3D skener s vlastnými rukami: detaily a technológie. Domáce 3d skener

Ak chcete vytvoriť 3D skener s vlastnými rukami, najprv nájdite webovú kameru. Ak ho máte, náklady na celý projekt budú stáť 40-50 dolárov. Desktopové 3D skenovanie urobilo v posledných rokoch veľké skoky, ale stále má veľké obmedzenia. Hardvér zariadenia je postavený na základe určitého objemu a rozlíšenia skenovania. Dobré výsledky môžete dosiahnuť iba vtedy, ak váš objekt spĺňa požiadavky a rozlíšenie snímania.

Princíp snímania v objemovom režime

Fotogrametria používa súbor bežných dvojrozmerných fotografií zhotovených zo všetkých strán okolo objektu. Ak je bod na objekte viditeľný najmenej na troch obrázkoch, jeho umiestnenie je možné triangulovať a merať v troch rozmeroch. Identifikáciou a výpočtom polohy tisícov alebo dokonca miliónov bodov môže softvér vytvoriť mimoriadne presnú reprodukciu.

Na rozdiel od hardvérového skenera nemá tento proces žiadne obmedzenia veľkosti ani rozlíšenia. Ak môžete odfotiť objekt, môžete ho naskenovať:

• Limitujúcim faktorom vo fotogrametrii je kvalita fotografií a následne zručnosť fotografa.
• Fotografie by mali byť jasne viditeľné a jasne zaostrené.
• Mali by byť tiež umiestnené okolo objektu tak, aby každá ich časť bola zakrytá.

Bez 3D skenera budete môcť vytvoriť trojrozmerný obraz iba veľkých objektov. , nebude možné skenovať malé objekty. Na pochopte to podrobnejšie, , poďme analyzovať koncept fotogrametrie.

Čo je fotogrametria a ako ovplyvňuje zobrazenie objektov?

Fotogrametria je veda o získavaní meraní z fotografií, najmä na obnovenie presnej polohy povrchových bodov. Môže sa tiež použiť na rekonštrukciu trajektórií určených referenčných bodov na akomkoľvek pohybujúcom sa objekte, jeho komponentoch a v tesnej blízkosti prostredia.

Stručne povedané, umožňuje vytvoriť trojrozmernú mriežku niekoľkých fotografií porovnaním podobností medzi obrázkami a ich trianguláciou v trojrozmernom priestore.

Fotogrametria existuje už nejaký čas, ale až keď sa Autodesk pripojil k beta programu Memento, všetko začalo fungovať stabilne. Memento bolo premenované na ReMake, keď opustilo beta fázu. Znie to ako mágia, však? Nie je to mágia, je to realita. Teraz môže ktokoľvek robiť trojrozmerné skenovanie bez toho, aby minul stovky na skener. Dokonca aj cenovo dostupné open source 3D skenery vyžadujú pomerne veľa vedomostí, aby fungovali správne. Pomocou fotogrametrie môže každý získať to, čo chce.

Kruh otáčania je druhou fázou vytvárania skenera

Všetko, čo potrebujete na vytvorenie 3D skenera vlastnými rukami, je váš smartphone, priložené slúchadlá a prehrávač. Funguje to takto: otočíte rukoväť a pri každom úplnom otočení gramofónu sa fotoaparát telefónu spustí 50-krát hlasitosťou slúchadiel.

Jednoducho! Preneste fotografie do počítača a potom použite Autodesk ReMake na zázraky. Je to úžasné, ale nielenže vytvára mriežku dobre, ale poskytuje aj nástroje na nastavenie mriežky, opravu otvorov, vyrovnanie, prípravu na 3D tlač alebo slúži ako systémová forma ako 3D zdroj pre hry alebo vizualizáciu!

Vzhľadom na to, že spoločnosť Apple odstránila konektor pre slúchadlá pre iPhone 7 a vyššie, použije sa aktualizovaná verzia vytvorenia skenera. Je založený na princípe fungovania spúšte pre kameru Bluetooth. To nahradí potrebu konektora pre slúchadlá.

• Vysoko kvalitné fotogrametrické skenovanie vyžaduje vysoko kvalitné fotografie objektu zo všetkých strán.
• Najjednoduchším prístupom pri skenovaní malých vecí je otáčanie objektu pri fotografovaní.
• Na tento účel skener používa krokový motor riadený doskou Arduino.
• Stepper otáča objekt o pevné množstvo a potom infračervená LED zhasne s sakra šikovnou sériou bliknutí, ktoré napodobňujú bezdrôtové diaľkové ovládanie fotoaparátu.

LCD obrazovka so sadou tlačidiel umožňuje užívateľovi ovládať Arduino. Pomocou tlačidiel môže používateľ zvoliť počet snímok, ktoré sa majú nasnímať na otáčku. Vysoko kvalitný 3D skener vyrobený vlastnými rukami môže pracovať v automatickom režime, kde nasníma obrázok, posúva krokový motor a opakuje ho, kým nedokončí úplné otočenie.

K dispozícii je tiež manuálny režim, v ktorom každé stlačenie tlačidla nasníma obrázok, posunie ovládanie krokového ovládača a čaká. To je užitočné pre skenovanie častí. 3D skener sa zameriava na rám rámovanie obrazu.

Ďalší softvér

Keď softvér na fotogrametriu zistí funkciu na fotografii, pokúsi sa ju nájsť na iných obrázkoch a zaznamená umiestnenie na všetkých zobrazených obrázkoch.

1. Ak je objekt súčasťou rotujúceho objektu, získame dobré údaje.
2. Ak je detekovaná funkcia na pozadí a nepohybuje sa počas skenovania zvyšku objektu, môže to viesť k narušeniu časopriestorového kontinua, aspoň pokiaľ ide o vaše softvér.

Existujú dve riešenia:

• Jedným z nich je pohyb fotoaparátu okolo objektu tak, aby pozadie zostalo synchronizované s pohybom. To je dobré pre veľké objekty, ale je oveľa ťažšie automatizovať proces.
• Jednoduchším riešením je ponechať pozadie bez funkcií. Je to jednoduchšie pre malé predmety. Pridajte k tomu správne osvetlenie a už ste na ceste k pozadiu bez tváre.

Ďalším tipom je preexponovanie obrázkov so zastávkou alebo dvoma. To vám umožní zachytiť viac detailov v tieni objektu pri oddeľovaní pozadia, takže všetky zostávajúce objekty pozadia zmiznú v iskrivej bielej farbe.

• "Arduino". Má kontakty, ktoré nie sú zakryté obrazovkou LCD, čo uľahčuje pripojenie.
• SainSmart 1602 LCD štít, ktorý má displej a niekoľko tlačidiel na ovládanie skenera.
• Ovládač Krokového Motora (Easy Driver).

Krokový motor NEMA 17 bude otáčať skenovací objekt. S veľkým krokovým motorom (s príslušným ovládačom a napájaním) by tento ručne vyrobený 3D skener vysokej kvality mohol zvýšiť stupnicu skenovania. 950 nm IR LED spustí fotoaparát. Niektoré populárne modely manuálnych 3D skenerov sú založené na tomto princípe. S vlastnými rukami môžete opakovať proces budovania. Ponúkame niekoľko možností na výber.

Spinscan od Tonyho Buzera: základ všetkých skenerov

V roku 2011 vydal génius 3D tlače Tony Buzer Spinscan. Jedná sa o domáci open source 3D skener založený na laseri a digitálnom fotoaparáte. Neskôr MakerBot použil nápady od spoločnosti Spinscan na vytvorenie skenera digitizéra s uzavretým zdrojom.

FabScan

FabScan začal ako absolventský projekt a odvtedy ho prijala malá komunita, ktorá naďalej pracuje na zlepšovaní svojich schopností. FabScan funguje ako mnoho iných laserových skenerov, ale pomáha mu vstavaný kryt, ktorý pomáha vyrovnávať úrovne svetla a zabraňuje skresleniu počas skenovania.

VirtuCube

Alternatívnou metódou pre laserové skenery je štruktúrovaný svetelný skener. Použitím pico projektora namiesto lasera je možné VirtuCube ľahko vytvoriť pomocou viacerých tlačených častí a základnej elektroniky. Celý systém je možné umiestniť do kartónovej škatule, aby iné svetelné zdroje nespôsobovali chyby pri tlači.

Už boli vydané dva nové zaujímavé laserové skenery s otvoreným zdrojovým kódom: Bq Cyclop a Murobo Atlas.

BQ-laserový skenovací systém

Španielska spoločnosť pre spotrebnú elektroniku BQ oznámila na CES 3D skener Cyclop. Cyclop používa dve úrovne laserovej linky, štandardnú webovú kameru USB a vlastný radič Arduino od BQ. BQ napísal svoju vlastnú skenovaciu aplikáciu s názvom Horus. Zatiaľ čo správy hovoria, že Cyclop ešte nie je k dispozícii, BQ tvrdí, že to bude koncom tohto roka.

"Atlas" - je vyvinutý projekt, ktorý si vyžaduje vylepšenia

3D skener s popisom o princípoch fungovania z Murobo v súčasnosti hľadá finančné prostriedky na Kickstarter. Rovnako ako Spinscan, Digitizer a Cyclop, aj Atlas používa laserové Lineárne moduly a webovú kameru na skenovanie objektu na rotujúcej platforme. Atlas nahrádza Arduino Raspberry Pi, aby spojil ovládanie a zachytenie do zariadenia. Rovnako ako Cyclop, tvorca atlasu sľubuje, že to bude projekt s otvoreným zdrojovým kódom. Sady za 129 dolárov vypredané, niektoré však zostali za cenu 149 a 209 dolárov.

V roku 2019 si spoločnosť kladie za cieľ vydať 3D skener vytvorený zo smartfónu, ktorý bude nielen zobrazovať viditeľnosť na pozadí, ale aj navrhovať zaostrenie pri snímaní obrázka. V Amerike sú DIY novinky zarážajúce. Ak neviete, ako vytvoriť 3D skener, použite nedokončenú verziu "Atlas". Je tu celkom jasná funkčnosť a vývojárom stačí zariadenie flashovať a zabezpečiť fungovanie tých funkcií, ktoré chcú vo výsledku vidieť.

CowTech Ciclop: nový model multifunkčného zariadenia

Cena dosahuje 160 dolárov (v závislosti od toho, či tlačíte 3D diely alebo nie). Spoločnosť sídli v USA. Rozlíšenie hotových obrázkov dosahuje 0,5 mm. Maximálny objem skenovania: 200× 200 × 205 mm. BQ tvoril základ súpravy DIY 3D skenera pre 3D tlačiareň. S vlastnými rukami môžete upraviť verziu modelu pred vytvorením obrázkov v štvorrozmernom priestore.

Cowtech Engineering použité fondy vedené BQ, čo dáva jedinečnú hodnotu aktualizovanému modelu. K dispozícii sú nové funkcie:

• zobraziť prostredie,
• zachytenie pozadia,
• displeja objektívu v obrátenom štýle.

V súlade s hnutím open source spoločnosť Cowtech spustila kampaň Kickstarter s cieľom získať peniaze na spustenie produkčnej verzie originálu-Ciclop CowTech. Tím si stanovil vysoký cieľ vyzbierať 10 000 dolárov, ale stretol sa s prekvapením a potešením, keď komunita dokázala vyzbierať 183 000 dolárov. Zrodila sa súprava 3D skenera z fotoaparátu a telefónu CowTech Ciclop DIY.

Aký je teda rozdiel medzi verziou CowTech a BQ DIY?

CowTech Ciclop stále používa softvér Horus 3D, pretože je to fantastický obchod pre 3D skenovanie objektov. , rozdiely sú však v trochu odlišnom dizajne, ktorý tím strávil niekoľko dní vývojom, aby bolo možné diely vytlačiť v 3D na akejkoľvek FDM 3D tlačiarni.

Rovnaké polotovary je možné použiť na vývoj zariadení vlastnými rukami. 3D skenery a tlačiarne tejto spoločnosti majú iba malý montážny objem, takže spoločnosť CowTech vyvinula diely, ktoré je možné vytlačiť na akejkoľvek tlačiarni s montážnym objemom 115 × 110 × 65 mm, ktorý je k dispozícii takmer vo všetkých 3D tlačiarňach.

Ciclop od spoločnosti CowTech:

• Tu sú nastaviteľné držiaky laserov.
• CowTech DIY používa laserové rezanie akrylu.

BQ Ciclop:

• Modely používajú závitové tyče.
• Neexistuje žiadne Laserové rezanie akrylu.

Nie je na tom nič zlé a skenery stále vyzerajú dosť podobne, ale CowTech mal v úmysle iba vylepšiť existujúci dizajn, nie ho reformovať. CowTech predáva na svojej webovej stránke Ciclop pripravený na skenovanie za 159 dolárov. Celkovo je to skvelý lacný DIY 3D skener, veľmi efektívny pre laserové triangulačné 3D skenovanie.

Rotačné stroje a stoly na vytváranie skenerov

1. Mobilný telefón je vybavený technológiou DIY 3D skenera: fotogrametria - je tu technologická funkcia.
2. Cena: bezplatná vlastná tlač (aj keď materiály budú stáť asi 30 dolárov).
3. Vytvorenie tohto 3D skenera vlastnými rukami bude celkom jednoduché. Dave Clark, britský výrobca, sa ešte pred začiatkom predaja postaral o to, aby modely rozumeli. Náhradné diely sa použijú na vytvorenie ďalších skenerov.

Je to preto, že je založený skôr na fotogrametrii ako na laserovej triangulácii a je kompatibilný s vaším smartfónom! Na synchronizáciu zariadení si môžete stiahnuť súbor 3D tlače.

S vlastnými rukami budete môcť vytvoriť 3D skener z improvizovaných prostriedkov. Musíte len dôverovať tvorcom DIY 3D. Jednoduché zariadenie okamžite zmení váš iPhone alebo Android na 3D skener pripojením k tomuto prehrávaču. Potom pomocou slúchadiel a fotoaparátu telefónu nasníma viac ako 50 fotografií objektu, ktoré sa naskenujú pri otáčaní gramofónu.

Po nasnímaní týchto obrázkov ich môžete nahrať do programu, ako je Autodesk ReCap, aby sa fotografie zmenili na plnohodnotný 3d súbor.

Celkovo je to fantastický kreatívny projekt a skvelý DIY 3D skener pre ľudí s obmedzeným rozpočtom.

Microsoft Kinect 3D Scanner

Jeho cena je ešte nižšia-iba 99 dolárov (už však nie je v predaji, hoci Kinect V2 je stále k dispozícii s Xbox One). Slogan spoločnosti: "Vytvorte 3D skener vlastnými rukami z "Kinect" a prekvapte svojich priateľov.

Aj keď spoločnosť Microsoft reagovala na dopyt vytvorením vlastnej aplikácie 3D skenovania pre skener Kinect, existuje niekoľko možností tretích strán, ktoré môžu byť vhodnejšie. Patria sem:

• Skanect, vyrobený spoločnosťou Occupital, ktorá predáva aj snímač štruktúry.
• ReconstructMe. Poskytuje sadu nástrojov, ktoré vám umožňujú vykonávať 3D skenovanie za menej ako 100 dolárov.

Výsledky nie sú fantastické, ale za túto cenu sú celkom prijateľné. Je dokázané, že kvalita je nižšia ako tradičné verzie protogrametrie, najmä v malých detailoch, napríklad na malých modeloch, ako sú žraločie zuby. Pre 3D skenery pre začiatočníkov je to však fantastický produkt základnej úrovne, najmä preto, že ho už môžete mať pre Xbox 360.

Pred vytvorením skenera

Existuje veľa fotoaparátov, ktoré môžete použiť. Samozrejme, aby ste vedeli, ako si sami vyrobiť 3D skener z telefónu, musíte si vypočítať, čo na to budete potrebovať. Ak plánujete používať PI Scan na ovládanie kamier, mali by ste použiť Canon PowerShot ELPH 160. Ak však použijete iné nastavenie, tu sú niektoré všeobecné odporúčania pre výber fotoaparát:

1. Koľko megapixelov potrebujete? Zmerajte položky, ktoré chcete skenovať. Zamerajte sa na najväčšiu priemernú veľkosť (nevyberajte najväčší odľahlých hodnôt). Napríklad väčšina učebníc má veľkosť 22,86 × 27,94 cm. Teraz vynásobte táto veľkosť PPI (pixely na centimeter), ktoré chcete zachytiť. 300 je bezpečné minimum, aj keď sa nepokazíte, ak zachytíte viac. Takže v našom príklade-9 × 300 = 2700. 11 × 300 = 3300. Potrebujeme obrázok s rozmermi najmenej 2700 × 3300 = 8 910 000 pixelov alebo približne 9 megapixelov.
2. Aký druh kontroly potrebujete? Ak práve skenujete jednu knihu alebo skenujete položku len kvôli jej informačnému obsahu (na rozdiel od snahy zachytiť skutočný vzhľad), nepotrebujete veľmi dobré zábery. Ak sa nastavenie osvetlenia alebo fotoaparátu zmení z záberu na záber, stále získate vysoko kvalitný výsledok.
3. Rýchlosť uzávierky - vyváženie bielej ISO clona.
4. Zapnutie/vypnutie blesku. Akékoľvek vlastné spracovanie obrazu (ostrenie, vylepšenie farieb,. atď..).
5. Zaostrenie (ideálne možnosť uzamknutia zaostrenia).
6. Kompenzácia vplyvu.
7. Zväčšenie Obrazu-Most Zrkadlovky umožniť všetky tieto druhy ovládania; pre Kompaktné fotoaparáty iba fotoaparáty Canon Powershot, ktoré podporujú CHDK. Umožňujú vám ovládať všetky tieto parametre.

Veľa závisí od rozpočtu. Skenery sa predávajú za rovnakú cenu ako fotoaparáty. Ak chcete robiť všetko sami, rozpočet je obmedzený. Venujte pozornosť dostupnému segmentu trhu s optikou a náhradnými dielmi.

• Prvým problémom, s ktorým sa stretnete pri vytváraní trojrozmerného laserového skenera, je nájdenie rotujúcej platformy. Zároveň je potrebné ho spravovať iba pomocou Matlabu. Namiesto toho, aby ste míňali veľa peňazí alebo času, môžete si kúpiť krokový motor 28byj-48-5V s doskou modulu na testovanie pohonu ULN2003.
• Ďalej prilepte plošinu na hriadeľ krokového motora a vložte ju do drážky vo vnútri držiaka. Platforma by mala byť na rovnakej úrovni s "mramor", , ale majte na pamäti, že čím je to lacnejšie, tým sú priemery nekompatibilnejšie, čo môže spôsobiť, že veci nebudú ani.
• Ak máte metódu na získanie presnej rotácie, ktorú je možné ovládať v Mat Lab, nastavte kameru v akejkoľvek vzdialenosti a výške, ako aj laserovú čiaru vľavo alebo vpravo od kamery a od gramofónu. Uhol lasera by mal byť optimálny na pokrytie väčšiny gramofónu, ale nič by nemalo byť presné, rozdiel v mierke modelu zvládneme v kóde.
• Najčítanejšie články dôležitá časť pre správnu funkciu je kalibrácia fotoaparátu. Pomocou sady nástrojov pre počítačové videnie MatLab môžete získať presnú ohniskovú vzdialenosť a optický stred fotoaparátu s presnosťou 0,14 pixelu.

Majte na pamäti, že zmena rozlíšenia fotoaparátu zmení hodnoty kalibračného procesu. Hlavné hodnoty, ktoré hľadáme, sú ohnisková vzdialenosť meraná v pixelových jednotkách a súradnice pixelov optického stredu obrazovej roviny.

Väčšina lacných kompaktných fotoaparátov nemá softvérové rozhranie. Môžu byť ovládané iba ručným alebo mechanickým spustením. Tím dobrovoľníkov však vyvinul softvér, ktorý vám umožňuje diaľkovo ovládať a konfigurovať Kompaktné fotoaparáty Canon. Tento softvér sa nazýva CHDK.

• CHDK sa načíta na SD kartu, ktorá sa potom vloží do fotoaparátu.
• Po spustení fotoaparátu sa CHDK spustí automaticky.
• Pretože CHDK nikdy nevykonáva trvalé zmeny vo fotoaparáte, môžete vždy jednoducho vybrať špeciálnu kartu CHDK SD pre normálnu prevádzku fotoaparátu.

CHDK je dôležitým predpokladom pre softvérové radiče uvedené nižšie. Ovládače pracujú na PC alebo Raspberry Pi a interagujú so softvérom CHDK bežiacim na fotoaparátoch cez USB. Pri použití iných typov lacných kamier je jedinou možnosťou ovládania nejaký druh mechanického alebo manuálneho spustenia prostredníctvom inštalatérov, ako je uvedené vyššie.