Als je je eigen 3D-scanner wilt maken, is de eerste stap het vinden van een webcam. Als je het hebt, kosten de kosten van het hele project 40-50 dollar. Desktop 3D-scannen heeft de afgelopen jaren grote vooruitgang geboekt, maar heeft nog steeds grote beperkingen. De hardware van de techniek is gebouwd op basis van een bepaald scanvolume en resolutie. U kunt alleen goede resultaten krijgen als uw onderwerp voldoet aan de opnamevereisten en resolutie.
Hoe 3D-opnamen werken
Fotogrammetrie maakt gebruik van een reeks conventionele 2D-foto's die vanuit alle richtingen rond een object zijn genomen. Als een punt op een object op ten minste drie afbeeldingen te zien is, kan de locatie worden getrianguleerd en in drie dimensies worden gemeten. Door de locatie van duizenden of zelfs miljoenen punten te identificeren en te berekenen, kan de software een uiterst nauwkeurige reproductie maken.
In tegenstelling tot een hardwarescanner heeft dit proces geen limieten voor grootte of resolutie. Als je een foto van een object kunt maken, kun je het scannen:
- De beperkende factor infotogrammetrie is de kwaliteit van foto's en dus de vaardigheid van de fotograaf.
- Foto's moeten duidelijk zichtbaar en scherp zijn.
- Ze moeten ook rond het object worden geplaatst, zodat elk deel ervan bedekt is.
Zonder een 3D-scanner kun je alleen een 3D-beeld maken van grote objecten. Kleine items kunnen niet worden gescand. Om dit in meer detail te begrijpen, zullen we het concept van fotogrammetrie analyseren.
Wat is fotogrammetrie en hoe beïnvloedt het de weergave van objecten?
Fotogrammetrie is de wetenschap van het nemen van metingen van foto's, vooral om de exacte positie van oppervlaktepunten te reconstrueren. Het kan ook worden gebruikt om de bewegingspaden van aangewezen ankerpunten op elk bewegend object, zijn componenten en in de nabijheid van de omgeving te reconstrueren.
Kortom, het geeft je de mogelijkheid om een 3D-raster te maken van meerdere foto's door overeenkomsten tussen afbeeldingen te vergelijken en ze in 3D-ruimte te trianguleren.
Fotogrammetrie bestaat al een tijdje, maar pas toen Autodesk in zijn Memento-bètaprogramma sprong, begon het te werken. Memento werd hernoemd naar ReMake toen het de bètafase verliet. Klinkt als magie, toch? Nou, het is geen magie, het is realiteit. Nu kan iedereen 3D-scannen doen zonder honderden euro's aan een scanner uit te geven. Zelfs betaalbare open source 3D-scanners vereisen nogal wat kennis om ze goed te laten werken. VANiedereen kan krijgen wat ze willen met fotogrammetrie.
Draaitafel - de tweede fase van het maken van een scanner
Alles wat je nodig hebt om je eigen 3D-scanner te maken, is je smartphone, een koptelefoon en een speler. Zo werkt het: je draait aan de zwengel en bij elke volledige rotatie van de draaitafel wordt de camera van de telefoon 50 keer getriggerd door het volume van de koptelefoon.
Makkelijk! Breng foto's over naar uw computer en gebruik vervolgens Autodesk ReMake om wonderen te doen. Het is verbazingwekkend, maar het is niet alleen goed in meshing, het biedt ook tools om het mesh aan te passen, gaten te repareren, uit te lijnen, voor te bereiden op 3D-printen of te dienen als een systeemvorm als een 3D-hulpmiddel voor games of renderings!
Nou, aangezien Apple de koptelefoonaansluiting voor de iPhone 7 en hoger heeft verwijderd, zal een bijgewerkte versie van de scannercreatie worden gebruikt. Het is gebaseerd op het principe van het werken aan een trigger voor een Bluetooth-camera. Hierdoor is een koptelefoonaansluiting niet meer nodig.
- Fotogrammetrisch scannen van hoge kwaliteit vereist foto's van hoge kwaliteit van het onderwerp vanuit alle hoeken.
- De gemakkelijkste manier om kleine dingen te scannen, is door het object te draaien tijdens het fotograferen.
- Om dit te doen, gebruikt de scanner een stappenmotor die wordt bestuurd door het Arduino-bord.
- De stepper draait het object met een vaste hoeveelheid, en dan gaat de infrarood-LED uit in een verdomd lastige reeks flitsen die de draadloze afstandsbediening van een camera nabootsen.
LCD-scherm met een reeks knoppenstelt de gebruiker in staat om de Arduino te besturen. Met behulp van de knoppen kan de gebruiker het aantal opnamen per omwenteling selecteren. Een hoogwaardige doe-het-zelf 3D-scanner kan in de automatische modus werken, waarbij hij een foto maakt, de stappenmotor voortzet en deze herha alt totdat hij een volledige revolutie heeft voltooid.
Er is ook een handmatige modus waarin elke druk op de knop een foto maakt, de jog-draaiknop beweegt en wacht. Dit is handig voor het scannen van details. De 3D-scanner stelt scherp op het frame dat de afbeelding omlijst.
Extra software
Wanneer de fotogrammetriesoftware een functie in een foto detecteert, probeert deze die functie in andere afbeeldingen te vinden en legt de locatie vast op alle afbeeldingen die verschijnen.
- Als het object deel uitmaakt van een roterend object, krijgen we goede gegevens.
- Als de gedetecteerde functie zich op de achtergrond bevindt en niet beweegt terwijl de rest van het object wordt gescand, kan dit het ruimte-tijdcontinuüm doorbreken, althans wat uw software betreft.
Er zijn twee oplossingen:
- Een daarvan beweegt de camera rond het onderwerp om de achtergrond synchroon te houden met de beweging. Dit is goed voor grote objecten, maar het is veel moeilijker om het proces te automatiseren.
- Een eenvoudigere oplossing is om de achtergrond onaangeroerd te laten. Dit is gemakkelijker te doen voor kleine objecten. Voeg daar rechts aan toeverlichting en je bent op weg naar karakterloze achtergronden.
Een andere tip is om je afbeeldingen met een paar stops te overbelichten. Hierdoor kunt u meer details in de schaduw van het onderwerp vastleggen terwijl u de achtergrond scheidt, zodat alle resterende achtergrondobjecten in een schitterend wit verdwijnen.
- "Arduino". Het heeft pinnen die niet worden afgedekt door het LCD-scherm, waardoor het gemakkelijk aan te sluiten is.
- SainSmart 1602 LCD-schild met een display en enkele knoppen om de scanner te bedienen.
- Stappenmotorstuurprogramma (Easy Driver).
De NEMA 17 stappenmotor zal het gescande object draaien. Met een grote stappenmotor (met de juiste driver en voeding) kan deze hoogwaardige doe-het-zelf 3D-scanner de scan opschalen. 950 nm IR LED activeert de camera. Sommige populaire modellen van draagbare 3D-scanners zijn gebaseerd op dit principe. U kunt het bouwproces met uw eigen handen herhalen. We bieden verschillende opties om uit te kiezen.
Spinscan van Tony Buzer: de basis van alle scanners
In 2011 bracht 3D-printgenie Tony Buzer Spinscan uit. Dit is een open source zelfgemaakte 3D-scanner op basis van een laser en een digitale camera. Later gebruikte MakerBot ideeën van Spinscan om de closed source Digitizer Scanner te maken.
FabScan
FabScan begon als een afstudeerproject en is sindsdien geadopteerd door een kleine gemeenschap die blijft werken aan het verbeteren van de functies. FabScan werkt net als veel andere laserscanners, maar wordt ondersteund door een ingebouwde behuizing die helpt om de lichtniveaus te egaliseren en vervorming tijdens het scannen te voorkomen.
VirtuCube
Een alternatieve methode voor laserscanners is de gestructureerde lichtscanner. Met behulp van een pico-projector in plaats van een laser kan de VirtuCube eenvoudig worden gemaakt met een paar geprinte onderdelen en basiselektronica. Dit hele systeem kan in een kartonnen doos worden geplaatst om te voorkomen dat andere lichtbronnen drukfouten veroorzaken.
Er zijn al twee spannende nieuwe open source laserscanners uitgebracht: de BQ Cyclop en Murobo Atlas.
BQ - laserscansysteem
Het Spaanse consumentenelektronicabedrijf BQ heeft de Cyclop 3D-scanner aangekondigd op CES. Cyclop gebruikt twee laserlijnniveaus, een standaard USB-webcam en BQ's aangepaste Arduino-controller. BQ heeft zijn eigen scantoepassing genaamd Horus geschreven. Terwijl rapporten zeggen dat Cyclop nog niet beschikbaar is, zegt BQ dat dit later dit jaar zal zijn.
"Atlas" is een ontwikkeld project dat verbeteringen vereist
Murobo's 3D-scanner zoekt momenteel fondsen op Kickstarter. Net als Spinscan, Digitizer en Cyclop gebruikt Atlas laserlijnmodules en een webcam om een object op een roterend platform te scannen. Atlas vervangt de Arduino Raspberry Pi om besturing en opname in een apparaat te integreren. Net als Cyclop belooft de maker van Atlas dat het een project wordtopen source. De sets van $ 129 zijn uitverkocht, maar sommige blijven op $ 149 en $ 209.
In 2019 wil het bedrijf een op smartphones gebaseerde 3D-scanner lanceren die niet alleen de zichtbaarheid van de achtergrond weergeeft, maar ook focus construeert bij het vastleggen van een afbeelding. In Amerika zijn doe-het-zelf-nieuwigheden geweldig. Als je niet weet hoe je een 3D-scanner moet maken, gebruik dan de onvoltooide versie van Atlas. Er is een vrij duidelijke functionaliteit en ontwikkelaars hoeven het apparaat alleen maar te flashen en ervoor te zorgen dat de functies werken die ze als resultaat willen zien.
CowTech Ciclop: nieuw model multifunctionele machine
Prijs gaat tot $ 160 (afhankelijk van of je 3D-onderdelen print of niet). Het bedrijf is gevestigd in de VS. De resolutie van voltooide afbeeldingen bereikt 0,5 mm. Maximaal scanvolume: 200 × 200 × 205 mm. BQ vormde de basis van een doe-het-zelf 3D-scannerkit voor een 3D-printer. Met uw eigen handen kunt u de versie van het model wijzigen om afbeeldingen in een vierdimensionale ruimte te maken.
CowTech Engineering maakte gebruik van door BQ geleide fondsen om unieke waarde te geven aan het bijgewerkte model. Nieuwe kansen:
- omgevingsbeoordeling,
- achtergrond vastleggen,
- lensweergave in omgekeerde stijl.
Trouw aan de open source-beweging lanceerde Cowtech een Kickstarter-campagne om geld in te zamelen voor de lancering van een productieversie van het origineel, Ciclop CowTech. Het team had een verheven doel gesteld om $ 10.000 in te zamelen, maar werd verrast enopgetogen toen de gemeenschap $ 183.000 kon inzamelen. De CowTech Ciclop DIY 3D camera en telefoon scanner kit is geboren.
Dus wat is het verschil tussen de CowTech-versie en de BQ DIY-versie?
CowTech Ciclop gebruikt nog steeds Horus 3D-software omdat het een fantastische winkel is voor het scannen van 3D-objecten. De verschillen zitten echter in een iets ander ontwerp, dat het team enkele dagen heeft ontwikkeld om de onderdelen in 3D te kunnen printen op elke FDM 3D-printer.
Dezelfde blanco's kunnen worden gebruikt om apparaten met uw eigen handen te ontwikkelen. De 3D-scanners en -printers van het bedrijf hebben slechts een klein bouwvolume, dus CowTech heeft onderdelen ontworpen die kunnen worden afgedrukt op elke printer met een bouwvolume van 115×110×65 mm, die in bijna alle 3D-printers te vinden is.
Ciclop door CowTech:
- Er zijn hier verstelbare laserhouders.
- CowTech DIY maakt gebruik van lasergesneden acryl.
BQ Ciclop:
- Modellen gebruiken draadstangen.
- Er is geen lasergesneden acryl.
Geen probleem, en de scanners zien er nog steeds redelijk hetzelfde uit, maar CowTech was alleen bedoeld om het bestaande ontwerp te verbeteren, niet om het te hervormen. CowTech verkoopt een scanklare Ciclop voor $ 159 op hun website. Al met al is het een geweldige goedkope doe-het-zelf 3D-scanner, zeer efficiënt voor lasertriangulatie 3D-scannen.
Roterende machines en tafels voor het maken van scanners
- Mobiele telefoonuitgerust met DIY 3D-scannertechnologie: fotogrammetrie - technologische functie aanwezig.
- Prijs: gratis zelf afdrukken (hoewel materialen ongeveer $ 30 kosten).
- Deze doe-het-zelf 3D-scanner is vrij eenvoudig te maken. Dave Clark, een Britse fabrikant, zorgde ervoor dat de modellen al voor de start van de verkoop konden worden gedemonteerd. Reserveonderdelen worden gebruikt om andere scanners te bouwen.
Dit komt omdat het gebaseerd is op fotogrammetrie, niet op lasertriangulatie, en compatibel is met je smartphone! U kunt het 3D-afdrukbare bestand downloaden om apparaten te synchroniseren.
Met je eigen handen kan een 3D-scanner worden gemaakt met geïmproviseerde middelen. Je hoeft alleen maar de makers van DIY 3D te vertrouwen. Een eenvoudig apparaat verandert uw iPhone of Android in een oogwenk in een 3D-scanner door deze op deze speler aan te sluiten. Vervolgens worden met behulp van een koptelefoon en een telefooncamera meer dan 50 foto's van het object gemaakt, die worden gescand terwijl de draaitafel draait.
Zodra je deze afbeeldingen hebt gemaakt, kun je ze in een programma zoals Autodesk ReCap laden om de foto's om te zetten in een volledig 3D-bestand.
Over het algemeen is dit een fantastisch creatief project en een geweldige doe-het-zelf 3D-scanner voor mensen met een beperkt budget.
Microsoft Kinect 3D-scanner
Het is zelfs nog lager voor slechts $ 99 (maar wordt niet meer verkocht, hoewel Kinect V2 nog steeds beschikbaar is op Xbox One). De slogan van het bedrijf is: Maak je eigen 3D-scanner van Kinect en verras je vrienden.
Hoewel Microsoft op de vraag heeft gereageerd door zijn eigen 3D Scan-app voor de Kinect-scanner te maken, zijn er een aantal opties van derden die mogelijk de voorkeur verdienen. Deze omvatten:
- Skanect, gemaakt door Occupital, dat ook een textuursensor verkoopt.
- ReconstructMe. Het biedt een reeks tools waarmee u 3D-scans kunt uitvoeren voor minder dan $ 100.
De resultaten zijn niet fantastisch, maar voor zo'n prijs is het heel acceptabel. Het is aangetoond dat het inferieur is aan traditionele protogrammetrie in kwaliteit, vooral in fijne details, zoals op kleine modellen zoals haaientanden. Toch is dit voor beginnende 3D-scanners een fantastisch instapproduct, vooral omdat je er misschien al een hebt voor Xbox 360.
Voordat u een scanner maakt
Er zijn veel camera's die je kunt gebruiken. Om te weten hoe u met uw eigen handen een 3D-scanner van uw telefoon kunt maken, moet u natuurlijk berekenen wat hiervoor nodig is. Als je van plan bent om Pi Scan te gebruiken om je camera's te bedienen, moet je de Canon PowerShot ELPH 160 gebruiken. Maar als je een andere opstelling gebruikt, volgen hier enkele algemene camera-aanbevelingen:
- Hoeveel megapixels heb je nodig? Meet de items die u gaat scannen. Streef naar de grootste gemiddelde grootte (kies niet de grootste uitbijters). De meeste studieboeken zijn bijvoorbeeld 22,86×27,94 cm. Vermenigvuldig dit formaat nu met de PPI (pixels per centimeter) die u wilt vastleggen. 300-dit is een veilig minimum, hoewel je niet fout kunt gaan als je meer pakt. Dus in ons voorbeeld - 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. We hebben een afbeelding nodig van minimaal 2700 × 3300=8.910.000 pixels, of ongeveer 9 megapixels.
- Welke controle heb je nodig? Als u slechts een enkel boek scant, of u alleen een item scant op zijn informatieve inhoud (in plaats van te proberen het werkelijke uiterlijk vast te leggen), hebt u geen erg goede foto's nodig. Als de belichting of camera-instellingen van shot tot shot veranderen, krijgt u nog steeds goede resultaten.
- Sluitertijd - witbalans ISO-diafragma.
- Flits aan/uit. Elke aangepaste beeldverwerking (verscherping, kleurverbetering, enz.).
- Focus (idealiter de mogelijkheid om de focus te vergrendelen).
- Belichtingscompensatie.
- Vergroting - de meeste DSLR's bieden al dit soort controle; voor compactcamera's, alleen Canon Powershot-camera's die CHDK ondersteunen. Hiermee kunt u al deze parameters regelen.
Veel hangt af van het budget. Scanners worden voor dezelfde prijs verkocht als camera's. Wil je alles zelf doen, dan is het budget beperkt. Besteed aandacht aan het betaalbare segment van de markt voor optica en reserveonderdelen.
- De eerste moeilijkheid bij het bouwen van een 3D-laserscanner is het vinden van een roterend platform. Tegelijkertijd hoeft het alleen te worden bestuurd met behulp van MatLab. In plaats van veel geld of tijd uit te geven, kun je kopen28BYJ-48-5V stappenmotor met ULN2003 drive test module board.
- Lijm vervolgens het platform op de as van de stappenmotor en plaats het in de groef in de houder. Het platform moet gelijk liggen met het "marmer", maar houd er rekening mee dat hoe goedkoper het is, hoe meer inconsistente diameters waardoor dingen niet waterpas kunnen worden.
- Als je een methode hebt om nauwkeurige rotatie te krijgen die kan worden bestuurd in Mat Lab, stel dan de camera in op elke afstand en hoogte, evenals de laserlijn links of rechts van de camera en de draaitafel. De hoek van de laser moet optimaal zijn om het grootste deel van de draaitafel te bestrijken, maar niets hoeft exact te zijn, we zullen het schaalverschil van het model in code behandelen.
- Het belangrijkste onderdeel voor een goede werking is de camerakalibratie. Met behulp van de MatLab-toolkit voor computervisie kunt u de exacte brandpuntsafstand en het optische centrum van de camera krijgen met een nauwkeurigheid van 0,14 pixels.
Houd er rekening mee dat het wijzigen van de cameraresolutie de waarden van het kalibratieproces zal veranderen. De belangrijkste waarden die we zoeken zijn de brandpuntsafstand, gemeten in pixeleenheden, en de pixelcoördinaten van het optische centrum van het beeldvlak.
De meeste goedkope compactcamera's hebben geen software-interface. Ze kunnen alleen handmatig of mechanisch worden bediend. Maar een team van vrijwilligers heeft software ontwikkeld waarmee je Canon compactcamera's op afstand kunt bedienen en configureren. Deze software heetCHDK.
- CHDK wordt gedownload naar de SD-kaart, die vervolgens in de camera wordt gestoken.
- Als de camera opstart, start CHDK automatisch op.
- Omdat CHDK nooit permanente wijzigingen aan de camera aanbrengt, kunt u altijd de speciale CHDK SD-kaart verwijderen voor normale camerawerking.
CHDK is een essentiële voorwaarde voor de onderstaande softwarecontrollers. De controllers draaien op een pc of Raspberry Pi en communiceren via USB met de CHDK-software die op de camera's draait. Bij gebruik van andere soorten goedkope camera's is de enige besturingsoptie een soort mechanische of handmatige start via de installatieprogramma's zoals hierboven weergegeven.
