Métodos passivos de reconstrução 3D voltados à preservação digital de acervos culturais

Abstract

Resumo: A maioria dos métodos de aquisição que garantem a melhor reconstrução 3D (tridimensional) utiliza-se de scanners de profundidade, também conhecidos como range scanners. Tais métodos são chamados de métodos óticos ativos, nos quais a informação da superfície é obtida a partir da projeção controlada da iluminação incidente no objeto. Estas, porém, são soluções caras, principalmente devido ao alto preço do hardware envolvido no processo. A partir daí surge à necessidade do desenvolvimento dos métodos conhecidos como métodos óticos passivos, que obtém a informação 3D a partir da análise de imagens de intensidade e resultam na profundidade absoluta da cena ou nas orientações de superfície do objeto em questão. Trata-se de métodos normalmente com custo inferior, porém que nem sempre resultam em uma reconstrução tão precisa quanto à obtida com os métodos ativos. As várias abordagens possíveis para este problema, das quais podemos citar: fotometria Stereo e shape from shading; shape from texture; shape from focus/defocus; e o shape from motion. Existem também métodos que combinam mais de uma abordagem de forma complementar, como motion e iluminação, por exemplo, tentando suprir mutuamente algumas de ciências. Todos esses métodos supracitados, usados como alternativa aos range scanners, têm suas vantagens e desvantagens para a reconstrução 3D, dependendo muito das características do objeto que se deseja reconstruir e da qualidade das imagens capturadas, sendo esses fatores cruciais na precisão e robustez das reconstruções 3D. A proposta deste trabalho é a de analisar métodos passivos de reconstrução para a posterior escolha do método mais adequado para a reconstrução 3D da maior gama possível de objetos relacionados à preservação digital, de forma a evitar o uso de range scanners, tanto pelo seu elevado custo quanto pela ineficiência de tais dispositivos para alguns tipos de objetos específicos (devido às propriedades das superfícies ou do tamanho (do objeto). Um método híbrido que combina informações de movimentação do objeto com a reflexão de sua superfície é testado e verificamos que os resultados são interessantes, apesar de haver ainda problemas a serem corrigidos para uma reconstrução de superfícies mais generalizada e acurada.

Abstract: The acquisition methods that currently ensure best 3D (tridimensional) reconstruction make use of range scanners. Such methods are known as active optical methods, in which the surface information is obtained through a controlled projection of the light incident on the object. However, such solutions are expensive, mostly because of high price of the hardware designed for that purpose. There after, the need of development of passive optical methods arises, which recovers the 3D information through the analysis of 2D intensity images resulting in the absolut depth of the scene or object’s surface orientation. Passive methods are usually cheaper but not always result in a reconstruction as accurate as that obtained by active methods. There are several different approaches to settle this problem, among which: photometric stereo and shape from shading; shape from texture; shape from focus/defocus; and shape from motion. There are also methods that combine more than one single approach to improve the reconstruction accuracy, like motion and illumination, for example, trying to mutually overcome some shortcomings. All these aforementioned methods used as alternative to range scanners have their positive and negative points and the results are quite dependent on the object surface characteristics and can be affected by noise, decreasing the 3D reconstruction final quality and points accuracy. This work has as main objective to find the best passive method for 3D reconstruction that covers most different classes of objects related to digital preservation, to avoid the usage of range scanners because of its usually high cost or when they are not very suitable (due to object surface properties or object size). A hybrid method that combines the motion of the object and its surface reflectance is tested resulting in a good surface, although there areyet problems to be addressed for a more generalized and accurate reconstruction.