Tradicionalment, la reproducció del mon real se'ns ha mostrat a traves d'imatges planes. Aquestes imatges se solien materialitzar mitjançant pintures sobre tela o be amb dibuixos. Avui, per sort, encara podem veure pintures fetes a ma, tot i que la majoria d'imatges s'adquireixen mitjançant càmeres, i es mostren directament a una audiència, com en el cinema, la televisió o exposicions de fotografies, o be son processades per un sistema computeritzat per tal d'obtenir un resultat en particular. Aquests processaments s'apliquen en camps com en el control de qualitat industrial o be en la recerca mes puntera en intel·ligència artificial. Aplicant algorismes de processament de nivell mitja es poden obtenir imatges 3D a partir d'imatges 2D, utilitzant tècniques ben conegudes anomenades Shape From X, on X es el mètode per obtenir la tercera dimensió, i varia en funció de la tècnica que s'utilitza a tal nalitat. Tot i que l'evolució cap a la càmera 3D va començar en els 90, cal que les tècniques per obtenir les formes tridimensionals siguin mes i mes acurades. Les aplicacions dels escàners 3D han augmentat considerablement en els darrers anys, especialment en camps com el lleure, diagnosi/cirurgia assistida, robòtica, etc. Una de les tècniques mes utilitzades per obtenir informació 3D d'una escena, es la triangulació, i mes concretament, la utilització d'escàners laser tridimensionals. Des de la seva aparició formal en publicacions científiques al 1971 [SS71], hi ha hagut contribucions per solucionar problemes inherents com ara la disminució d'oclusions, millora de la precisió, velocitat d'adquisició, descripció de la forma, etc. Tots i cadascun dels mètodes per obtenir punts 3D d'una escena te associat un procés de calibració, i aquest procés juga un paper decisiu en el rendiment d'un dispositiu d'adquisició tridimensional. La nalitat d'aquesta tesi es la d'abordar el problema de l'adquisició de forma 3D, des d'un punt de vista total, reportant un estat de l'art sobre escàners laser basats en triangulació, provant el funcionament i rendiment de diferents sistemes, i fent aportacions per millorar la precisió en la detecció del feix laser, especialment en condicions adverses, i solucionant el problema de la calibració a partir de mètodes geomètrics projectius. / Traditionally, the reproduction of the real world has been shown to us by means of at images. These images used to be materialised by means of paint on canvas, drawings or the like. Today, we still see hand made pictures, by fortune, although most of the images are acquired by cameras and they are either directly shown to an audience, like in the cinema, television or photographs, or they are processed by a computer system in order to obtain a particular result, like in industrial quality assurance or bleeding edge artificial intelligence research. Applying mid-level processing algorithms, 3D images can be obtained from 2D ones, using well known techniques called Shape From X, where X is the method for obtaining the 3rd dimension. While the evolution to the 3D camera begun in the 90s, the techniques for obtaining the most accurate 3D shape need to be continuously improving. The application of 3D scanners has spread signi cantly in the recent years, specially in elds like entertainment, assisted diagnosis/ surgery, robotics, etc. One of the most used techniques to obtain 3D information from a scene is triangulation, and more concretely, triangulationbased laser scanners. Since their formal appearance in scienti c publications, in 1971 [SS71], there have been contributions for solving inherent problems like occlusion avoidance, accuracy improvement, acquisition speed, shape description, etc. All of the methods for obtaining 3D points of a scene is accompained with a calibration procedure, and this procedure plays a decisive role in the performance of the acquisition device. The goal of this thesis is to provide a holistic approach to the problem of shape acquisition, giving a wide survey of triangulation laser scanners, testing the performance of di erent systems, and to give contributions for both improving acquisition accuracy under adverse conditions and solving the calibration problem. In addition, the calibration approach is based on previous works that used projective geometry to this end.

Aquesta tesi tracta sobre la combinació del control visual i la llum estructurada. El control visual clàssic assumeix que elements visuals poden ser fàcilment extrets de les imatges. Això fa que objectes d'aspecte uniforme o poc texturats no es puguin tenir en compte. En aquesta tesi proposem l'ús de la llum estructurada per dotar d'elements visuals als objectes independentment de la seva aparença.En primer lloc, es presenta un ampli estudi de la llum estructurada, el qual ens permet proposar un nou patró codificat que millora els existents. La resta de la tesi es concentra en el posicionament d'un robot dotat d'una càmara respecte diferentsobjectes, utilitzant la informació proveïda per la projecció de diferents patrons de llum. Dos configuracions han estat estudiades: quan el projector de llum es troba separat del robot,i quan el projector està embarcat en el robot juntament amb la càmara. Les tècniques proposades en la tesi estan avalades per un ampli estudi analític i validades per resultats experimentals. / This thesis treats about the combination of visual servoing and structured light. Classic visual servoing assumes that visual features can be extracted from the images. However, uniform ornon-textured objects, or objects for which extracting features is too complex or too time consuming cannot be taken into account.This thesis proposes the use of structured light patterns for providing suitable visual features independently of the object appearance.Firstly, a comprehensive survey on coded structured light patterns is presented. Then, a new pattern improving the existing ones isproposed. The remaining of the thesis is devoted to position an eye-in-hand robot with respect to objects by using features provided by light patterns. Two configurations are tested. In thefirst one, an off-board video-projector is used while in the second, an onboard structured light emitter is exploited. The techniques proposed in the thesis are supported by theoreticalanalysis and they are validated by experimental results.

This thesis focuses on the problem of 3D acquisition using coded structured light (CSL). In CSL, a projected pattern impinges artificial texture onto the object surface, increasing the number of correspondences in the retrieved image. Finally, 3D acquisition is pursued by triangulation. An active research is being done in CSL techniques for moving scenarios. In this thesis, a review of the main CSL approaches is presented. Afterwards, we perform a deep study of the two most used frequency-based techniques, and a new proposal for automatic selection of the window width using Windowed Fourier Transform (WFT). Using this analysis, we implemented a new technique for one-shot dense acquisition, able to work in moving scenarios. The technique is based on adaptive WFT and DeBruijn coding. The results show the proposed method obtains dense acquisition with accuracy levels comparable to DeBruijn algorithms. Finally, the thesis focuses on the problem of registration in SL. / Esta tesis estudia el problema de la reconstrucción 3D con Luz Estructurada (LE). En LE se proyecta un patrón en la superficie del objecto, a fin de incrementar la textura y el número de correspondencias con la imagen capturada, de la que se extrae la información 3D. Actualmente se trabaja en soluciones de LE para entornos moviles. La tesis presenta un compendio de las principales tecnicas en LE. Además, se estudian en detalles las dos propuestas de análisis frecuencial, proponiendo un algoritmo para el análisis del patrón capturado. Con ésto, se propone un método de un único patrón proyectado, obteniendo reconstrucción densa. La técnica se basa en WFT combinado con codificación DeBruijn. Los resultados muestran niveles de precisión comparables con otras técnicas DeBruijn, pero obteniendo reconstrucción densa. Finalmente, se estudia el problema de registro de reconstrucciones LE.

L'objectiu d'aquesta tesi és l'estudi de les diferents tècniques per alinear vistes tridimensionals. Aquest estudi ens ha permès detectar els principals problemes de les tècniques existents, aprotant una solució novedosa i contribuint resolent algunes de les mancances detectades especialment en l'alineament de vistes a temps real. Per tal d'adquirir les esmentades vistes, s'ha dissenyat un sensor 3D manual que ens permet fer adquisicions tridimensionals amb total llibertat de moviments. Així mateix, s'han estudiat les tècniques de minimització global per tal de reduir els efectes de la propagació de l'error. / The goal of this thesis is to study the different techniques used to register 3D acquisitions. This study detects the main drawbacks of the existing techniques, presents a new classification and provides significant solutions of some perceived shortcomings, especially in 3D real time registration. A 3D hand-held sensor has been designed to acquire these views without any motion restriction and global minimization techniques have been studied to decrease the error propagation effects.