סורק תלת מימד DIY מבוסס על אור מובנה וחזון סטריאו בשפת פייתון: 6 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

סורק תלת מימד זה נעשה באמצעות פריטים קונבנציונאליים בעלות נמוכה כמו מקרן וידיאו ומצלמות אינטרנט. סורק תלת מימד בעל אור מובנה הוא מכשיר סריקה תלת מימדי למדידת צורתו התלת ממדית של אובייקט באמצעות דפוסי אור מוקרנים ומערכת מצלמות. תוכנה פותחה על בסיס אור מובנה וראיית סטריאו בשפת פייתון.

הקרנת רצועת אור צרה על משטח בצורת תלת מימד מייצרת קו תאורה הנראה מעוות מנקודות מבט אחרות מאשר המקרן, וניתן להשתמש בו לשחזור גיאומטרי מדויק של צורת המשטח. רצועות אור אופקיות ואנכיות מוקרנות על משטח האובייקט ואז נלכדות על ידי שתי מצלמות רשת.

שלב 1: מבוא

התקנים אוטומטיים לרכישת תלת-ממד (המכונים לעתים קרובות סורקי תלת-ממד) מאפשרים לבנות מודלים מדויקים ביותר של אובייקטים תלת-ממדיים אמיתיים באופן חסכוני וזמן. ניסינו טכנולוגיה זו בסריקת צעצוע כדי להוכיח ביצועים. הצרכים הספציפיים הם: דיוק בינוני-גבוה, קל לשימוש, עלות משתלמת של מכשיר הסריקה, רכישה עצמית של נתוני צורה וצבע, ולבסוף בטיחות תפעולית הן למפעיל והן לאובייקטים הסרוקים. על פי דרישות אלה, עיצבנו סורק תלת מימד בעלות נמוכה המבוסס על אור מובנה המאמץ גישת תבנית פס צבעונית ורסטילית. אנו מציגים את ארכיטקטורת הסורק, טכנולוגיות התוכנה שאומצו והתוצאות הראשונות של השימוש בה בפרויקט הנוגע לרכישת תלת מימד של צעצוע.

בעיצוב הסורק בעלות הזולה שלנו בחרנו ליישם את יחידת הפולט באמצעות מקרן וידיאו. הסיבה הייתה הגמישות של מכשיר זה (המאפשר להתנסות בכל סוג של דפוס אור) וזמינותו הרחבה. החיישן יכול להיות מכשיר מותאם אישית, מצלמת סטילס דיגיטלית רגילה או מצלמת רשת. הוא חייב לתמוך בלכידת צבעים באיכות גבוהה (כלומר רכישת טווח דינמי גבוה) ואולי ברזולוציה גבוהה.

שלב 2: תוכנה

שפת פייתון שימשה לתכנות משלוש סיבות, אחת היא קלה ללמידה ויישום, שתיים נוכל להשתמש ב- OPENCV לשגרות הקשורות לתמונות ושלוש היא ניידת בין מערכות הפעלה שונות, כך שתוכל להשתמש בתוכנית זו ב- Windows, MAC ו- Linux. תוכל גם להגדיר את התוכנה לשימוש עם כל סוג של מצלמה (מצלמות רשת, מצלמות SLR או מצלמות תעשייתיות) או מקרן ברזולוציית 1024X768 מקורית. עדיף להשתמש במצלמות בעלות רזולוציה של יותר מפעמיים. אני אישית בדקתי את הביצועים בשלוש תצורות שונות, הראשונה הייתה עם שני קולנוע מצלמת רשת מקביל של מיקרוסופט ומקרן נייד קטן, השנייה הייתה עם שתי מצלמות אינטרנט של מצלמות חיים שהסתובבו 15 מעלות אחת כלפי השנייה ומקרן אינפוקוס, התצורה האחרונה הייתה עם מצלמות אינטרנט של לוג'יטק. ומקרן אינפוקוס. כדי ללכוד ענן נקודתי של משטח האובייקט עלינו לעבור דרך חמישה שלבים:

1. הקרנת דפוסים אפורים וצילום תמונות משתי מצלמות "SL3DS1.projcapt.py"

2. עיבוד 42 התמונות של כל מצלמה וקודי נקודות "SL3DS2.procimages.py"

2. התאמת סף לבחירת מיסוך לאזורים לעיבוד "SL3DS3.adjustthresh.py"

4. מצא ושמור נקודות דומות בכל מצלמה "SL3DS4.calcpxpy.py"

5 חשב את קואורדינטות X, Y ו- Z של ענן הנקודות "SL3DS5.calcxyz.py"

הפלט הוא קובץ PLY עם מידע על קואורדינטות וצבעים של נקודות על משטח האובייקט. אתה יכול לפתוח קבצי PLY עם תוכנת CAD כמו מוצרי Autodesk או תוכנת קוד פתוח כמו Meshlab.

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

יש להתקין Python 2.7, מודול OPENCV ו- NUMPY להפעלת תוכנות Python אלה. פיתחתי גם GUI עבור תוכנה זו ב- TKINTER שתוכל למצוא בשלב שש עם שתי ערכות נתונים לדוגמה. תוכל למצוא מידע נוסף בנושא זה באתרים הבאים:

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…

שלב 3: התקנת חומרה

חומרה מורכבת מ:

1. שתי מצלמות אינטרנט (Logitech C920C)

2. מקרן Infocus LP330

3. מעמד למצלמה ומקרן (עשוי מלוחות אקריליק 3 מ"מ וחיתוך עץ 6 מ"מ HDF עם חותך לייזר)

שתי מצלמות ומקרן צריכות להיות מחוברות למחשב בעל שתי פלט וידאו כמו מחשב נייד וצריך להגדיר את מסך המקרן כהרחבה לשולחן העבודה הראשי של Windows. כאן תוכלו לראות תמונות של מצלמות, מקרן ומעמד. קובץ הציור המוכן לחיתוך מצורף בפורמט SVG.

המקרן הוא אינפוקוס LP330 (רזולוציה מקורית 1024X768) עם המפרט הבא בהירות: 650 לומן תפוקת אור: ** ניגודיות (הפעלה/כיבוי מלא): 400: 1 איריס אוטומטי: ללא רזולוציה מקורית: 1024x768 יחס גובה -רוחב: 4: 3 (XGA) מצבי וידאו: ** מצבי נתונים: MAX 1024x768 מקסימום הספק: 200 וואט מתח: 100V - 240V גודל (ס"מ) (HxBxD): 6 x 22 x 25 משקל: 2.2 ק"ג חיי מנורה (הספק מלא): 1, 000 שעות מנורה: UHPL מנורה: 120 וואט כמות מנורה: 1 סוג תצוגה: 2 ס"מ DLP (1) עדשת זום רגילה: 1.25: 1 פוקוס: דיסטריקט ידני (m): 1.5 - 30.5 גודל תמונה (ס"מ): 76 - 1971

מקרן וידאו זה משמש להקרנת דפוסי אור מובנים על האובייקט שיש לסרוק. התבנית המובנית מורכבת מרצועות אור לבנות אנכיות ואופקיות השמורות בקובץ נתונים ומצלמות רשת לוכדות את הרצועות המעוותות האלה.

רצוי להשתמש במצלמות אלה הניתנות לשליטה בתוכנה מכיוון שעליך להתאים את המיקוד, הבהירות, הרזולוציה ואיכות התמונה. אפשר להשתמש במצלמות DSLR עם SDK שמסופקים על ידי כל מותג.

ההרכבה והבדיקות נערכו בקופנהגן פאבלב בתמיכתה.

שלב 4: התנסות בסורק

לבדיקת המערכת נעשה שימוש בצעצוע דגים ותוכלו לראות את התמונה שצולמה. כל הקובץ שנתפס וגם ענן נקודת הפלט כלול בקובץ המצורף, אתה יכול לפתוח את קובץ ענן הנקודות PLY באמצעות Meshlab:

meshlab.sourceforge.net/

שלב 5: כמה תוצאות סריקה אחרות

כאן תוכלו לראות כמה סריקות פנים אנושיות וסריקה תלת -ממדית של קיר. תמיד יש כמה נקודות חריגות בגלל השתקפויות או תוצאות תמונה לא מדויקות.

שלב 6: ממשק משתמש סורק תלת מימד

לבדיקת תוכנת הסריקה התלת -ממדית בשלב זה אני מוסיף שתי ערכות נתונים האחת היא סריקה של דג ושנייה היא רק קיר מישור כדי לראות את הדיוק שלה. פתח קבצי ZIP והפעל את SL3DGUI.py. להתקנה בדוק את שלב 2. שלח הודעה לתיבת הדואר הנכנס שלי כאן לכל קודי המקור.

עבור שימוש בחלק סריקה תלת מימדית אתה צריך להתקין שתי מצלמות ומקרן אבל לחלקים אחרים פשוט לחץ על הכפתור. לבדיקת נתוני הדגימה לחץ תחילה על התהליך ולאחר מכן על הסף, התאמת סטריאו ולבסוף ענן נקודה. התקן את Meshlab כדי לראות את ענן הנקודות.

meshlab.sourceforge.net/