DIY 3D սկաներ ՝ հիմնված կառուցվածքային լույսի և ստերեո տեսողության վրա ՝ Python լեզվով ՝ 6 քայլ (նկարներով)

2025 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2025-01-23 14:48

Այս 3D սկաները պատրաստվել է ցածր գնով սովորական իրերի օգտագործմամբ, ինչպիսիք են տեսապրոյեկտորը և վեբ -տեսախցիկները: Կառուցվածքային լույսի եռաչափ սկաները 3D սկանավորման սարք է ՝ օբյեկտի եռաչափ ձևը չափելու համար ՝ օգտագործելով լուսավորված նախագծեր և տեսախցիկի համակարգ: Softwareրագիրը մշակվել է կառուցված լույսի և ստերեո տեսողության հիման վրա ՝ պիթոնի լեզվով:

Եռաչափ ձևավորված մակերևույթի վրա լույսի նեղ շերտը առաջացնելը տալիս է լուսավորության մի գիծ, որն այլևս պրոյեկտորից տարբերվող տեսանկյունից խեղաթյուրված է և կարող է օգտագործվել մակերեսի ձևի ճշգրիտ երկրաչափական վերակառուցման համար: Հորիզոնական և ուղղահայաց լուսային ժապավենները նախագծվում են օբյեկտի մակերևույթի վրա, այնուհետև գրավվում են երկու վեբ -տեսախցիկների միջոցով:

Քայլ 1: Ներածություն

3D ձեռքբերման ավտոմատ սարքերը (հաճախ կոչվում են 3D սկաներներ) թույլ են տալիս կառուցել իրական 3D օբյեկտների բարձր ճշգրիտ մոդելներ ծախսերի և ժամանակի արդյունավետ եղանակով: Մենք փորձարկել ենք այս տեխնոլոգիան `խաղալիքը սկանավորելու համար` կատարումն ապացուցելու համար: Հատուկ կարիքներն են ՝ միջինից բարձր ճշգրտություն, օգտագործման հեշտություն, սկանավորման մատչելի գին, ձևի և գույնի տվյալների ինքնագրանցում, և վերջապես շահագործման անվտանգություն ինչպես օպերատորի, այնպես էլ սկանավորված օբյեկտների համար: Այս պահանջների համաձայն, մենք նախագծեցինք էժանագին 3D սկաներ `հիմնված կառուցվածքային լույսի վրա, որն ընդունում է բազմակողմանի գունավոր գծավոր նախշերի մոտեցում: Ներկայացնում ենք սկաների ճարտարապետությունը, ընդունված ծրագրային տեխնոլոգիաները և դրա օգտագործման առաջին արդյունքները ՝ խաղալիքի 3D ձեռքբերման նախագծում:

Մեր էժան սկաների նախագծման մեջ մենք ընտրեցինք թողարկող սարքի ներդրումը `օգտագործելով տեսապրոյեկտոր: Պատճառը այս սարքի ճկունությունն էր (որը թույլ է տալիս փորձարկել ցանկացած տեսակի լուսային նախշ) և դրա լայն առկայությունը: Սենսորը կարող է լինել ինչպես հատուկ սարք, այնպես էլ ստանդարտ թվային ֆոտոխցիկ կամ վեբ -տեսախցիկ: այն պետք է ապահովի բարձրորակ գույնի գրավում (այսինքն ՝ բարձր դինամիկ տիրույթի ձեռքբերում) և, հնարավոր է, բարձր լուծաչափով:

Քայլ 2: Softwareրագրակազմ

Python լեզուն ծրագրավորման համար օգտագործվել է երեք պատճառով, մեկը ՝ հեշտ սովորելը և իրագործելը, երկուսը ՝ OPENCV- ն պատկերների հետ կապված ռեժիմների համար, և երեքը ՝ շարժական տարբեր օպերացիոն համակարգերի միջև, այնպես որ կարող եք օգտագործել այս ծրագիրը windows- ում, MAC- ում և Linux- ում: Կարող եք նաև կարգավորել ծրագրակազմը ՝ ցանկացած տեսակի տեսախցիկի (վեբ -տեսախցիկների, SLR- ների կամ արդյունաբերական տեսախցիկների) կամ պրոյեկտորի հետ 1024X768 թույլատրությամբ: Ավելի լավ է օգտագործել տեսախցիկներ ավելի քան երկու անգամ թույլատրելիությամբ: Ես անձամբ փորձեցի կատարումը երեք տարբեր կոնֆիգուրացիաներով, առաջինը ՝ երկու զուգահեռ Microsoft վեբ -տեսախցիկով և փոքր շարժական պրոյեկտորով, երկրորդը ՝ երկու lifecam կինոթատրոնով, որոնք 15 աստիճան պտտվում էին միմյանց նկատմամբ և Infocus պրոյեկտոր, վերջին կազմաձևումը ՝ logitech վեբ -տեսախցիկներով: և Infocus պրոյեկտոր: Օբյեկտի մակերևույթի կետային ամպը գրավելու համար մենք պետք է անցնենք հինգ քայլերի.

1. Մոխրագույն նախշերի նախագծում և երկու տեսախցիկից պատկերների նկարահանում «SL3DS1.projcapt.py»

2. Յուրաքանչյուր տեսախցիկի 42 պատկերի մշակում և գրավման կետերի կոդեր «SL3DS2.procimages.py»

2. Մշակման ենթակա տարածքների դիմակավորման ընտրության շեմը «SL3DS3.adjustthresh.py»

4. «SL3DS4.calcpxpy.py» տեսախցիկի մեջ գտեք և պահեք նմանատիպ կետեր

5 Հաշվիր «SL3DS5.calcxyz.py» կետի ամպի X, Y և Z կոորդինատները

Ելքը PLY ֆայլ է ՝ օբյեկտի մակերևույթի կետերի կոորդինատային և գունային տեղեկատվությամբ: Կարող եք PLY ֆայլեր բացել CAD ծրագրով, ինչպիսիք են Autodesk- ի արտադրանքը կամ բաց կոդով ծրագրակազմը, ինչպիսին է Meshlab- ը:

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

Այս Python ծրագրերը գործարկելու համար պետք է տեղադրվեն Python 2.7, OPENCV մոդուլ և NUMPY: Ես նաև մշակել եմ GUI այս ծրագրաշարի համար TKINTER- ում, որը կարող եք գտնել վեցերորդ քայլում `երկու ընտրանքային տվյալների հավաքածուով: Այս թեմայի վերաբերյալ լրացուցիչ տեղեկություններ կարող եք գտնել հետևյալ կայքերում.

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…

Քայլ 3: Սարքավորման կարգավորում

Սարքավորումը բաղկացած է.

1. Երկու վեբ տեսախցիկ (Logitech C920C)

2. Infocus LP330 պրոյեկտոր

3. Տեսախցիկի և պրոյեկտորի տակդիր (պատրաստված է 3 մմ ակրիլային թիթեղներից և 6 մմ HDF փայտից ՝ կտրված լազերային դանակով)

Երկու տեսախցիկ և պրոյեկտոր պետք է միացված լինեն նոութբուքի նման երկու տեսաարտադրող համակարգչին, իսկ պրոյեկտորի էկրանը պետք է կազմաձևվի որպես հիմնական պատուհանների աշխատասեղանի ընդլայնում: Այստեղ կարող եք տեսնել տեսախցիկների, պրոյեկտորի և ստենդի պատկերներ: Կտրման համար պատրաստ նկարչական ֆայլը կցվում է SVG ձևաչափով:

Պրոյեկտորը հանդիսանում է Infocus LP330 (բնիկ բանաձև 1024X768) ՝ հետևյալ բնութագրերով: Պայծառություն ՝ 650 Լյումեն Գույն Լույսի ելք. (XGA) Տեսանյութի ռեժիմներ ՝ ** Տվյալների ռեժիմներ ՝ MAX 1024x768 Առավելագույն հզորություն ՝ 200 Վտ Լարում ՝ 100V - 240V Չափ (սմ) (HxWxD) ՝ 6 x 22 x 25 Քաշ ՝ 2.2 կգ Լամպի կյանք (լիարժեք հզորություն) ՝ 1, 000 ժամ Լամպի տեսակը ՝ UHP Լամպի հզորությունը ՝ 120 Վտ Լամպի քանակը ՝ 1 Displayուցադրման տեսակը ՝ 2 սմ DLP (1) Ստանդարտ խոշորացում Ոսպնյակներ ՝ 1.25: 1 Ֆոկուս.

Այս տեսապրոյեկտորը օգտագործվում է սկանավորման ենթակա օբյեկտի վրա կառուցվածքային լուսային նախշեր նախագծելու համար: Կառուցվածքային օրինակը բաղկացած է ուղղահայաց և հորիզոնական սպիտակ լույսի շերտերից, որոնք պահվում են տվյալների ֆայլում, իսկ տեսախցիկները գրավում են այդ խեղաթյուրված շերտերը:

Preանկալի է օգտագործել այն տեսախցիկները, որոնք ծրագրաշարի միջոցով վերահսկելի են, քանի որ անհրաժեշտ է կարգավորել ուշադրությունը, պայծառությունը, լուծաչափը և պատկերի որակը: Հնարավոր է օգտագործել DSLR տեսախցիկներ SDK- ներով, որոնք տրամադրվում են յուրաքանչյուր ապրանքանիշի կողմից:

Համագումարը և թեստերը անցկացվել են Կոպենհագեն Ֆաբլաբում `նրա աջակցությամբ:

Քայլ 4: Փորձարկումներ սկաների հետ

Համակարգը փորձարկելու համար օգտագործվել է ձկան խաղալիք, և դուք կարող եք տեսնել գրաված պատկերը: Ամբողջ գրավված ֆայլը, ինչպես նաև ելքային կետի ամպը ներառված է կցված ֆայլում, կարող եք բացել PLY կետի ամպային ֆայլը Meshlab- ով.

meshlab.sourceforge.net/

Քայլ 5: Սկանավորման այլ արդյունքներ

Այստեղ դուք կարող եք տեսնել մարդու դեմքի որոշ սկաներ և պատի 3D սկանավորում: Միշտ կան որոշ ծայրահեղ կետեր `արտացոլումների կամ պատկերի ոչ ճշգրիտ արդյունքների պատճառով:

Քայլ 6: 3D սկաների GUI

Այս փուլում 3d սկան ծրագրակազմը փորձարկելու համար ես ավելացնում եմ տվյալների երկու հավաքածու, մեկը `ձկան սկանավորումն է, իսկ մյուսը` ընդամենը հարթ պատ `դրա ճշգրտությունը տեսնելու համար: Բացեք ZIP ֆայլերը և գործարկեք SL3DGUI.py: Տեղադրման համար ստուգեք քայլ 2. Ուղարկեք հաղորդագրություն իմ մուտքի արկղ այստեղ ՝ բոլոր աղբյուրների կոդերի համար:

3D սկանավորման մաս օգտագործելու համար անհրաժեշտ է տեղադրել երկու տեսախցիկ և պրոյեկտոր, իսկ մյուս մասերի համար պարզապես կտտացրեք կոճակին: Նմուշի տվյալները փորձարկելու համար նախ կտտացրեք գործընթացի, ապա շեմի, ստերեո համընկման և վերջապես կետային ամպի վրա: Տեղադրեք Meshlab- ը ՝ կետային ամպը տեսնելու համար:

meshlab.sourceforge.net/