Home >Documents >3d Scanner Ro

3d Scanner Ro

Date post:25-Jun-2015
Category:
View:577 times
Download:19 times
Share this document with a friend
Transcript:

Universitatea Valahia Trgovite Facultatea de Inginerie Electric Specializarea Automatic i Informatic Industrial

PROIECT DE DIPLOM

DIGITIZAREA AUTOMAT A MODELELOR TRIDIMENSIONALE

Student: Banu Cosmin ndrumtor: Conf. Dr. Ing. Dumitrache Cristian Anul: 2006

1

CUPRINS1. Prezentarea general a conceptului de scanner 3D 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 2. 3.

Prezentarea temei proiectului Principiul digitizrii informaiei analogice Tipuri de scannere 3D (avantaje i dezavantaje) Domenii de interes i utilizri

Algoritmul geometric pentru obinerea modelului n trei dimensiuni Descrierea componentelor hardware folosite3.1. 3.2. 3.3. 3.4.

Folosirea modulului diod laser pentru linia de scanare Rotirea obiectului cu ajutorul motorului pas cu pas Comandarea laserului i motorului prin portul paralel Utilizarea camerei video pentru obinerea datelor de prelucrare Protecia portului paralel Realizarea controlului motorului pas cu pas Pornirea si oprirea laserului cu ajutorul portului paralel Sursele de alimentare necesare funcionrii circuitelor i motorului Schema circuitului electric final Despre mediul de programare Visual Studio 2005 Modele de programare software utilizate (OOP, DP) Lista limbajelor de programare folosite (C#, C++/CLI, XAML) Librriile software utilizate Schema bloc a aplicaiei finale i a librriilor utilizate Librrii proprii create pentru a fi utilizate n aplicaia principal6.1.1. Clasa ParallelPort (foloseste inpout32.dll) realizeaz trimiterea de date

4.

Montajul electric pentru controlarea laserului i motorului 4.1.4.2. 4.3. 4.4. 4.5.

5.

Aplicaiile software folosite pentru dezvoltarea aplicaiei principale5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5.

6.

Aplicaia software de control a dispozitivelor i prelucrare a datelor6.1.

spre portul paralel6.1.2. Clasa Laser abstractizeaza controlul laserului (oprirea si pornirea

acestuia)6.1.3. Clasa Motor configureaz i controleaz un motor pas cu pas 2

6.1.4. Clasa Camera nglobeaz caracteristicile video i funcionalitatea unei

camere web6.1.5. Spaiul ImageUtils realizeaz procesarea informaiei video obinute de la

camera web6.1.5.1. 6.1.5.2. 6.1.5.3.

Clasa Filters identific diferenele aprute de la o imagine la alta Clasa Converters convertete ntre cele dou formate de imagine Clasa Processors realizeaz identificarea liniei de scanare i transpunerea acesteia n spaiul tridimensional

6.1.6. Clasa Model3D nglobeaz informaia obiectului scanat 6.1.7. Clasa Model3DPreview realizeaz afiarea modelului 6.1.8. Clasa Transforms realizeaz transpunerea liniei de scanare din imagine

n format bidimensional i n format tridimensional6.2.

Aplicaia principal de configurare i utilizare a scannerului6.2.1. Setarea parametrilor pentru scanarea obiectelor 6.2.2. Controlarea scanrii obiectului 6.2.3. Vizualizarea modelului scanat sub diferite forme (nor de puncte, linii de

scanare, mesh, suprafa)6.2.4. Editarea norului de puncte obinut 6.2.5. Salvarea, ncrcarea i publicarea modelului scanat 7. 8.

Concluzii asupra proiectului final Sitografie

9. Alte resurse10. Anex cod surs

3

1. Prezentarea general a conceptului de scanner 3D

1.1. Prezentarea temei proiectului Proiectul i propune realizarea unui scanner de obiecte tridimensionale, folosind un modul diod laser tip linie, un motor pas cu pas, si o camera web, conectate la un calculator. Scannerul este un scanner fr contact, activ, bazat pe metoda triangulaiei. Obiectul de scanat este asezat pe o masa rotativ, controlat de un motor pas cu pas. Motorul este controlat la rndul lui prin portul paralel al unui calculator PC. Un modul laser este folosit pentru a desena o linie roie subire pe obiect. Forma liniei (vazut din alt unghi) este captat cu ajutorul unei camere web, conectata la portul USB al calculatorului. n figura urmtoare este prezentat o schem care arat cum sunt poziionate diferitele componente ntr-un caz real:

Masa rotativa Camera

Obiect

Laser

Fig. I-1. Elementele constituente ale dispozitivului de scanare

4

Coordonatele camerei, laserului i obiectului, precum i orientarea acestora, sunt cunoscute dinainte. La un anumit pas, sunt achiziionate dou imagini de la camer: una cnd laserul este stins, i alta cnd este aprins. Prin compararea celor dou imagini, se poate determina linia laserului. n continuare trebuie stabilit poziia n spaiul 3D a fiecrui punct de pe linie. Deoarece se cunoate poziia i geometria camerei, precum i pozitia laserului, se poate determina poziia folosind algoritmul de intersecie al unei linii cu un plan (linia fiind raza ce pornete din centrul vizual al camerei i trece prin respectivul punct rou de pe linia de scanare; iar planul fiind cel determinat de planul vertical de iluminare al laserului). Aadar linia roie este convertit ntr-o serie de puncte n spaiul 3D (care este o aproximare digitala a liniei roii ce ilumineaz obiectul). Rotind obiectul cu un anumit pas unghiular, putem efectua operaia din nou, i obinem astfel o nou serie de puncte. Dupa terminarea pailor, seriile de puncte formeaz un nor de puncte. Acesta este de fapt norul de puncte ce aproximeaz suprafaa obiectului. n continuare, acesta poate fi convertit din serii de puncte n linii, n mesh, sau n suprafa poligonal.

1.2. Principiul digitizrii informaiei analogice Proiectul realizeaz digitizarea modelelor din lumea real, i transpunerea lor n spaiul 3D, pe calculator. Termenul de digitizare este definit astfel: procesul de capturare a caracteristicilor unei entiti analogice sub forma unei colecii de digii binari, folosind un aparat pentru scanare. Digitizarea este o precondiie pentru stocarea electronic, cum ar fi stocarea magnetic, sau pe discuri optice. Un exemplu des ntlnit de digitizare este scannerul de documente. Acesta transform documentul de scanat ntr-o imagine stocat pe calculator sub format binar. Dezvoltnd aceast idee, putem include aici i eventuala procesare ulterioar a imaginii obinute, n scopul recunoaterii caracterelor (OCR Optical Character Recognition, Recunoaterea Optic a Caracterelor).

5

Un scanner 3D este un dispozitiv care analizeaz un obiect sau un mediu din lumea real, n scopul colectrii de informaie asupra formei i chiar culorii acestuia. Informaiile colectate pot fi folosite apoi pentru construirea unor modele digitale tridimensionale ce pot fi folosite ntr-o varietate de aplicaii. Aceste dispozitive sunt folosite extensiv n industrie, n realizarea de exemplu a filmelor i jocurilor video. Alte ntrebuinri cuprind proiectarea i realizarea de protipuri, vizualizarea computerizat, documentarea artifactelor culturale, etc.

1.2. Tipuri de scannere 3D (avantaje i dezavantaje) Exist dou tipuri de scannere 3D: cu contact, i fr contact. Scannerele cu contact testeaz obiectul prin atingere fizic. Un CMM (main de msurare a coordonatei) este un exemplu de scanner 3D cu contact. Este n principal folosit n industria manufacturiera i poate fi foarte precis. Dezavantajul CMM este acela c necesit contactul cu obiectul de scanat. Aadar, prin simpla scanare a obiectului, acesta se poate modifica sau chiar deteriora. Acest fapt este foarte important dac este s lum n considerare obiectele delicate sau foarte valoroase, cum ar fi artifactele istorice. Un alt dezavantaj al CMM-urilor este acela ca sunt relativ ncete n comparaie cu celelalte metode de scanare. Manevrarea fizic a braului de care este ataat obiectul poate fi foarte nceat, iar cele mai rapide dispozitive nu pot depsi cteva sute de heri. Spre deosebire, un scanner cu laser poate opera de la 10 la 500 kHz. Scannerele fr contact pot fi mprite mai departe n dou categorii principale, scannere active i scannere pasive. Exist o varietate de tehnologii n fiecare din aceste categorii. Scannerele active emit un tip de unde i detecteaz reflecia acesteia pentru a analiza obiectul sau mediul. Tipuri posibile de unde cuprind razele luminoase, ultrasunetele sau razele X. Scannerele cu timp-de-zbor folosesc lumina laser pentru probarea6

obiectului. Din moment ce viteza luminii este cunoscut, poate fi folosit timpul-dezbor pentru a determina distana (timpul-de-zbor este msurat ca diferena dintre momentul emiterii pulsului laser, i momentul n care acesta ajunge la detector). Scannerele cu triangulare sunt tot un tip de scannere active care folosesc lumina laser pentru a analiza obiectul. Spre deosebire de scannerele cu timp-de-zbor, cele cu triangulare emit o raz laser pe subiect i folosesc o camer pentru detectarea poziiei punctului. n funcie de distana pn la obiect, punctul laser apare n poziii diferite n cmpul de vedere al camerei. Aceast tehnic se numete triangulare deoarece punctul laser, camera i modulul laser formeaz un triunghi. Lungimea unei laturi a triunghiului, distana dintre camer i modulul laser, este cunoscut. Unghiul sub care este poziionat modulul laser este de asemenea cunoscut, la fel i unghiul camerei. Cu aceste trei date putem determina precis forma i dimensiunea triunghiului, i astfel putem afla poziia punctului laser. De obicei, n locul unui modul laser de tip punct, este folosit un modul laser de tip linie (care emite o dung laser). Scannerele pasive nu emit nici o radiaie, ci se bazeaz pe detectarea refleciei radiaiei ambientale. Majoritatea scannerelor de acest tip detecteaz lumina vizibil, deoarece este o radiaie ambiental deja disponibil. Alte tipuri de radiaie, cum ar fi cea n infrarou, pot fi de asemenea folosite. Metodele pasive pot fi foarte ieftine, deoarece n majoritatea cazurilor nu necesit dispozitive speciale. Sistemele stereoscopice de obicei folosesc dou camere video, aezate una n apropierea celeilalte, i analiznd aceeai scen. Comparnd diferenele subtile dintre imaginile vzute de ctre fiecare camer, este posibil determinarea distanei pn la fiecare punct din imagine. Aceast metoda se bazeaz pe vederea

Click here to load reader

Reader Image
Embed Size (px)
Recommended