Skaner 3d z własnymi rękami: szczegóły i technologia. Domowy skaner 3d

Jeśli chcesz samodzielnie wykonać skaner 3D, pierwszą rzeczą, którą należy zrobić, jest znalezienie kamery internetowej. Jeśli masz, koszt całego projektu będzie kosztował 40-50 dolarów. Skanowanie 3D na komputerach stacjonarnych poczyniło w ostatnich latach duże postępy, ale nadal ma duże ograniczenia. Sprzętowa strona techniki opiera się na określonej ilości i rozdzielczości skanowania. Dobre wyniki można uzyskać tylko wtedy, gdy obiekt spełnia wymagania i rozdzielczość.

Zasada strzelania objętościowego

Fotogrametria wykorzystuje zestaw zwykłych dwuwymiarowych zdjęć wykonanych ze wszystkich stron wokół obiektu. Jeśli punkt na obiekcie może być widoczny na co najmniej trzech zdjęciach, jego położenie może być triangulowane i mierzone w trzech wymiarach. Poprzez określenie i obliczenie położenia tysięcy, a nawet milionów punktów, oprogramowanie może stworzyć niezwykle dokładną reprodukcję.

W przeciwieństwie do skanera sprzętowego, proces ten nie ma ograniczeń rozmiaru ani rozdzielczości. Jeśli potrafisz zrobić zdjęcie obiektu, możesz go zeskanować:

• Czynnikiem ograniczającym w fotogrametrii jest jakość zdjęć, a więc umiejętności fotografa.
• Zdjęcia muszą być dobrze widoczne i ostre.
• Należy je również umieścić wokół obiektu, tak aby każda jego część została objęta.

Bez skanera 3D można wykonać jedynie trójwymiarowy obraz dużych obiektów. Nie można skanować małych obiektów. Aby dowiedzieć się więcej jest zrozumienie, Rozłóżmy na czynniki pierwsze pojęcie fotogrametrii.

Czym jest fotogrametria i jak wpływa na odwzorowanie obiektów?

Fotogrametria to nauka o uzyskiwaniu pomiarów z fotografii, zwłaszcza w celu odtworzenia dokładnego położenia punktów powierzchniowych. Może być również wykorzystana do rekonstrukcji trajektorii zaznaczonych punktów odniesienia na dowolnym poruszającym się obiekcie, jego elementach oraz w bliskim otoczeniu.

W skrócie, pozwala on na stworzenie trójwymiarowej siatki z wielu zdjęć poprzez porównywanie podobieństw między obrazami i triangulację w trzech wymiarach.

Fotogrametria istnieje już od jakiegoś czasu, ale dopiero gdy Autodesk zaangażował się w swój program beta Memento, wszystko zaczęło się układać. Memento zostało przemianowane na ReMake, gdy wyszło z fazy beta. Brzmi jak magia, prawda?? Cóż, to nie magia, to rzeczywistość. Teraz każdy może wykonać skanowanie 3D bez wydawania setek złotych na skaner. Nawet dostępne skanery 3D typu open source wymagają sporej wiedzy, aby działały poprawnie. Dzięki fotogrametrii każdy może dostać to, czego chce.

Gramofon - drugi krok w tworzeniu skanera

Wszystko, czego potrzebujesz, aby stworzyć własny skaner 3D, to smartfon, dołączone słuchawki i odtwarzacz. Oto jak to działa: kręcisz korbą, a na każdy pełny obrót gramofonu, aparat telefonu jest wyzwalany 50 razy przez głośność twoich słuchawek.

Po prostu! Przenieś swoje zdjęcia na komputer, a następnie użyj Autodesk ReMake do pracy nad cudami. Niesamowite jest to, że nie tylko generuje dobre siatki, ale również dostarcza narzędzi do dostosowania siatki, naprawy otworów, wyrównania, przygotowania do druku 3D lub służy jako zasób 3D do gier lub wizualizacji!

Cóż, biorąc pod uwagę, że Apple usunęło gniazdo słuchawkowe dla iPhone`a 7 i wyżej, wykorzystana zostanie zaktualizowana wersja kreacji skanera. Jest on oparty na zasadzie wyzwalania kamery Bluetooth. Zastępuje to konieczność stosowania gniazda słuchawkowego.

• Wysokiej jakości skanowanie fotogrametryczne wymaga wysokiej jakości zdjęć obiektu ze wszystkich stron.
• Najprostszym podejściem do skanowania małych rzeczy jest obracanie obiektu podczas robienia zdjęcia.
• Wykorzystuje on silnik krokowy napędzany przez płytkę Arduino.
• Krokowiec obraca obiekt o ustaloną wartość, a następnie dioda LED na podczerwień zapala się w cholernie skomplikowanej serii błysków, które naśladują bezprzewodowego pilota do kamery.

Ekran LCD z zestawem przycisków pozwala użytkownikowi na sterowanie Arduino. Za pomocą przycisków użytkownik może wybrać liczbę zdjęć, które mają być wykonane na jeden obrót. Domowej roboty wysokiej jakości skaner 3D może pracować w trybie automatycznym, w którym wykonuje zdjęcie, posuwa silnik krokowy i powtarza tę czynność aż do wykonania pełnego obrotu.

Jest też tryb manualny, w którym to momencie Każde naciśnięcie przycisku wykonuje zdjęcie, przesuwa silnik krokowy i czeka. Jest to przydatne przy skanowaniu części. Skaner 3D skupia się na ramie obramowującej obraz.

Oprogramowanie opcjonalne

Kiedy oprogramowanie fotogrametryczne wykryje cechę na zdjęciu, próbuje znaleźć tę cechę na innych zdjęciach i zapisuje jej położenie na wszystkich zdjęciach, które się pojawiają.

1. Jeśli obiekt jest częścią obracającego się obiektu, otrzymujemy dobre dane.
2. Jeśli wykryty element znajduje się w tle i nie porusza się, podczas gdy reszta obiektu jest skanowana, może to spowodować zakłócenie kontinuum czasoprzestrzennego, przynajmniej jeśli chodzi o twoje oprogramowanie.

Istnieją dwa rozwiązania:

• Jednym z nich jest poruszanie aparatem wokół obiektu, tak aby tło pozostawało w synchronizacji z ruchem. Jest to dobre rozwiązanie dla dużych obiektów, ale znacznie trudniej jest zautomatyzować proces.
• Prostszym rozwiązaniem jest pozostawienie tła bez cech. Jest to łatwiejsze w przypadku mniejszych obiektów. Dodaj do tego odpowiednie oświetlenie, a będziesz na dobrej drodze do uzyskania tła bez twarzy.

Kolejną wskazówką jest prześwietlenie zdjęć o jeden lub dwa stopnie. Pozwala to na uchwycenie większej ilości szczegółów w cieniach obiektu, przy jednoczesnym odseparowaniu tła, dzięki czemu wszelkie obiekty pozostające w tle znikają w lśniącej bieli.

• "Arduino". Posiada styki, które nie są zasłonięte przez ekran LCD, co ułatwia podłączenie.
• SainSmart 1602 LCD Shield, który posiada wyświetlacz i kilka przycisków do sterowania skanerem.
• Sterownik silnika krokowego (Easy Driver).

Silnik krokowy NEMA 17 będzie obracał skanowany obiekt. Dzięki dużemu silnikowi krokowemu (z odpowiednim sterownikiem i zasilaczem) ten domowy, wysokiej jakości skaner 3D mógł przybliżać. 950 nm dioda LED IR wyzwala kamerę. Zasada ta jest podstawą niektórych popularne modele ręczne skanery 3D. Proces budowy można odtworzyć własnymi rękami. Oferujemy kilka opcji do wyboru.

Spinscan Tony`ego Boozera: podstawa wszystkich skanerów

W 2011 roku geniusz druku 3D, Tony Boozer, uruchomił firmę Spinscan. Jest to domowej roboty skaner 3D oparty na laserze i aparacie cyfrowym. MakerBot wykorzystał później pomysły ze Spinscan do stworzenia zamkniętego skanera Digitizer.

FabScan

FabScan rozpoczął się jako projekt dyplomowy i od tego czasu został przyjęty przez małą społeczność, która kontynuuje pracę nad zwiększeniem jego możliwości. FabScan działa jak wiele innych skanerów laserowych, ale jest wspomagany przez wbudowaną obudowę, która pomaga wyrównać poziomy światła, zapobiegając zniekształceniom podczas skanowania.

VirtuCube

Alternatywną metodą dla skanerów laserowych jest skaner światła strukturalnego. Używając pico projektora zamiast lasera, VirtuCube może być łatwo stworzony z wielu wydrukowanych części i podstawowej elektroniki. Cały system może być umieszczony w kartonie, aby inne źródła światła nie powodowały błędów w druku.

Dwa ekscytujące nowe skanery laserowe o otwartym kodzie źródłowym zostały już wydane: BQ Cyclop i Murobo Atlas.

System skanowania laserowego BQ

Hiszpańska firma z branży elektroniki użytkowej BQ zapowiedziała na targach CES skaner 3D Cyclop. Cyklop używa dwóch laserowych niwelatorów, standardowej kamery internetowej USB i niestandardowego kontrolera Arduino od BQ. BQ napisało własną aplikację do skanowania o nazwie Horus. Podczas gdy raporty mówią, że Cyclop nie jest jeszcze dostępny, BQ twierdzi, że będzie jeszcze w tym roku.

"Atlas" - Projekt opracowany, wymagający modyfikacji

Skaner 3D z opisem zasady działania From Murobo szuka obecnie funduszy na Kickstarterze. Podobnie jak Spinscan, Digitizer i Cyclop, Atlas wykorzystuje moduły linii laserowych i kamerę internetową do skanowania obiektu na platformie obrotowej. Atlas zastępuje Arduino Raspberry Pi, aby połączyć sterowanie i przechwytywanie w jednym urządzeniu. Podobnie jak Cyclop, twórca Atlasu obiecuje, że będzie to projekt open source. Zestawy o wartości 129 dolarów zostały wyprzedane, ale niektóre pozostają w cenie 149 i 209 dolarów.

W 2019 roku firma zamierza wydać zbudowany na smartfonie skaner 3D, który będzie nie tylko wyświetlał widoczność tła, ale także konstruował ostrość podczas przechwytywania obrazu. W Ameryce nowości DIY są uderzające. Jeśli nie wiesz jak zrobić skaner 3D, skorzystaj z niepełnej wersji "Atlas". Funkcjonalność jest dość oczywista, a deweloperzy muszą tylko przeflashować urządzenie i uzyskać funkcje, które chcą zobaczyć, działając w rezultacie.

CowTech Ciclop: nowe urządzenie wielofunkcyjne

Cena sięga 160$ (w zależności od tego czy drukujesz części 3D czy nie). Z siedzibą w USA. Rozdzielczość gotowego obrazu do 0,5 mm. Maksymalna objętość skanowania: 200 × 200 × 205 mm. BQ stało za zestawem skanera DIY 3D do drukarki 3D. Model można zmodyfikować, aby własnoręcznie stworzyć czterowymiarowe obrazy.

Firma CowTech Engineering zastosowała fundamenty prowadzone przez BQ, nadając unikalną wartość zmodernizowanemu modelowi. Cechy:

• przegląd środowisko,
• przechwytywanie tła,
• Odwrócony styl wyświetlania soczewek.

Wierny ruchowi open source, Cowtech rozpoczął kampanię na Kickstarterze, aby zebrać pieniądze na uruchomienie produkcyjnej wersji oryginału - Ciclop CowTech. Zespół postawił sobie ambitny cel zebrania 10 000 dolarów, ale był zaskoczony i zachwycony, gdy społeczność była w stanie zebrać 183 000 dolarów. CowTech Ciclop DIY 3D scanner kit from camera and phone appeared first on.

Jaka jest więc różnica między wersją CowTech a wersją BQ DIY?

CowTech Ciclop nadal używa oprogramowania Horus 3D, ponieważ jest to fantastyczny sklep do skanowania obiektów w 3D. Różnice polegają jednak na nieco innym projekcie, którego opracowanie zajęło zespołowi kilka dni, dzięki czemu części mogą być drukowane 3D na każdej drukarce 3D typu FDM.

Te same wykroje można również wykorzystać do własnoręcznego zaprojektowania urządzeń. Ich skanery i drukarki 3D mają jedynie niewielki build volume, więc CowTech opracował części, które mogą być drukowane na każdej drukarce o build volume 115 × 110 × 65 mm, którą posiadają prawie wszystkie drukarki 3D.

Ciclop z CowTech:

• Istnieją regulowane ramiona laserowe.
• CowTech DIY używa akrylu ciętego laserowo.

BQ Ciclop:

• Modele wykorzystują pręty gwintowane.
• Brak możliwości laserowego cięcia akrylu.

Nie ma w tym nic złego, a skanery nadal wyglądają dość podobnie, ale CowTech zamierzał jedynie poprawić istniejący projekt, a nie go reformować. CowTech sprzedaje na swojej stronie gotowego do skanowania Ciclopa za 159 dolarów. W sumie świetny tani skaner 3D DIY, bardzo skuteczny do laserowego skanowania triangulacyjnego 3D.

Maszyny obrotowe i stoły do produkcji skanerów

1. Telefon komórkowy wyposażony w technologię skanera 3D DIY: fotogrametria - cecha technologiczna.
2. Cena: bezpłatne drukowanie we własnym zakresie (choć materiały będą kosztować około 30 dolarów).
3. Ten skaner 3D własnymi rękami będzie dość łatwy do stworzenia. Dave Clarke, brytyjski producent, zadbał o to, by modele można było sortować jeszcze przed rozpoczęciem sprzedaży. Części zostaną przeznaczone na stworzenie innych skanerów.

Jest tak dlatego, że opiera się na fotogrametrii, a nie triangulacji laserowej i jest kompatybilny z Twoim smartfonem! Możesz pobrać plik do druku 3D, aby zsynchronizować swoje urządzenia.

Możesz zrobić swój własny skaner 3D z materiałów, które masz pod ręką. wystarczy zaufać producentom skanerów 3D typu "zrób to sam". Proste urządzenie błyskawicznie zamienia iPhone`a lub Androida w skaner 3D po podłączeniu go do tego odtwarzacza. Następnie, używając słuchawek i aparatu w telefonie, wykonaj ponad 50 zdjęć skanowanego obiektu podczas obracania gramofonu.

Po zrobieniu tych zdjęć, można je przesłać do programu takiego jak Autodesk ReCap, aby przekształcić zdjęcia w pełny plik 3D.

Podsumowując, jest to fantastyczny kreatywny projekt i świetny skaner 3D dla osób z ograniczonym budżetem.

Skaner 3D Microsoft Kinect

Kosztuje jeszcze mniej, bo zaledwie 99 dolarów (ale nie jest już w sprzedaży, choć Kinect V2 wciąż jest dostępny z poziomu Xbox One). Hasło firmy: "Zrób swój własny skaner 3D z "Kinecta" I zaskocz swoich przyjaciół.

Chociaż Microsoft odpowiedział na zapotrzebowanie tworząc własną aplikację 3D Scan dla skanera Kinect, istnieje szereg opcji firm trzecich, które mogą być preferowane. Należą do nich:

• Skanect, wykonany przez firmę Occupital, która sprzedaje również czujnik struktury.
• ReconstructMe. Dostarcza zestaw narzędzi umożliwiających skanowanie 3D za mniej niż 100 dolarów.

Wyniki nie są fantastyczne, ale w tym punkcie cenowym są całkiem do przyjęcia. Wykazano, że jest gorsza od tradycyjnych wariantów protogrametrii pod względem jakości, zwłaszcza w drobnych szczegółach, np. na małych modelach, takich jak zęby rekina. Niemniej jednak, dla początkującego skanera 3D jest to fantastyczny produkt na poziomie podstawowym, zwłaszcza, że możesz już mieć jeden dla Xbox 360.

Zanim zbudujesz skaner

Jest wiele kamer, których można używać. Oczywiście, aby wiedzieć, jak samemu zrobić skaner 3D z telefonu, należy obliczyć, co jest nam do tego potrzebne. Jeśli planujesz używać Pi Scan do sterowania aparatem, powinieneś użyć Canon PowerShot ELPH 160. Jeśli jednak używasz innych ustawień, oto kilka ogólnych zalecenia dotyczące wyboru komory:

1. Ile megapikseli potrzebujesz? Zmierz przedmioty, które zamierzasz skanować. Należy dążyć do uzyskania największej średniej wielkości (nie należy wybierać największy ). Na przykład większość podręczników ma wymiary 22,86 × 27,94 cm. Teraz pomnóż ten rozmiar przez PPI (piksele na centymetr), które zamierzasz uchwycić. 300 to bezpieczne minimum, choć nie można się pomylić, jeśli uchwycisz więcej. Tak więc w naszym przykładzie - 9 x 300 = 2700. 11 × 300 = 3300. Potrzebujemy obrazu o rozdzielczości co najmniej 2700 × 3300 = 8 910 000 pikseli, czyli około 9 megapikseli.
2. Jakiego rodzaju kontroli potrzebujesz?? Jeśli skanujesz tylko jedną książkę lub skanujesz obiekt tylko pod kątem jego zawartości informacyjnej (w przeciwieństwie do próby uchwycenia jego rzeczywistego wyglądu), nie potrzebujesz bardzo dobrych zdjęć. Jeśli oświetlenie lub ustawienia aparatu zmieniają się w zależności od ujęcia, nadal otrzymujesz wysokiej jakości rezultaty.
3. Czas otwarcia migawki - balans bieli przysłona ISO.
4. Włączenie/wyłączenie lampy błyskowej. Wszelkie niestandardowe przetwarzanie obrazu (wyostrzanie, poprawianie kolorów itp.) nadal będzie dawało najlepszy efekt. д.).
5. Ostrość (najlepiej możliwość zablokowania ostrości).
6. Kompensacja ekspozycji.
7. Powiększenie obrazu - większość lustrzanki Wszystkie te rodzaje kontroli są dozwolone; w przypadku aparatów kompaktowych tylko aparaty Canon Powershot obsługujące CHDK. Pozwalają ci kontrolować wszystko te ustawienia.

Wiele zależy od Twojego budżetu. Skanery sprzedawane są w tej samej cenie co aparaty fotograficzne. Jeśli chcesz zrobić to sam, masz ograniczony budżet. Spójrz na dostępny segment rynku optyki i części zamiennych.

• Pierwszym wyzwaniem, przed którym staje się podczas tworzenia skanera laserowego 3D jest znalezienie platformy obrotowej. Trzeba go tylko kontrolować za pomocą MatLabu. Zamiast wydawać dużo pieniędzy lub czasu, można kupić silnik krokowy 28BYJ-48-5V z płytką testową napędu ULN2003.
• Następnie przyklejamy platformę do wału silnika krokowego i umieszczamy ją w szczelinie wewnątrz uchwytu. Platforma powinna być równa z "marmur", Ale pamiętaj, że im tańsze, tym bardziej niespójne średnice, co może sprawić, że nie wszystko będzie proste.
• Jeśli masz metodę wytwarzania dokładnych obrotów, którą można kontrolować w Mat Lab, ustaw kamerę w dowolnej odległości i wysokości, a linię laserową po lewej lub prawej stronie kamery i stołu obrotowego. Kąt lasera powinien być optymalny, aby objąć większość gramofonu, ale nic nie powinno być dokładne, poradzimy sobie z różnicą w skali modelu w kodzie.
• Najbardziej ważna część do prawidłowego działania jest kalibracja aparatu. Korzystając z zestawu narzędzi do wizji komputerowej MatLab, można uzyskać dokładną ogniskową i centrum optyczne kamery z dokładnością do 0,14 piksela.

Należy pamiętać, że zmiana rozdzielczości kamery spowoduje zmianę wartości w procesie kalibracji. Główne wartości, których szukamy, to ogniskowa, mierzona w jednostkach pikseli, oraz współrzędne pikseli centrum optycznego płaszczyzny obrazu.

Większość tanich aparatów kompaktowych nie posiada interfejsu programowego. Może być obsługiwany tylko ręcznie lub mechanicznie. Jednak zespół wolontariuszy opracował oprogramowanie, które pozwala na zdalne sterowanie i konfigurację aparatów kompaktowych Canon. To oprogramowanie nazywa się CHDK.

• CHDK jest ładowany na kartę SD, która jest następnie wkładana do aparatu.
• Po uruchomieniu kamery, CHDK uruchomi się automatycznie.
• Ponieważ CHDK nigdy nie zmienia trwale kamery, zawsze można po prostu usunąć specjalną kartę SD CHDK, aby kamera działała poprawnie.

CHDK jest ważnym warunkiem wstępnym dla wymienionych poniżej kontrolerów oprogramowania. Kontrolery działają na komputerze PC lub Raspberry Pi i komunikują się z oprogramowaniem CHDK działającym na kamerach przez USB. W przypadku innych typów tanich kamer jedyną możliwością sterowania jest jakieś mechaniczne lub ręczne uruchamianie za pomocą programów instalatorskich, jak pokazano powyżej.