DIY 3D-skanner: üksikasjad ja tehnoloogiad. Omatehtud 3D skanner

Elektroonika

Sisukord:

DIY 3D-skanner: üksikasjad ja tehnoloogiad. Omatehtud 3D skanner
DIY 3D-skanner: üksikasjad ja tehnoloogiad. Omatehtud 3D skanner
Anonim

Kui soovite ise 3D-skannerit teha, on esimene samm veebikaamera leidmine. Kui teil see on, läheb kogu projekti maksumus 40-50 dollarit. Töölaua 3D-skannimine on viimastel aastatel teinud suuri edusamme, kuid sellel on endiselt suuri piiranguid. Tehnika riistvara on üles ehitatud kindla skaneerimise mahu ja eraldusvõime alusel. Häid tulemusi saate ainult siis, kui teie objekt vastab pildistamisnõuetele ja eraldusvõimele.

Kuidas 3D-pildistamine toimib

Fotogrammeetria kasutab tavapäraste 2D-fotode komplekti, mis on tehtud igast objekti ümbritsevast suunast. Kui objektil olev punkt on näha vähem alt kolmel pildil, saab selle asukohta kolmnurkselt mõõta ja mõõta kolmes dimensioonis. Tuhandete või isegi miljonite punktide asukoha tuvastamise ja arvutamisega saab tarkvara luua äärmiselt täpse reproduktsiooni.

Erinev alt riistvaraskannerist pole sellel protsessil suuruse ega eraldusvõime piiranguid. Kui saate objektist pildistada, saate selle skannida:

  • Piirav tegurfotogrammeetria on fotode kvaliteet ja seega ka fotograafi oskus.
  • Fotod peavad olema selgelt nähtavad ja selgelt fookuses.
  • Need tuleks asetada ka objekti ümber nii, et iga osa oleks kaetud.

Ilma 3D-skannerita saate teha 3D-kujutisi ainult suurtest objektidest. Väikesi esemeid ei saa skannida. Selle üksikasjalikumaks mõistmiseks analüüsime fotogrammeetria mõistet.

Mis on fotogrammeetria ja kuidas see mõjutab objektide kuvamist?

Fotogrammeetria on teadus, mis käsitleb fotodelt mõõtmisi, eelkõige pinnapunktide täpse asukoha rekonstrueerimiseks. Seda saab kasutada ka mis tahes liikuva objekti, selle komponentide ja keskkonna vahetus läheduses olevate määratud kinnituspunktide liikumisteede rekonstrueerimiseks.

Lühid alt öeldes annab see teile võimaluse luua mitmest fotost 3D-ruudustik, võrreldes piltide sarnasusi ja kolmnurga neid 3D-ruumis.

DIY laserskanner

Fotogrammeetria on olnud kasutusel mõnda aega, kuid asjad hakkasid toimima alles siis, kui Autodesk oma Memento beetaprogrammi hüppas. Memento nimetati ümber ReMake'iks, kui see beetafaasist lahkus. Kõlab nagu maagia, eks? Noh, see pole maagia, see on reaalsus. Nüüd saab igaüks teha 3D-skannimist, kulutamata skannerile sadu. Isegi taskukohased avatud lähtekoodiga 3D-skannerid nõuavad nende õigeks töötamiseks üsna palju teadmisi. FROMigaüks võib fotogrammeetriaga saada, mida tahab.

Plaadimängija – skanneri loomise teine ​​etapp

Enda 3D-skanneri loomiseks vajate vaid nutitelefoni, kaasasolevaid kõrvaklappe ja pleieri. See toimib järgmiselt: keerate vänta ja plaadimängija iga täispöörde korral käivitab kõrvaklappide helitugevus 50 korda telefoni kaamera.

Lihtne! Teisaldage fotod arvutisse ja kasutage imede tegemiseks Autodesk ReMake'i. See on hämmastav, kuid mitte ainult ei tööta hästi, vaid pakub ka tööriistu võrgu näpistamiseks, aukude parandamiseks, joondamiseks, 3D-printimiseks ettevalmistamiseks või mängude või renderduste 3D-ressursina süsteemikujuliseks kasutamiseks!

Arvestades, et Apple on iPhone 7 ja uuemate versioonide jaoks eemaldanud kõrvaklappide pesa, kasutatakse skanneri loomise värskendatud versiooni. See põhineb Bluetooth-kaamera päästikul töötamise põhimõttel. See asendab vajaduse kõrvaklappide pesa järele.

  • Kvaliteetne fotogrammeetriline skaneerimine nõuab objektist kvaliteetseid fotosid kõigi nurkade alt.
  • Lihtsaim viis väikeste asjade skannimiseks on objekti pildistamise ajal pöörata.
  • Selleks kasutab skanner samm-mootorit, mida juhib Arduino plaat.
  • Stepper pöörab objekti kindla võrra ja seejärel kustub infrapuna LED-tuli pööraselt keeruka välkude seeriana, mis jäljendavad kaamera juhtmevaba kaugjuhtimispulti.

Nupukomplektiga LCD-ekraanvõimaldab kasutajal Arduinot juhtida. Nuppude abil saab kasutaja valida ühe pöörde kohta tehtavate võtete arvu. Kvaliteetne DIY 3D-skanner võib töötada automaatrežiimis, kus see teeb pilti, liigutab samm-mootorit ja kordab seda seni, kuni see teeb täieliku pöörde.

Samuti on käsitsi režiim, kus iga nupuvajutus teeb pildi, liigutab valikuketast ja ootab. See on kasulik üksikasjade skannimiseks. 3D-skanner keskendub pilti raamivale raamile.

Lisatarkvara

Tee-seda-ise käsitsi 3D-skanner

Kui fotogrammeetria tarkvara tuvastab fotol funktsiooni, proovib see seda funktsiooni teistelt piltidelt leida ja salvestab asukoha kõikidele ilmuvatele piltidele.

  1. Kui objekt on osa pöörlevast objektist, saame häid andmeid.
  2. Kui tuvastatud funktsioon on taustal ega liigu ülejäänud objekti skannimise ajal, võib see aegruumi kontiinumi katkestada, vähem alt mis puudutab teie tarkvara.

Lahendusi on kaks:

  • Üks neist liigutab kaamerat objekti ümber, et taust oleks liikumisega sünkroonis. See on hea suurte objektide jaoks, kuid protsessi on palju raskem automatiseerida.
  • Lihtsam lahendus on jätta taust puutumata. Väikeste esemete puhul on seda lihtsam teha. Lisage sellele õigusvalgustus ja olete teel ilmetu tausta poole.

Teine näpunäide on piltide ülesäritamine ühe või kahe vahepeatusega. See võimaldab teil jäädvustada rohkem detaile objekti varjus, eraldades samal ajal tausta, nii et kõik ülejäänud taustaobjektid kaovad hiilgav alt valgeks.

  • "Arduino". Sellel on tihvtid, mida LCD-ekraan ei kata, mistõttu on lihtne ühendada.
  • SainSmart 1602 LCD-ekraan, millel on ekraan ja mõned nupud skanneri juhtimiseks.
  • Sammmootori draiver (Easy Driver).

NEMA 17 samm-mootor pöörab skannitud objekti. Suure samm-mootoriga (sobiva draiveri ja toiteallikaga) võib see kvaliteetne DIY 3D-skanner skannimist suurendada. 950 nm IR LED käivitab kaamera. Mõned populaarsed käeshoitavate 3D-skannerite mudelid põhinevad sellel põhimõttel. Saate ehitusprotsessi oma kätega korrata. Pakume mitme valiku vahel.

Spinscan autor Tony Buzer: kõigi skannerite alus

DIY 3D-skanner 3D-printeri jaoks

2011. aastal andis 3D-printimise geenius Tony Buzer välja Spinscani. See on avatud lähtekoodiga omatehtud 3D-skanner, mis põhineb laseril ja digikaameral. Hiljem kasutas MakerBot Spinscani ideid suletud lähtekoodiga digiteerimisskanneri loomiseks.

FabScan

FabScan sai alguse lõpuprojektina ja sellest ajast peale on selle kasutusele võtnud väike kogukond, kes jätkab tööd oma funktsioonide täiustamise nimel.FabScan töötab nagu paljud teised laserskannerid, kuid sellele aitab kaasa sisseehitatud korpus, mis aitab ühtlustada valgustaset, vältides skaneerimisel moonutusi.

VirtuCube

Laserskannerite alternatiivne meetod on struktureeritud valgusskanner. Kasutades laseri asemel pikoprojektorit, saab VirtuCube'i hõlps alt luua mõne prinditud osa ja põhielektroonika abil. Kogu selle süsteemi saab paigutada pappkarpi, et teised valgusallikad ei põhjustaks prindivigu.

Kaks uut põnevat avatud lähtekoodiga laserskannerit on juba välja antud: BQ Cyclop ja Murobo Atlas.

BQ – laserskaneerimissüsteem

Hispaania tarbeelektroonikaettevõte BQ kuulutas CESil välja 3D-skanneri Cyclop. Cyclop kasutab kahte laserjoontaset, tavalist USB-veebikaamerat ja BQ kohandatud Arduino kontrollerit. BQ on kirjutanud oma skannimisrakenduse nimega Horus. Kuigi aruannete kohaselt pole Cyclop veel saadaval, on BQ sõnul see hiljem sel aastal.

"Atlas" on arendatud projekt, mis vajab täiustamist

Murobo 3D-skanner otsib praegu Kickstarterist raha. Nagu Spinscan, Digitizer ja Cyclop, kasutab Atlas pöörleval platvormil objekti skannimiseks laserjoonmooduleid ja veebikaamerat. Atlas asendab Arduino Raspberry Pi, et integreerida juhtimine ja jäädvustamine seadmesse. Nagu Cyclop, lubab Atlase looja, et see on projektavatud lähtekoodiga. 129-dollarilised komplektid on välja müüdud, kuid mõned jäävad 149- ja 209-dollariseks.

Omatehtud 3D skanner

2019. aastal kavatseb ettevõte tuua turule nutitelefonipõhise 3D-skanneri, mis mitte ainult ei näita tausta nähtavust, vaid loob pildi jäädvustamisel ka fookuse. Ameerikas on DIY uudised hämmastavad. Kui te ei tea, kuidas 3D-skannerit teha, kasutage Atlase lõpetamata versiooni. Funktsioonid on üsna selged ja arendajatel tuleb vaid seadet vilkuda ja tagada nende funktsioonide toimimine, mida nad selle tulemusel näha tahavad.

CowTech Ciclop: uus multifunktsionaalse masina mudel

Hind tõuseb 160 dollarini (olenev alt sellest, kas prindite 3D-osi või mitte). Ettevõte asub USA-s. Valmis piltide eraldusvõime ulatub 0,5 mm-ni. Maksimaalne skannimismaht: 200 × 200 × 205 mm. BQ oli 3D-printeri DIY 3D-skanneri komplekti aluseks. Saate mudeli versiooni oma kätega muuta, et luua kujutisi neljamõõtmelises ruumis.

CowTech Engineering kasutas BQ-põhiseid vahendeid, et anda värskendatud mudelile kordumatu väärtus. Uued võimalused:

  • keskkonnaülevaade,
  • tausta jäädvustamine,
  • tagurpidi stiilis objektiiviekraan.

Avatud lähtekoodiga liikumisele truuks jäädes käivitas Cowtech Kickstarteri kampaania, et koguda raha originaali Ciclop CowTechi tootmisversiooni käivitamiseks. Meeskond seadis kõrge eesmärgi koguda 10 000 dollarit, kuid teda tabas üllatus jaoli hea meel, kui kogukond suutis koguda 183 000 dollarit. CowTech Ciclopi DIY 3D-kaamera ja telefoni skanneri komplekt on sündinud.

Mis vahe on CowTechi versioonil ja BQ DIY versioonil?

CowTech Ciclop kasutab endiselt Horuse 3D tarkvara, kuna see on fantastiline pood 3D objektide skannimiseks. Erinevused seisnevad aga veidi erinevas disainis, mille väljatöötamisel kulus meeskond mitu päeva, et osasid saaks 3D printida mis tahes FDM 3D printeriga.

Samu toorikuid saab kasutada oma kätega seadmete arendamiseks. Ettevõtte 3D-skanneritel ja -printeritel on vaid väike ehitusmaht, seega on CowTech välja töötanud osad, mida saab printida mis tahes printeriga, mille ehitusmaht on 115×110×65 mm, mida leidub peaaegu kõigis 3D-printerites.

CowTechi Ciclop:

  • Siin on reguleeritavad laserhoidikud.
  • CowTech DIY kasutab laseriga lõigatud akrüüli.

BQ Ciclop:

  • Mudelid kasutavad keermestatud vardaid.
  • Laser lõigatud akrüüli ei ole.

Pole suur asi ja skannerid näevad endiselt üsna sarnased välja, kuid CowTech kavatses olemasolevat disaini ainult täiustada, mitte seda reformida. CowTech müüb oma veebisaidil skannimisvalmis Ciclopit 159 dollari eest. Kokkuvõttes on see suurepärane odav 3D-skanner, mis on väga tõhus lasertriangulatsiooniga 3D-skannimiseks.

Pöördmasinad ja lauad skannerite loomiseks

  1. Mobiiltelefonvarustatud DIY 3D-skanneri tehnoloogiaga: fotogrammeetria – tehnoloogiline funktsioon olemas.
  2. Hind: ise printige tasuta (kuigi materjalid maksavad umbes 30 dollarit).
  3. Seda isetegemise 3D-skannerit on üsna lihtne luua. Briti tootja Dave Clark hoolitses selle eest, et mudelid saaks lahti võtta juba enne müügi algust. Varuosi kasutatakse muude skannerite ehitamiseks.

Selle põhjuseks on asjaolu, et see põhineb fotogrammeetrial, mitte lasertriangulatsioonil, ja ühildub teie nutitelefoniga! Seadmete sünkroonimiseks saate alla laadida 3D-prinditava faili.

Oma kätega saab 3D-skanneri valmistada improviseeritud vahenditest. Peate lihts alt usaldama DIY 3D loojaid. Lihtne seade muudab teie iPhone'i või Androidi koheselt 3D-skanneriks, ühendades selle selle pleieriga. Seejärel teeb see kõrvaklappe ja telefonikaamerat kasutades objektist üle 50 foto, mida skannitakse plaadimängija pöörlemisel.

Kui olete need pildid teinud, saate need laadida programmi, näiteks Autodesk ReCap, et muuta fotod täielikuks 3D-failiks.

Üldiselt on see fantastiline loominguline projekt ja suurepärane DIY 3D-skanner väikese eelarvega inimestele.

Microsoft Kinecti 3D-skanner

See on veelgi madalam, vaid 99 dollarit (kuid enam ei müüda, kuigi Kinect V2 on Xbox One'is endiselt saadaval). Ettevõtte loosung on: "Tehke oma 3D-skanner Kinectist ja üllatage oma sõpru.

3D-skanner telefonist skannimiseksüksikasjad

Kuigi Microsoft on nõudlusele vastanud, luues Kinecti skanneri jaoks oma 3D-skannimise rakenduse, võib eelistada mitmeid kolmandate osapoolte valikuid. Nende hulka kuuluvad:

  • Skanect, tootja Occupital, kes müüb ka tekstuuriandurit.
  • ReconstructMe. See pakub tööriistakomplekti, mis võimaldab teil teostada 3D-skannimist vähem kui 100 dollari eest.

Tulemused pole fantastilised, kuid sellise hinna eest on see täiesti vastuvõetav. On näidatud, et see on kvaliteedilt halvem traditsioonilisele protogrammeetriale, eriti peente detailide osas, näiteks väikestel mudelitel, nagu hai hambad. Siiski on see algajatele 3D-skanneritele suurepärane algtaseme toode, eriti kuna teil võib see Xbox 360 jaoks juba olemas olla.

Enne skanneri loomist

Kasutada saab palju kaameraid. Selleks, et teada saada, kuidas oma telefonist 3D-skannerit oma kätega teha, peate loomulikult arvutama, mida selleks vaja on. Kui kavatsete oma kaamerate juhtimiseks kasutada Pi Scani, peaksite kasutama kaamerat Canon PowerShot ELPH 160. Kui aga kasutate mõnda muud seadistust, on siin mõned üldised kaamerasoovitused:

  1. Mitu megapikslit te vajate? Mõõtke üksused, mida kavatsete skannida. Eesmärk on suurim keskmine suurus (ärge vali suurimaid kõrvalekaldeid). Näiteks enamik õpikuid on 22,86 × 27,94 cm. Nüüd korrutage see suurus PPI-ga (piksleid sentimeetri kohta), mida kavatsete jäädvustada. 300-see on ohutu miinimum, kuigi te ei saa eksida, kui haarate rohkem. Niisiis, meie näites – 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. Vajame pilti, mille suurus on vähem alt 2700 × 3300=8 910 000 pikslit ehk umbes 9 megapikslit.
  2. Millist juhtimist vajate? Kui skannite ainult ühte raamatut või skannite üksust ainult selle informatiivse sisu pärast (erinev alt tegelikust välimusest jäädvustamisel), pole teil vaja väga häid kaadreid. Kui valgustus või kaamera sätted muutuvad kaadrite kaupa, saate siiski häid tulemusi.
  3. Säriaeg – valge tasakaalu ISO-ava.
  4. Välk sisse/välja. Mis tahes kohandatud pilditöötlus (teritamine, värvide täiustamine jne).
  5. Fookus (ideaaljuhul võimalus fookust lukustada).
  6. Särikompensatsioon.
  7. Suurendus – enamik DSLR-e võimaldab seda kõike juhtida; kompaktkaamerate puhul ainult Canon Powershot kaamerad, mis toetavad CHDK-d. Need võimaldavad teil kõiki neid parameetreid juhtida.
3d skanner kaamerast

Palju sõltub eelarvest. Skannerid müüakse kaameratega sama hinnaga. Kui tahad kõike ise teha, siis on eelarve piiratud. Pöörake tähelepanu optika- ja varuosade turu soodsale segmendile.

  • Esimene raskus 3D-laserskanneri ehitamisel on pöörleva platvormi leidmine. Samal ajal tuleb seda juhtida ainult MatLabi abil. Selle asemel, et kulutada palju raha või aega, võite osta28BYJ-48-5V samm-mootor koos ULN2003 ajami testmooduli plaadiga.
  • Järgmiseks liimige platvorm samm-mootori võlli külge ja asetage see hoidiku sees olevasse soonde. Platvorm peaks olema "marmoriga" samal tasapinnal, kuid pidage meeles, et mida odavam see on, seda ebaühtlasemad on läbimõõdud, mis võivad muuta asjad ebatasasteks.
  • Kui teil on meetod täpse pöörlemise saavutamiseks, mida saab Mat Labis juhtida, seadke kaamera mis tahes kaugusele ja kõrgusele, samuti kaamerast ja plaadimängijast vasakule või paremale jääv laserjoon. Laseri nurk peaks olema optimaalne, et katta suurem osa plaadimängijast, kuid miski ei pea olema täpne, me käsitleme mudeli skaala erinevust koodis.
  • Kõige olulisem osa õigeks tööks on kaamera kalibreerimine. MatLabi arvutinägemise tööriistakomplekti kasutades saate kaamera täpse fookuskauguse ja optilise keskpunkti 0,14 piksli täpsusega.

Pidage meeles, et kaamera eraldusvõime muutmine muudab kalibreerimisprotsessi väärtusi. Peamised väärtused, mida otsime, on fookuskaugus, mõõdetuna piksliühikutes, ja pilditasandi optilise keskpunkti pikslikoordinaadid.

Enamikul odavatel kompaktkaameratel pole tarkvaraliidest. Neid saab juhtida ainult käsitsi või mehaaniliselt. Kuid vabatahtlike meeskond on välja töötanud tarkvara, mis võimaldab teil Canoni kompaktkaameraid kaugjuhtida ja konfigureerida. Seda tarkvara nimetatakseCHDK.

  • CHDK laaditakse alla SD-kaardile, mis seejärel sisestatakse kaamerasse.
  • Kaamera käivitumisel käivitub CHDK automaatselt.
  • Kuna CHDK ei tee kunagi kaameras püsivaid muudatusi, saate kaamera tavapäraseks kasutamiseks alati spetsiaalse CHDK SD-kaardi eemaldada.
3D pilditöötlustarkvara

CHDK on allpool loetletud tarkvarakontrollerite oluline eeltingimus. Kontrollerid töötavad arvutis või Raspberry Pi-s ja suhtlevad USB kaudu kaameratel töötava CHDK tarkvaraga. Muud tüüpi odavate kaamerate kasutamisel on ainsaks juhtimisvõimaluseks mingi mehaaniline või käsitsi käivitamine installiprogrammide kaudu, nagu ülal näidatud.

Populaarne teema