ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد يعتمد على الإضاءة الهيكلية والرؤية المجسمة بلغة Python: 6 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

تم تصنيع هذا الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد باستخدام عناصر تقليدية منخفضة التكلفة مثل جهاز عرض الفيديو وكاميرات الويب. الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد ذو الضوء المنظم هو جهاز مسح ثلاثي الأبعاد لقياس الشكل ثلاثي الأبعاد لجسم ما باستخدام أنماط الإضاءة المسقطة ونظام الكاميرا. تم تطوير البرنامج على أساس الضوء المنظم والرؤية المجسمة بلغة بيثون.

ينتج عن عرض نطاق ضيق من الضوء على سطح ذي شكل ثلاثي الأبعاد خط إضاءة يبدو مشوهًا من منظورات أخرى غير جهاز العرض ، ويمكن استخدامه لإعادة بناء هندسي دقيق لشكل السطح. يتم عرض نطاقات الضوء الأفقية والعمودية على سطح الكائن ثم يتم التقاطها بواسطة كاميرتي ويب.

الخطوة 1: مقدمة

تسمح أجهزة الاستحواذ التلقائية ثلاثية الأبعاد (التي يطلق عليها غالبًا الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد) ببناء نماذج دقيقة للغاية لكائنات ثلاثية الأبعاد حقيقية بطريقة فعالة من حيث التكلفة والوقت. لقد جربنا هذه التقنية في مسح لعبة لإثبات الأداء. الاحتياجات المحددة هي: دقة متوسطة - عالية ، سهولة الاستخدام ، تكلفة معقولة لجهاز المسح الضوئي ، الحصول على بيانات الشكل واللون المسجلة ذاتيًا ، وأخيراً السلامة التشغيلية لكل من المشغل والأشياء الممسوحة ضوئيًا. وفقًا لهذه المتطلبات ، قمنا بتصميم ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد منخفض التكلفة يعتمد على الضوء المنظم الذي يعتمد نهج نمط شريطي ملون متعدد الاستخدامات. نقدم بنية الماسح الضوئي وتقنيات البرامج المعتمدة والنتائج الأولى لاستخدامها في مشروع يتعلق بالحصول على لعبة ثلاثية الأبعاد.

في تصميم الماسح الضوئي منخفض التكلفة ، اخترنا تنفيذ وحدة الباعث باستخدام جهاز عرض فيديو. كان السبب هو مرونة هذا الجهاز (الذي يسمح بتجربة أي نوع من أنماط الإضاءة) وتوافره على نطاق واسع. يمكن أن يكون المستشعر إما جهازًا مخصصًا أو كاميرا رقمية ثابتة أو كاميرا ويب. يجب أن يدعم التقاط الألوان عالي الجودة (أي الحصول على نطاق ديناميكي عالٍ) وربما بدقة عالية.

الخطوة 2: البرمجيات

تم استخدام لغة Python في البرمجة لثلاثة أسباب ، أحدها سهل التعلم والتنفيذ ، اثنان يمكننا استخدام OPENCV للإجراءات المتعلقة بالصور وثلاثة هي محمولة بين أنظمة تشغيل مختلفة حتى تتمكن من استخدام هذا البرنامج في windows و MAC و Linux. يمكنك أيضًا تكوين البرنامج لاستخدامه مع أي نوع من الكاميرات (كاميرات الويب أو كاميرات SLR أو الكاميرات الصناعية) أو جهاز عرض بدقة 1024X768 الأصلية. من الأفضل استخدام كاميرات بدقة تزيد عن الضعف. لقد اختبرت الأداء شخصيًا في ثلاثة تكوينات مختلفة ، الأول كان مع اثنين من كاميرات الويب المتوازنة من Microsoft وجهاز عرض صغير محمول ، والثاني كان بكاميرا ويب للسينما Lifecam استدارة 15 درجة تجاه بعضهما البعض وجهاز عرض Infocus ، وكان التكوين الأخير مع كاميرات الويب من لوجيتك وجهاز عرض Infocus. لالتقاط نقطة سحابة لسطح الكائن ، يجب أن نخوض خمس خطوات:

1. عرض أنماط رمادية والتقاط صور من كاميرتين "SL3DS1.projcapt.py"

2. معالجة 42 صورة لكل كاميرا والتقاط أكواد "SL3DS2.procimages.py"

2. ضبط العتبة لتحديد إخفاء المناطق المراد معالجتها "SL3DS3.adjustthresh.py"

4. ابحث عن النقاط المتشابهة واحفظها في كل كاميرا "SL3DS4.calcpxpy.py"

5 احسب إحداثيات X و Y و Z للسحابة النقطية "SL3DS5.calcxyz.py"

الإخراج عبارة عن ملف PLY يحتوي على معلومات تنسيق ولون للنقاط الموجودة على سطح الكائن. يمكنك فتح ملفات PLY باستخدام برنامج CAD مثل منتجات Autodesk أو برامج مفتوحة المصدر مثل Meshlab.

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

يجب تثبيت Python 2.7 و OPENCV module و NUMPY لتشغيل برامج Python هذه. لقد قمت أيضًا بتطوير واجهة المستخدم الرسومية لهذا البرنامج في TKINTER والتي يمكنك العثور عليها في الخطوة السادسة مع مجموعتين من عينات البيانات. يمكنك العثور على معلومات إضافية حول هذا الموضوع على مواقع الويب التالية:

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…

الخطوة 3: إعداد الجهاز

تتكون الأجهزة من:

1. كاميرتا ويب (Logitech C920C)

2. جهاز عرض Infocus LP330

3. حامل الكاميرا وجهاز العرض (مصنوع من ألواح أكريليك 3 مم و 6 مم من خشب HDF مقطوع بقاطع ليزر)

يجب توصيل كاميرتين وجهاز عرض بجهاز كمبيوتر مزود بمخرجين للفيديو مثل جهاز كمبيوتر محمول ويجب تكوين شاشة جهاز العرض كملحق لسطح المكتب الرئيسي للنوافذ. هنا يمكنك مشاهدة صور الكاميرات وجهاز العرض والحامل. يتم إرفاق ملف الرسم الجاهز للقص بتنسيق SVG.

جهاز العرض هو Infocus LP330 (دقة أصلية 1024X768) بالمواصفات التالية السطوع: 650 لومن انبعاث الضوء الملون: ** التباين (تشغيل / إيقاف كامل): 400: 1 قزحية تلقائية: لا دقة أصلية: 1024x768 نسبة العرض إلى الارتفاع: 4: 3 (XGA) أوضاع الفيديو: ** أوضاع البيانات: بحد أقصى 1024 × 768 أقصى طاقة: 200 وات الجهد: 100 فولت - 240 فولت الحجم (سم) (ارتفاع × عرض × عمق): 6 × 22 × 25 الوزن: 2.2 كجم عمر المصباح (طاقة كاملة): 1 ، 000 ساعات نوع المصباح: UHPL: القوة الكهربائية للمصباح: 120 وات كمية المصباح: 1 نوع العرض: 2 سم DLP (1) عدسة التكبير القياسية: 1.25: 1 التركيز: توزيع الإسقاط اليدوي (م): 1.5 - 30.5 حجم الصورة (سم): 76 - 1971

يستخدم جهاز عرض الفيديو هذا لعرض أنماط ضوئية منظمة على الكائن المراد مسحه ضوئيًا. يتكون النمط المهيكل من شرائط إضاءة بيضاء رأسية وأفقية يتم حفظها في ملف بيانات وتلتقط كاميرات الويب تلك الشرائط المشوهة.

يفضل استخدام تلك الكاميرات التي يمكن التحكم فيها بواسطة البرامج لأنك تحتاج إلى ضبط التركيز والسطوع والدقة وجودة الصورة. من الممكن استخدام كاميرات DSLR مع مجموعات SDK التي توفرها كل علامة تجارية.

تم إجراء التجميع والاختبارات في كوبنهاغن Fablab بدعمها.

الخطوة 4: تجربة الماسح

لاختبار النظام تم استخدام لعبة سمكة ويمكنك رؤية الصورة الملتقطة. يتم تضمين جميع الملفات الملتقطة وكذلك سحابة نقطة الإخراج في الملف المرفق ،

يمكنك فتح ملف سحابة نقطة PLY باستخدام Meshlab:

meshlab.sourceforge.net/

الخطوة 5: بعض نتائج المسح الأخرى

هنا يمكنك رؤية بعض عمليات مسح الوجه البشري والمسح ثلاثي الأبعاد للجدار. هناك دائمًا بعض النقاط المتطرفة بسبب الانعكاسات أو نتائج الصور غير الدقيقة.

الخطوة 6: 3D Scanner GUI

لاختبار برنامج المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد في هذه الخطوة ، أضف مجموعتين من البيانات ، أحدهما عبارة عن مسح ضوئي لسمكة والآخر عبارة عن جدار مستوٍ لمعرفة مدى دقته. افتح ملفات ZIP وقم بتشغيل SL3DGUI.py. للتحقق من الخطوة الثانية للتثبيت. أرسل رسالة إلى صندوق الوارد الخاص بي هنا لجميع رموز المصدر.

لاستخدام جزء المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد ، تحتاج إلى تثبيت كاميرتين وجهاز عرض ولكن بالنسبة للأجزاء الأخرى ، ما عليك سوى النقر فوق الزر. لاختبار البيانات النموذجية ، انقر أولاً على العملية ثم العتبة ومطابقة الاستريو وأخيراً نقطة السحابة. قم بتثبيت مشلب لرؤية نقطة سحابة.

meshlab.sourceforge.net/