Üç boyutlu lazer tarayıcı ve bilgisayar teknikleri ile cisimlerin sanal ortama aktarılması
Construction of a 3-dimensional laser scanner and object modelling by using image processing techniques
Yazar: KURTULUŞ KÜLLÜ
Danışman: PROF. DR. BAKİ KOYUNCU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Tarama sistemleri = Scanning systems ; Tarayıcılar = Scanners ; Üç boyutlu modeller = Three dimensional models ; Üç boyutlu yeniden yapılandırma = Three dimensional reconstruction

Özet:
Bu tezde ana amaç belirli büyüklüklerdeki nesnelerin makul bir süre zarfında 3 boyutlu (3B) modellerini çıkarabilecek, düşük maliyetli bir 3B tarayıcı inşa etmektir. Böyle bir sistemin yapımı sırasındaki değerlendirmelerde maliyet, isabetlilik, nesne büyüklükleri, nesne özellikleri ve zaman konularıyla ilgili ödünleşimler (tradeoffs) açıkça belirmektedir. Dolayısıyla, tasarım sürecinde bu ödünleşimler değerlendirilerek, laboratuar ortamına getirilebilecek büyüklükte, yüzeyleri saydam veya parlak olmayan, hassas nitelikli kültürel değere sahip tarihi eserlerin ya da sanat eserlerinin, orta-yüksek derecede isabetli 3B modellerini oluşturabilecek, mümkün olduğunca düşük maliyetli, biçimli ışık kullanan optik bir tarayıcı yapılmasına karar verilmiştir.Yapılan tarayıcı doğrusal bir Helyum-Neon (HE-NE) lazer ışık vericisi, iki standart web kamera, bir adım motoru, motor kontrol kartı ve bir kişisel bilgisayar kullanmaktadır. Nesneler, adım motoru ile bilgisayardan hareket ettirilen yuvarlak bir döner platform üzerine yerleştirilerek üzerlerine lazer ışık düşürülmekte ve kameralar bu şekilde görüntü almaktadır. Görüntülerde nesne yüzeyine düşen ve yansıyan ışığın gözlemlendiği resim öğesi (piksel) pozisyonları kullanılarak bilgisayar vasıtasıyla 3B sanal modeller oluşturulmaktadır. Bazı örnek nesneler üzerinde bu adımlar uygulanmış ve sonuç olarak oluşturulan 3B modellerin isabetliliği incelenmiştir.Öncelikle, 3B tarayıcılar ile ilgili yapılan araştırmalar incelenmiş ve incelemeler sonucunda ortaya konan bir 3B tarayıcılar sınıflandırması Giriş bölümünde verilmiştir. Bu bölümde daha sonra kültürel miras nesnelerinin taranması ile ilgili büyük projeler özetlenmiştir. Kuramsal Temeller bölümünde, ortaya konan tasarıma dayanarak ihtiyaç duyulacak kuramlar, algoritmalar ve teknikler anlatılmıştır. Temin edilen donanımın ve Kuramsal Temeller bölümünde anlatılan tekniklerin uygulamada nasıl kullanıldığı Materyal ve Yöntem bölümünde irdelenmiştir. Bulgular bölümü bazı erken tarama sonuçları inceleyerek varılan kararları belirtmektedir. Son olarak Tartışma ve Sonuç kısmında sistem oluşturulurken karşılaşılan problemler, oluşturulan sistemin değerlendirilmesi ve daha da geliştirilmesi için yapılabilecek çalışmalar irdelenmektedir.

Abstract:
The primary aim of this thesis is to construct a low cost 3 Dimensional (3D) scanner which can produce accurate 3D models of objects of a specified size range within a reasonable amount of time. Tradeoffs between issues regarding cost, accuracy, size range of objects, and time are directly evident in considerations towards building such a system. Hence, these tradeoffs were evaluated during the design stage and an optical 3D scanner based on structured light which is capable of scanning delicate cultural heritage objects that are of proper size to be brought to the laboratory environment and that do not have a transparent or shiny surface, and which can produce medium-high accuracy 3D models was decided to be constructed while keeping the cost as low as possible.Constructed scanner uses a linear Helium-Neon (HE-NE) laser light transmitter, two standard web cameras, a stepper motor, motor control card and a PC. The laser beam is projected onto the surface of objects which are placed on a computer controlled revolving circular platform and cameras capture images of this scene. 3D virtual models are created with the PC by using positions of image pixels on which light reflected from the object surface can be observed. These steps were applied on some sample objects and accuracy of resulting 3D models was analysed.Initially, research regarding 3D scanners were analysed and a classification of 3D scanners derived is given in Introduction section. Later in the same section large projects on scanning cultural heritage objects are summarised. In the Theoretical Fundamentals section, theories, algorithms, and methods necessary for the design are explained. Details of how acquired hardware and techniques explained in Theoretical Foundations section are used in practice are discussed in Materials and Methods section. Results section provides decisions made based on some early scanning results. Finally, Evaluation and Conclusions section provides a discussion of construction problems, an evaluation of the system created and suggestions for further work to improve the system.