reconstrução Tridimensional de Estruturas Anatómicas Externas utilizando Métodos Volumétricos

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1 Reconstrução Tridimensional de Estruturas Anatómicas Externas utilizando Métodos Volumétricos Teresa C. S. Azevedo, João Manuel R. S. Tavares, Mário A. P. Vaz

2 Conteúdo Enquadramento Métodos Volumétricos de Reconstrução 3D métodos baseados em silhuetas métodos baseados em foto-consistência Resultados experimentais Conclusões 2

3 Enquadramento Reconstruções 3D do corpo humano foram pela primeira vez desenvolvidas na década de 70 para testes de ergonomia na indústria automóvel e aeronáutica Os modelos obtidos são já bastante realistas com utilização prática em inúmeras áreas: indústria cinematográfica realidade virtual indústria têxtil aplicações biomédicas Contudo os métodos disponíveis impõem restrições severas quer ao nível do ambiente quer na forma, topologia e propriedades da superfície das estruturas Novos métodos de Visão Computacional têm vindo a ser desenvolvidos para ultrapassar tais restrições 3

4 Métodos volumétricos de Reconstrução 3D Representação do volume ocupado pelo objecto octree o volume é inicializado por um conjunto de 8 voxels, envolvendo todo o objecto de interesse cada voxel representa um pequeno volume cúbico do espaço 3D, e contém as características correspondentes às suas propriedades físicas Eficientes e mais versáteis que as técnicas baseadas na visão estéreo, pois trabalham no espaço volumétrico do objecto a reconstruir, e não requerem o emparelhamento entre imagens 4

5 Métodos volumétricos de Reconstrução 3D Usualmente, procuram obter uma aproximação do Envoltório Visual, através de um processo de intersecção de volumes cónicos, com base nas restrições impostas pelas silhuetas obtidas e os centros de projecção associados, obtendo-se assim o Envoltório Visual Inferido Inferred Visual Hull Projecção dos voxels nas silhuetas: completamente fora da silhueta na imagem corrente: o voxel encontra-se fora do objecto, não sendo necessário verificar as outras imagens intersecta a silhueta: o voxel é classificado como ambíguo completamente dentro das silhuetas em todas as imagens adquiridas: o voxel encontra-se completamente dentro do objecto. 5

6 Métodos volumétricos de Reconstrução 3D Actualmente, muitos algoritmos de reconstrução volumétrica baseiam-se em critérios de fotoconsistência: a forma do objecto de interesse é determinada pela remoção dos voxels foto-inconsistentes (cujas cores dos píxels que ele projecta não forem similares) red red green blue Permitem reconstruir objectos com geometrias complicadas, como as estruturas anatómicas externas, e geram um modelo 3D colorido 6

7 Resultados experimentais 1. Aquisição das imagens e calibração da câmara usada 2. Segmentação das imagens adquiridas método de calibração de Zhang remoção R e G; binarização por threshold 7

8 Resultados experimentais 3. Reconstrução 3D Voxels: projecção rectangular Octree: nível 2 Octree: nível 3 Octree: nível 5 Octree: nível 7 Octree: nível 5 Método: silhuetas Voxel: projecção exacta Mapa de visibilidade: não Método: silhuetas Voxel: projecção exacta Mapa de visibilidade: sim Método: fotoconsistência Voxel: projecção exacta Mapa de visibilidade: não 8

9 Conclusões Os resultados obtidos demonstram a boa qualidade de reconstrução 3D de objectos que se pode obter com a aplicação de métodos volumétricos Estes métodos revelam elevadas potencialidades de aplicação: facilidade de implementação poucas exigências ao nível de setup (uso de apenas uma câmara e um processo de calibração aceitável) A determinação exacta da projecção dos voxels nas imagens adquiridas é um processo que apenas deve ser utilizado nos últimos níveis de refinamento da octree, de forma a evitar a remoção errada de voxels Principal diferenças: Métodos baseados em silhuetas: necessitam de cenas cuja segmentação fundo/objecto seja fácil de obter Métodos baseados em fotoconsistência: requerem condições de iluminação constantes O trabalho futuro irá concentrar-se na implementação de processos de autocalibração e na reconstrução 3D de objectos deformáveis 9

10 Agradecimentos A primeira autora agradece a Bolsa de Doutoramento, com a referência SFRH/BD/27716/2006, concedida pela FCT Fundação para a Ciência e Tecnologia 10

11 Reconstrução Tridimensional de Estruturas Anatómicas Externas utilizando Métodos Volumétricos Teresa C. S. Azevedo, João Manuel R. S. Tavares, Mário A. P. Vaz