DIY 3D skener na temelju strukturiranog svjetla i stereo vida na jeziku Python: 6 koraka (sa slikama)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2025-01-23 14:47

Ovaj 3D skener izrađen je od jeftinih konvencionalnih artikala poput video projektora i web kamera. 3D skener sa strukturiranom svjetlošću uređaj je za 3D skeniranje za mjerenje trodimenzionalnog oblika objekta pomoću projiciranih svjetlosnih uzoraka i sustava kamera. Softver je razvijen na temelju strukturiranog svjetla i stereo vida s jezikom python.

Projiciranje uskog svjetlosnog pojasa na trodimenzionalnu oblikovanu površinu stvara liniju osvjetljenja koja izgleda iskrivljeno iz drugih perspektiva osim perspektive projektora i može se koristiti za točnu geometrijsku rekonstrukciju oblika površine. Horizontalne i okomite svjetlosne trake projiciraju se na površinu objekta, a zatim ih snimaju dvije web kamere.

Korak 1: Uvod

Automatski uređaji za 3D snimanje (često nazvani 3D skeneri) omogućuju izradu visoko točnih modela stvarnih 3D objekata na ekonomičan i vremenski učinkovit način. Ovu smo tehnologiju eksperimentirali skeniranjem igračke kako bismo dokazali performanse. Specifične potrebe su: srednje visoka točnost, jednostavna uporaba, pristupačna cijena uređaja za skeniranje, samoregistrirano stjecanje podataka o obliku i boji i na kraju operativna sigurnost i za operatera i za skenirane objekte. U skladu s tim zahtjevima, dizajnirali smo jeftin 3D skener temeljen na strukturiranom svjetlu koji prihvaća svestrani pristup uzorku pruga u boji. Predstavljamo arhitekturu skenera, usvojene softverske tehnologije i prve rezultate njegove uporabe u projektu koji se odnosi na 3D nabavku igračke.

U dizajnu našeg jeftinog skenera odlučili smo implementirati jedinicu odašiljača pomoću video projektora. Razlog je bila fleksibilnost ovog uređaja (koji omogućuje eksperimentiranje s bilo kojom vrstom svjetlosnog uzorka) i njegova široka dostupnost. Senzor može biti prilagođeni uređaj, standardni digitalni fotoaparat ili web kamera. mora podržavati visokokvalitetno snimanje boja (tj. stjecanje visokog dinamičkog raspona) i po mogućnosti s visokom razlučivošću.

Korak 2: Softver

Jezik Python korišten je za programiranje iz tri razloga, jedan je jednostavan za učenje i implementaciju, dva možemo koristiti OPENCV za rutine povezane sa slikom, a tri je prenosiva među različitim operativnim sustavima pa ovaj program možete koristiti u sustavima Windows, MAC i Linux. Također možete konfigurirati softver za upotrebu s bilo kojom vrstom kamere (web kamere, SLR ili industrijske kamere) ili projektorom s izvornom rezolucijom 1024X768. Bolje je koristiti kamere rezolucije više od dva puta. Osobno sam testirao performanse u tri različite konfiguracije, prva je bila s dva paralelna Microsoftova kina s web kamerom i malim prijenosnim projektorom, druga je bila s dvije web kamere za kameru lifecam kino koje su se rotirale 15 stupnjeva jedna prema drugoj i projektorom Infocus, posljednja konfiguracija bila je s logitech web kamerama i Infocus projektor. Da bismo snimili oblak točaka površine objekta, trebali bismo proći kroz pet koraka:

1. Projiciranje sivih uzoraka i snimanje slika s dvije kamere "SL3DS1.projcapt.py"

2. Obrada 42 slike svake kamere i kodovi točaka snimanja "SL3DS2.procimages.py"

2. Podešavanje praga za odabir maskiranja za područja koja se obrađuju "SL3DS3.adjustthresh.py"

4. Pronađite i spremite slične točke u svakoj kameri "SL3DS4.calcpxpy.py"

5 Izračunajte X, Y i Z koordinate oblaka točaka "SL3DS5.calcxyz.py"

Izlaz je PLY datoteka s podacima o koordinatama i boji točaka na površini objekta. Možete otvoriti datoteke PLY pomoću CAD softvera poput Autodeskovih proizvoda ili softvera otvorenog koda poput Meshlaba.

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

Python 2.7, OPENCV modul i NUMPY trebaju biti instalirani za pokretanje ovih Python programa. Također sam razvio GUI za ovaj softver u TKINTER -u koji možete pronaći u šestom koraku s dva uzorka skupova podataka. Dodatne informacije o ovoj temi možete pronaći na sljedećim web stranicama:

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…

Korak 3: Postavljanje hardvera

Hardver se sastoji od:

1. Dvije web kamere (Logitech C920C)

2. Infocus LP330 projektor

3. Postolje za kameru i projektor (izrađeno od 3 mm akrilnih ploča i 6 mm HDF drva rezano laserskim rezačem)

Dvije kamere i projektor trebaju biti spojeni na računalo s dva video izlaza, poput prijenosnog računala, a zaslon projektora treba biti konfiguriran kao proširenje za glavnu radnu površinu prozora. Ovdje možete vidjeti slike kamera, projektora i stalka. Datoteka crteža spremna za rezanje priložena je u SVG formatu.

Projektor je Infocus LP330 (izvorna rezolucija 1024X768) sa sljedećim specifikacijama. Svjetlina: 650 lumena Izlazna svjetlost u boji: ** Kontrast (Potpuno uključeno/isključeno): 400: 1 Automatska blenda: nema izvorne rezolucije: 1024x768 Omjer slike: 4: 3 (XGA) Video načini rada: ** Režimi podataka: MAX 1024x768 Maksimalna snaga: 200 W Napon: 100V - 240V Veličina (cm) (VxŠxD): 6 x 22 x 25 Težina: 2,2 kg Trajanje žarulje (puna snaga): 1.000 sati Vrsta svjetiljke: UHPLLampa Snaga: 120 W Količina lampe: 1 Vrsta zaslona: 2 cm DLP (1) Standardni zum objektiv: 1,25: 1 Fokus: Ručna udaljenost bacanja (m): 1,5 - 30,5 Veličina slike (cm): 76 - 1971

Ovaj video projektor koristi se za projiciranje strukturiranih svjetlosnih uzoraka na objekt za skeniranje. Strukturirani uzorak sastoji se od okomitih i vodoravnih bijelih svjetlosnih traka koje se spremaju u podatkovnu datoteku, a web kamere snimaju te iskrivljene trake.

Po mogućnosti koristite one kamere koje se mogu softverski kontrolirati jer morate prilagoditi fokus, svjetlinu, razlučivost i kvalitetu slike. Moguće je koristiti DSLR fotoaparate sa SDK -ovima koje isporučuje svaka marka.

Sastavljanje i ispitivanja provedeni su u Copenhagen Fablabu uz njegovu podršku.

Korak 4: Eksperimentirajte sa skenerom

Za testiranje sustava korištena je igračka s ribom i možete vidjeti snimljenu sliku. Sva snimljena datoteka, kao i oblak izlaznih točaka, uključeni su u priloženu datoteku, možete otvoriti datoteku oblaka PLY pomoću Meshlaba:

meshlab.sourceforge.net/

Korak 5: Neki drugi rezultati skeniranja

Ovdje možete vidjeti neke snimke ljudskog lica i 3D skeniranje zida. Uvijek postoje neke izvanredne točke zbog refleksije ili netočnih rezultata slike.

Korak 6: GUI 3D skenera

Za testiranje softvera za 3D skeniranje u ovom koraku dodajem dva skupa podataka, jedan je skeniranje ribe, a drugi samo ravnu stijenku kako bih provjerio njegovu točnost. Otvorite ZIP datoteke i pokrenite SL3DGUI.py. Za instalaciju provjerite korak 2. Pošaljite poruku u moj pretinac ovdje za sve izvorne kodove.

Za korištenje dijela za 3D skeniranje morate instalirati dvije kamere i projektor, ali za ostale dijelove samo kliknite gumb. Za testiranje uzorka podataka prvo kliknite proces, zatim prag, stereo podudaranje i na kraju oblak točaka. Instalirajte Meshlab da vidite oblak točaka.

meshlab.sourceforge.net/