Master's Thesis

Positioning equipment for photogrammetry

Final Thesis 11.04 MB

Author of thesis: Ing. Radim Homola

Acad. year: 2024/2025

Supervisor: doc. Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Zdeněk Vašíček, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on the design and implementation of a positioning device designed to take images of objects from all sides. The resulting photos are used as input data for photogrammetric processing, the aim of which is to create an accurate 3D model of the object including texture. The proposed system uses four cameras and a rotation mechanism to ensure uniform rotation of the object. The device also allows storing the sensing parameters in the form of called "user profiles", which simplifies the repeated imaging of similar objects without the need for manual configuration. In this way, the user simply inserts the object, sets the configuration or loads the profile and the device then autonomously performs the entire image capturing process.

Keywords:

digitization, 3D reconstruction, close-range photogrammetry, positioning device, automated image capture, image alignment, embedded system, object positioning

Date of defence

23.06.2025

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm A.

Topics for thesis defence

  1. Proces snímání je s ohledem na propustnost rozhraní MIPI extrémně zdlouhavý. Čím je tento fakt konkrétně způsoben? Je problém způsoben nevhodnou implementací v prostředí Python nebo v jiné části řetězce zpracovávajícího obrazová data?
  2. Při zvolení agregovaného výstupu (obraz složený z výstupu všech čtyř kamer) je obraz některých kamer rozostřen. Čím je tento problém způsoben a jak by bylo možné jej vyřešit?
  3. Díky fixnímu bodu zaostření a nemožnosti pohnout objektem v ose Z může být obtížné korektně nasnímat některé typy objektů, zejména takové, které zasahují různými částmi mimo hloubku ostrosti. Jak by bylo možné tento problém řešit?
  4. Musíte s objekty během snímání manipulovat, abyste získal celý objekt?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Information Technology and Artificial Intelligence (MITAI)

Specialization

Application Development (NADE)

Composition of Committee

prof. Ing. Tomáš Hruška, CSc. (předseda)
Ing. Vladimír Bartík, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Adam Rogalewicz, Ph.D. (člen)
Ing. Vladimír Veselý, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Pluskal, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Goldmann, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D.

Student ve své práci připravil komplexní produkt, který se může stát základem budoucího systému pro skenování objektů. Během realizace prokázal výborné znalosti jak z oblasti informatiky a vestavěných systémů, tak i mimooborové, jako jsou mechanické konstrukce, 3D tisk a fotografie. Vzhledem k jeho aktivitě během řešení práce navrhuji celkové hodnocení stupněm A - výborně.

Evaluation criteria Verbal classification
Information about assignment

Zadání pochází přímo od studenta, který chtěl vyřešit problém zdlouhavého a někdy i nekvalitního fotogrammetrického skenování objektů. Výsledné zařízení bylo motivováno aplikací snímání kostí na Ústavu antropologie  Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity. Zadání hodnotím jako obtížné, jelikož se jedná o kombinaci tvorby mechanické konstrukce a otáčivé podložky, řešení optické kvality výstupu, základní elektronika (byť byla poskládána z existujících částí) a hlavně tvorby uživatelského softwaru pro skenování. Zadání hodnotím jako splněné ve všech požadovaných bodech.

Activity during solution, consultations, communication

Výsledné zařízení bylo připraveno včas, takže byl prostor na uživatelské testování a validaci výstupů. Text práce byl také konzultován.

Publication activity, awards

Publikační činnost není známa, zařízení se může však stát základem budoucího fotogrammetrického skeneru. Dle hodnocení doktora Jurdy z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity je výstup dle subjektivního pohledu kvalitní. Navrhuje pak drobné konstrukční úpravy, které se u prototypu dají očekávat.

Work with literature

Student správně pracoval s literaturou, kterou sám aktivně vyhledával.

Activity during solution, consultations, communication

Student své řešení pravidelně konzultoval, na konzultace byl řádně připravený. Vzhledem k omezené přenositelnosti navrženého zařízení většina konzultací probíhala v online formě.

Points proposed by supervisor: 98

Grade proposed by supervisor: A

S ohledem na výše uvedené dílčí hodnocení navrhuji kvůli drobným nedostatkům celkové hodnocení stupněm B.

Evaluation criteria Verbal classification Points
The extent to which the requirements of the assignment have been met

Evaluation level: assignment fulfilled

Extent of the technical report

Evaluation level: exceeds the usual extent

Presentation level of the technical report

Technická zpráva je členěna do osmi kapitol a je psána čitelným a srozumitelným jazykem. Jednotlivé části na sebe navazují a tvoří logický celek. Rozsah kapitol je celkově adekvátní. Některé části jsou však zbytečně podrobně (např. typy krokových motorů, zbytečné popisovat, co je mikrokontroler). Poměrně stručná a špatně pochopitelná je část 6.2.2.

85
Formal preparation of a technical report

Z hlediska typografické i jazykové úpravy práce neobsahuje žádné zásadní prohřešky. Celkově práce působí jako pečlivě zpracovaná. Za zmínku stojí jen chybné užití výrazu „řídicí“.

90
Work with literature

Práce obsahuje relevantní zdroje. Počet jednotlivých pramenů je adekvátní. Převzaté prvky jsou v technické zprávě řádně odlišeny.

100
Realisation output

Realizační výstup tvoří jednak programové řešení, jednak elektromechanický systém. Elektromechanická část je dotažena do detailu a tvoří funkční celek, který je možné použít v praxi. Programová část je realizována formou sady skriptů napsaných v jazyce Python. Jednotlivé skripty jsou logicky členěny do modulů - jedná se o modul věnující se řízení motorů, dále modul zodpovědný za práci s kamerovým systémem a modul implementující grafické uživatelské rozhraní. Svým rozsahem či náročností implementace nikterak nevybočuje z běžných mezí. Převzaté části jsou dostatečně odlišeny. 

80
Usability of results

Výstup práce je prakticky využitelný při tvorbě 3D modelů antropologických nálezů, což potvrzuje jeho aplikovatelnost v odborné praxi. Jako drobnou nevýhodu však vnímám nemožnost nasnímat automatizovaně obraz v různé hloubce ostrosti tak, aby nevznikaly při skládání artefakty.

The difficulty of the assignment

Evaluation level: moderately difficult assignment

Topics for thesis defence:
  1. Proces snímání je s ohledem na propustnost rozhraní MIPI extrémně zdlouhavý. Čím je tento fakt konkrétně způsoben? Je problém způsoben nevhodnou implementací v prostředí Python nebo v jiné části řetězce zpracovávajícího obrazová data?
  2. Při zvolení agregovaného výstupu (obraz složený z výstupu všech čtyř kamer) je obraz některých kamer rozostřen. Čím je tento problém způsoben a jak by bylo možné jej vyřešit?
  3. Díky fixnímu bodu zaostření a nemožnosti pohnout objektem v ose Z může být obtížné korektně nasnímat některé typy objektů, zejména takové, které zasahují různými částmi mimo hloubku ostrosti. Jak by bylo možné tento problém řešit?
Points proposed by reviewer: 85

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová