Skaneri 3D DIY i bazuar në dritën e strukturuar dhe vizionin stereo në gjuhën Python: 6 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:25

Ky skaner 3D është bërë duke përdorur artikuj konvencionalë me kosto të ulët si video projektor dhe kamerë në internet. Një skanues 3D me dritë të strukturuar është një pajisje skanimi 3D për matjen e formës tre-dimensionale të një objekti duke përdorur modele të projektuara të dritës dhe një sistem kamera. Softueri u zhvillua bazuar në dritën e strukturuar dhe vizionin stereo me gjuhën python.

Projektimi i një brezi të ngushtë drite mbi një sipërfaqe me formë tre-dimensionale prodhon një linjë ndriçimi që duket e shtrembëruar nga perspektiva të tjera sesa ajo e projektorit, dhe mund të përdoret për një rindërtim të saktë gjeometrik të formës së sipërfaqes. Brezat e dritës horizontale dhe vertikale projektohen në sipërfaqen e objektit dhe më pas kapen nga dy ueb -kamera.

Hapi 1: Hyrje

Pajisjet automatike të marrjes 3D (shpesh të quajtura skanerë 3D) lejojnë të ndërtojnë modele shumë të sakta të objekteve të vërteta 3D në një mënyrë me kosto dhe kohë efektive. Ne kemi eksperimentuar këtë teknologji në skanimin e një lodre për të provuar performancën. Nevojat specifike janë: saktësi mesatare-e lartë, përdorim i lehtë, kosto e përballueshme e pajisjes së skanimit, marrje e vetë-regjistruar e të dhënave të formës dhe ngjyrës, dhe së fundi siguri operacionale si për operatorin ashtu edhe për objektet e skanuara. Sipas këtyre kërkesave, ne projektuam një skaner 3D me kosto të ulët bazuar në dritën e strukturuar e cila miraton një qasje të gjithanshme të modelit të shiritave me ngjyra. Ne paraqesim arkitekturën e skanerit, teknologjitë e softuerit të miratuar dhe rezultatet e para të përdorimit të tij në një projekt në lidhje me blerjen 3D të një lodre.

Në hartimin e skanerit tonë me kosto të ulët, ne zgjodhëm të zbatojmë njësinë emetuese duke përdorur një video projektor. Arsyeja ishte fleksibiliteti i kësaj pajisjeje (e cila ju lejon të eksperimentoni çdo lloj modeli të dritës) dhe disponueshmëria e saj e gjerë. Sensori mund të jetë ose një pajisje e personalizuar, një aparat fotografik dixhital standard ose një kamer në internet. duhet të mbështesë kapjen e ngjyrave me cilësi të lartë (dmth. marrjen e gamës së lartë dinamike) dhe ndoshta me rezolucion të lartë.

Hapi 2: Softueri

Gjuha Python u përdor për programim për tre arsye, njëra është e lehtë për tu mësuar dhe zbatuar, dy ne mund të përdorim OPENCV për rutinat e lidhura me imazhin dhe tre është e lëvizshme në sisteme të ndryshme operative kështu që ju mund ta përdorni këtë program në Windows, MAC dhe Linux. Ju gjithashtu mund të konfiguroni softuerin që të përdoret me çdo lloj kamere (ueb kamera, SLR ose kamera industriale) ose projektor me rezolucion vendas 1024X768. Bettershtë më mirë të përdorni kamera me më shumë se dy herë rezolucion. Unë personalisht e testova performancën në tre konfigurime të ndryshme, e para ishte me dy kinema paralele të uebit të Microsoft -it dhe një projektor të vogël portativ, e dyta ishte me dy ueb -kamera të kinemasë lifecam që rrotulloheshin 15 gradë drejt njëra -tjetrës dhe projektues Infocus, konfigurimi i fundit ishte me kamerë logitech dhe projektor Infocus. Për të kapur renë pikë të sipërfaqes së objektit duhet të kalojmë nëpër pesë hapa:

1. Projektimi i modeleve gri dhe kapja e imazheve nga dy kamera "SL3DS1.projcapt.py"

2. Përpunimi i 42 imazheve të secilës kamera dhe kapja e kodeve të pikave "SL3DS2.procimages.py"

2. Rregullimi i pragut për të zgjedhur maskimin për zonat që do të përpunohen "SL3DS3.adjustthresh.py"

4. Gjeni dhe ruani pika të ngjashme në secilën kamerë "SL3DS4.calcpxpy.py"

5 Llogaritni koordinatat X, Y dhe Z të reve të pikës "SL3DS5.calcxyz.py"

Dalja është një skedar PLY me informacionin e koordinatave dhe ngjyrave të pikave në sipërfaqen e objektit. Ju mund të hapni skedarë PLY me softuer CAD si produktet Autodesk ose një softuer me burim të hapur si Meshlab.

www.autodesk.com/products/personal-design-a…

Python 2.7, moduli OPENCV dhe NUMPY duhet të instalohen për të ekzekutuar këto programe Python. Unë gjithashtu kam zhvilluar një GUI për këtë softuer në TKINTER që mund ta gjeni në hapin gjashtë me dy grupe të të dhënave të mostrës. Ju mund të gjeni informacion shtesë mbi këtë temë në faqet e mëposhtme të internetit:

docs.opencv.org/modules/calib3d/doc/camera_…

docs.opencv.org/modules/highgui/doc/reading…

www.3dunderworld.org/software/

arxiv.org/pdf/1406.6595v1.pdf

mesh.brown.edu/byo3d/index.html

www.opticsinfobase.org/aop/fulltext.cfm?uri…

hera.inf-cv.uni-jena.de:6680/pdf/Brauer-Bur…

Hapi 3: Konfigurimi i harduerit

Hardware përbëhet nga:

1. Dy kamera në internet (Logitech C920C)

2. Projektor Infocus LP330

3. Bazë e kamerës dhe projektorit (e bërë nga pllaka akrilike 3 mm dhe dru HDF 6 mm e prerë me një prestar lazer)

Dy kamera dhe projektor duhet të lidhen me një kompjuter me dy dalje video si një kompjuter fletore dhe ekrani i projektorit duhet të konfigurohet si një shtrirje në desktopin kryesor të dritareve. Këtu mund të shihni imazhe të kamerave, projektorit dhe stendës. Skedari i vizatimit gati për prerje janë bashkangjitur në formatin SVG.

Projektori është një Infocus LP330 (Rezolucioni Nacional 1024X768) me specifikimet e mëposhtme. Shkëlqimi: 650 Lumens Ngjyra Nxjerrja e dritës: ** Kontrasti (Aktivizimi/Çaktivizimi i plotë): 400: 1 Iris Auto: Pa Rezolucion Native: 1024x768 Raport Aspekti: 4: 3 (XGA) Modalitetet e videos: ** Mënyrat e të dhënave: MAX 1024x768 Fuqia maksimale: 200 Watts Tensioni: 100V - 240V Madhësia (cm) (HxWxD): 6 x 22 x 25 Pesha: 2.2 kg Jeta e llambës (Fuqia e plotë): 1, 000 orë Lloji i llambës: UHPLamp Wattage: 120 Watt Sasia e llambës: 1 Lloji i ekranit: 2 cm DLP (1) Zmadhimi standard Lentet: 1.25: 1 Fokusi: Manual Throw Dist (m): 1.5 - 30.5 Madhësia e Imazhit (cm): 76 - 1971

Ky videoprojektor përdoret për të projektuar modele të strukturuara të dritës në objektin që do të skanohet. Modeli i strukturuar përbëhet nga shirita vertikalë dhe horizontalë të dritës së bardhë që ruhen në një skedar të dhënash dhe kamerat e internetit kapin ato shirita të shtrembëruar.

Mundësisht përdorni ato kamera që janë të kontrollueshme nga softueri sepse keni nevojë të rregulloni fokusin, shkëlqimin, rezolucionin dhe cilësinë e figurës. Camerasshtë e mundur të përdorni kamera DSLR me SDK që ofrohen nga secila markë.

Asambleja dhe testet u kryen në Kopenhagen Fablab me mbështetjen e saj.

Hapi 4: Eksperimentimi me skanerin

Për testimin e sistemit u përdor një lodër peshku dhe mund të shihni imazhin e kapur. I gjithë skedari i kapur dhe gjithashtu reja e pikës së daljes përfshihet në skedarin e bashkangjitur, mund të hapni skedarin cloud të pikës PLY me Meshlab:

meshlab.sourceforge.net/

Hapi 5: Disa rezultate të tjera të skanimit

Këtu mund të shihni disa skanime të fytyrës njerëzore dhe skanim 3D të një muri. Ka gjithmonë disa pika më të veçanta për shkak të reflektimeve ose rezultateve të pasakta të imazhit.

Hapi 6: GUI i skanerit 3D

Për testimin e softuerit të skanimit 3d në këtë hap shtoj dy grupe të dhënash, njëra është skanimi i një peshku dhe një tjetër është vetëm një mur aeroplani për të parë saktësinë e tij. Hapni skedarët ZIP dhe ekzekutoni SL3DGUI.py. Për instalimin kontrolloni hapin 2. Dërgo mesazh në kutinë time të postës këtu për të gjitha kodet burimore.

Për të përdorur pjesën e skanimit 3D ju duhet të instaloni dy kamera dhe projektor, por për pjesët e tjera thjesht klikoni në butonin. Për testimin e të dhënave të mostrës, së pari klikoni në proces, pastaj pragun, ndeshjen stereo dhe në fund renë e pikave. Instaloni Meshlab për të parë renë pikë.

meshlab.sourceforge.net/