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A low-cost 3D reconstruction system using a single-shot projection of a pattern matrix

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Abstract:

Abstract The purpose of this work is to present the main features of a structured light system and some experimental results. The system, named SingleShot3DSL, is based on a single off-the-shelf digital camera and a pattern projector. The mathematical model for 3D reconstruction is based on the collinearity equations. A pattern codification strategy was developed to allow fully automatic pattern recognition. A calibration methodology enables the determination of the direction vector of each pattern and the coordinates of the perspective centre of the pattern projector. The calibration processes are carried out with the acquisition of several images of a plane taken from different distances and orientations. Several processes were combined to provide a reliable solution for pattern location. In order to assess the accuracy and potential of the methodology a prototype was built, integrating a pattern projector and a digital camera in a single mount. Experiments using reconstructed surfaces with real data indicated that a relative accuracy of 0·2 mm in depth could be achieved.

French
Résumé

Le but de ce travail est de présenter les principales caractéristiques d’un système à lumière structurée et quelques résultats expérimentaux. Ce système, baptisé SingleShot3DSL, est basé sur une unique caméra numérique du commerce et sur un projecteur de motifs. Le modèle mathématique pour la reconstruction 3D est basé sur les équations de colinéarité. Une stratégie de codification de motifs a été développée pour permettre l’automatisation de la reconnaissance des motifs. Une méthodologie d’étalonnage permet de déterminer le vecteur direction de chaque motif ainsi que les coordonnées du centre de perspective du projecteur de motifs. Les processus d’étalonnage sont réalisés par l’acquisition de plusieurs images d’un plan depuis plusieurs distances et avec plusieurs orientations. Plusieurs processus ont été combinés pour fournir une solution fiable de localisation des motifs. Afin d’évaluer la précision et le potentiel de cette méthodologie, un prototype a été construit à partir d’un projecteur de motifs et d’une caméra numérique montés ensemble. Des expériences de reconstruction de surfaces à partir de données réelles montrent qu’une précision relative de 0,2 mm en profondeur peut être atteinte.

Keywords: 3D model reconstruction; active stereo; close range photogrammetry; projected targets; projector calibration; structured light

Document Type: Research Article

DOI: https://doi.org/10.1111/j.1477-9730.2010.00604.x

Affiliations: 1: ( )UFRGS—Federal University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil, Email: mario.reiss@ufrgs.br 2: ( )UNESP—Univ. Estadual Paulista, Presidente Prudente, Brazil, Email: tomaseli@fct.unesp.br

Publication date: 2011-03-01

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