WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 |
Санкт-Петербургский государственный университет Факультет филологии и искусств Кафедра информационных систем в искусстве и гуманитарных науках В.Б. ПАНКРАТОВ 3D-cканер VI-930 Konica Minolta Методические указания для практических занятий Санкт-Петербург 2007 1 Принцип работы сканера Рекомендовано к изданию Кафедрой информационных систем в искусстве и гуманитарных науках Факультета филологии и искусств Санкт-Петербургского государственного университета Бесконтактный трехмерный сканер Konica-Minolta VI-910 работает по принципу триангуляционного лазерного дальномера. Используется красный лазер, имеющий достаточную мощность, чтобы получать четкие отраженные сигналы от предметов на расстоянии до 2.5 метров. Принцип работы сканера представлен на Рис. 1.

Панкратов В.Б.

3D-cканер VI-930 Konica Minolta: методические указания для практических занятий. — СПб.: Ф-т филологии и искусств СПбГУ, 2007. — 48 с.

Учебное пособие состоит из трех разделов, соответствующих последовательности операций при сканировании трехмерных объектов в рамках учебной программы специальности «Прикладная информатика в искусстве и гуманитарных науках». Первый раздел Описывает принципы работы сканера и подготовку к работе. Второй раздел описывает процесс сканирования и сохранения исходных данных; третий раздел описывает обработку полученных данных и получение трехмерной модели предмета.

Рисунок 1. Принцип триангуляционного сканирования Излучающий канал когерентного лазерного излучения жестко Подготовка и издание учебного пособия осуществлено в фиксирован по пространственным координатам и охватывает рамках проекта СПбГУ «Инновационная образовательная пространство в диапазоне, примерно, 90О по вертикали и 90О по среда в классическом университете» горизонтали.

(Приоритетный национальный проект «Образование»).

Развертка луча осуществляется с использованием управляемых зеркал и осуществляется со скоростью около 3 секунд на вертикальное перемещение в пределах заданного угла и непрерывное сканирование с высокой частотой каждой горизонтальной линии.

© В. Б. Панкратов, © Факультет филологии и искусств Для создания трехмерного образа предмета используется метод Санкт-Петербургского государственного оптической цифровой регистрации положения отраженных от университета, предмета сигналов лазерного излучения, совместно с информацией о расстоянии до каждой зафиксированной точки (Рис 2).

Отпечатано с готового оригинал-макета в секторе цифровой печати Института искусств Факультета филологии и искусств СПбГУ 199178 Санкт-Петербург, 10 линия В.О., д. 49.

Подписано в печать 10.11.2007. Заказ № 51. Формат 60х84/16. Усл. печ. л. 3,0. Тираж 50 экз.

2 1 Подготовка к работе 1.1 Включение сканера Перед включением сканера необходимо снять защитные крышки с оптического объектива и излучающего канала лазера.

Сканер подсоединяется к компьютеру как внешнее SCSIустройство и автоматически детектируется при старте операционной системы. Это означает, что сканер должен быть включен ДО включения компьютера, на котором установлено программное обеспечение для работы со сканером. В противном случае, операционная система не сможет правильно зарегистрировать Рисунок 2. Устройство бесконтактного лазерного сканера устройство и программное обеспечение не будет иметь доступа к Для регистрации отраженных сигналов используется оптический управлению сканером.

канал, аналогичный цифровой фотокамере с разрешением 1.3 МРх.

Недоработки программного обеспечения, поставляемого вместе со Как и для любого цифрового фотоаппарата, для получения четкого сканером, приводят к тому, что сканер не вполне корректно изображения требуется правильная настройка на резкость в условиях регистрируется в системе при инсталляции, и при каждом запуске конкретной съемки.

операционной системы при включенном сканере выдается сообщение Таким образом, результатом сканирования является облако точек, об обнаружении нового оборудования с требованием установить для каждая из которых дает информацию о положении в видимой области него драйвер.

оптического канала и расстоянии до нее. Именно эта информация и Для дальнейшей работы необходимо отказаться от инсталляции передается сканером для дальнейшей обработки.

устройства (кнопка cancel), т.к. все необходимое для его работы уже Для предварительной настройки на сканируемый предмет сканер имеется на компьютере.

имеет собственные системы управления, которые позволяют Если пользователь не обладает правами администратора на использовать его без компьютера и сохранять результаты на флэшкомпьютере, может появиться сообщение операционной системы об карте.

отсутствии прав на установку дополнительного оборудования, которое Непосредственное управление сканером возможно только при также необходимо игнорировать (кнопка cancel).

отключенном управлении от программного обеспечения, установленного на компьютере, к которому подключен сканер.

1.2 Выбор оптимального расстояния Так как диапазон пространственного охвата сканируемой области фиксирован и максимальное расстояние до предмета ограничено 2,5 м, то при сканировании предметов различного размера выгоднее всего выбирать то расстояние, при котором предмет занимает не менее площади кадра оптического канала сканера. Однако, для небольших предметов такой выбор не всегда возможен, т.к. параллакс оптического и лазерного каналов очень велик. Когда расстояние до предмета приближается к удвоенному параллаксу, отдельные части 4 оказываются в мертвой зоне для лазера, хотя и отображаются по оптическому каналу.



На экране сканера появиться изображение оптического канала и он В связи с этим рекомендуется выбирать расстояние до предмета в произведет автоматическую фокусировку на предмет.

пределах 0,8 – 2 м, а максимальное отображение на площади экрана Иногда, при недостатке освещения, или отсутствии контрастных производить путем подбора сменных объективов.

участков на предмете на экране сканера может появиться сообщение Сразу после включения компьютера, с которым связан сканер, «Light improper» - Плохая освещенность. Особого внимания на это сканер переходит в режим удаленного управления – на экране сканера обращать не надо, т.к. во время сканирования данные снимаются с появляется надпись «Remote control». освещенных лазером точек и плохое освещения скажется (да и то незначительно) только на качестве снимка текстуры.

Если программа управления сканером не запущена, то переключения в ручной режим управления осуществляется нажатием Нацеливание сканера производить только с помощью рукояток кнопки «MENU». Если запущена программа управления сканером с управления штативом, который имеет четыре позиции регулировки, компьютера, то переключение в ручной режим невозможно. показанные на рисунке 5:

Необходимо выключить программное управление сканером и после По высоте;

этого переходить на ручное управление. Поворот в горизонтальной плоскости;

Наклон вперед/назад и Для настройки на предмет надо последовательно нажать кнопки:

Наклон вправо/влево.

1. MENU – на экране сканера появиться список пунктов;

2. кнопками «Up» и «Down» выбрать пункт SCAN и 3. нажать кнопку SELECT.

Рисунок 5. Штатив и управление положением сканера.

Передвигая предмет и регулируя положение сканера на штативе, необходимо добиться попадания его (или сканируемой части предмета) в центр экрана.

Рисунок 3. Настройка Рисунок 4. Панель управления сканера с локальной сканером панели управления 6 Выбор объектива Наиболее точные результаты дает использование TELE-объектива, т.к. он позволяет отобразить поверхность более подробно. Точность В комплект сканера входят 3 специальных объектива, сканирования с ним составляет 100±8 µm.

откалиброванных под конкретный сканер.

TELE – предназначенный для сканирования небольших предметов Однако он перекрывает сравнительно небольшую площадь и размерами от 8 см; зачастую не может отсканировать предмет целиком. В этом случае MIDDLE – предметы от 50 до 100 см и приходиться либо выбирать другой объектив, либо сканировать объект WIDE – предметы до 1,8 м по частям с последующей сшивкой сканов.

Диапазоны расстояний и размеров предметов у этих объективов Смена объективов производится только преподавателем.

перекрываются, поэтому выбор конкретного объектива зависит от Фокусировка поставленной задачи и конкретных условий съемки.

Точные характеристики сканирования для этих объективов приведены Т.к. плоскостные координаты точек определяются по отраженному в Таблице 1.

лазерному лучу, то оптический канал должен быть очень точно сфокусирован на сканируемом предмете. Каждый объектив имеет свои пределы глубины резкости, чем и определяется возможности Таблица 1. Основные характеристики бесконтактного 3D-сканера сканирования по глубине. Применение объективов, настроенное на Konica-Minolta VI-бифокальное расстояние невозможно, т.к. они имеют маленькую Параметр Tele Middle Wide точность.

Фокусное расстояние, мм 25 14 Расстояние до объекта, м 0,6-2,5 0,6-2,5 Координатная система сканера представлена на Рис. 6.

Поле обзора, м 0,6 – 1,2 0,6 – 1,2 0,6 – 1,Фокусировка оптического канала осуществляется по принципу Диапазон сканирования по Х, 111 – 463 198 – 823 359 – определения максимальной контрастности отдельных участков мм получаемого изображения и автоматически настраивается перед Диапазон сканирования по Y, 83 – 347 148 – 618 269 – съемкой каждого скана. Поскольку используется принцип мм максимальной контрастности, то сканер не всегда может правильно Диапазон сканирования по Z, 40 – 500 70 – 800 110 – установить расстояние до интересующей нас точки, а определяет мм расстояние до наиболее контрастных участков предмета.

Точность по X, мм 0,22±0,008 0,38±0,016 1,40±0,Точность по Y, мм 0,16±0,008 0,31±0,016 1,04±0,Точность по Z, мм 0,10±0,008 0,20±0,016 0,40±0,Время сканирования – 2,5 сек Объем данных – 640 х Наиболее важными из них являются:

• Диапазон сканирования по глубине – Z-координата и • Точность определения расстояния по Z.

8 Рисунок 6. Координатная система сканера «RELEASE». Сканер произведет однократное сканирование и выведет на экран цветную фотографию текстуры предмета, а затем Если предмет не имеет ярко выраженных контрастных участков – (автоматически) покажет облако точек произведенного скана. Кроме авто-фокусировка будет невозможна и сканирование производиться не этого на экране сканера отображается информация о расстоянии до будут. Такие случаи происходят при съемке однотонных предметов, предмета в миллиметрах. Зачастую, эта информация оказывается для которых авто-фокус может определить произвольное расстояние, более надежной, чем полученная через программный интерфейс не соответствующее истинному.

управления с компьютера.

В этом случае, хотя сканирование и будет произведено, точки Если облако точек не отображается, значит, выбраны неверные отражений не будут реально сфокусированы и не распознаются условия сканирования.

оптической системой сканера. Соответственно, облако точек не будет передано в программу и появится сообщение об ошибке:





«There are no points for import».

Иногда при сканировании темного предмета, когда основная энергия лазера поглощается материалом предмета, может появиться сообщение об ошибке:

«Laser barrier is close».

Это означает, что крышка канала лазера закрыта, или выбранной мощности лазера не хватает для получения нормального отраженного сигнала.

1.3 Выбор фона и освещенности Таким образом, имея в виду все вышеизложенное, необходимо выбирать условия съемки в зависимости от размера предмета и свойств его поверхности.

Сканируемый предмет необходимо располагать на расстоянии не менее 20 см от фона для того, чтобы сканер не сфокусировался на нем.

Фон должен быть темнее предмета, желательно черный, чтобы избежать отражений лазерного луча.

Параллельно с объемным сканированием производиться цифровая фотосъемка предмета для фиксации текстуры. Съемка производится с разрешением 1.3 MPx.

После настройки сканера на предмет необходимо провести пробное сканирование непосредственно со сканера. Для этого при настроенном изображении предмета необходимо нажать на сканере кнопку 10 В левом окне появиться черно-белое изображение предмета, на 2 Сканирование который настроен сканер.

После того, как произведено пробное сканирование, дальнейшая Перед началом сканирования необходимо произвести работа со сканером осуществляется программным путем с автоматическую фокусировку на предмет. Для этого надо нажать управляющего компьютера.

кнопку «AF». Сканер произведет фокусировку и покажет полученные значения в неактивном текстовом поле «Distance». Если показанное 2.1 Программное обеспечение значение не вызывает доверия – необходимо откорректировать его с Для работы со сканером используется программа “Polygon Editing использованием линейки в ручном режиме.

Tools” фирмы Konica-Minolta”, поставляемая вместе со сканером.

Для сканирования необходимо нажать кнопку «Scan» Программа имеет встроенную защиту и работает только с внешним USB-ключом. Перед запуском программы необходимо вставить ключ в USB-разъем компьютера.

Эта программа ориентирована на работу с 3D-сканерами именно этой фирмы, не является универсальной и не умеет работать с другими типами трехмерных сканеров. Существуют также различия при работе с различными моделями сканеров этой же фирмы.

Существуют программы обеспечения трехмерного сканирования сторонних фирм, совместимые с различными моделями сканеров и обладающие дополнительными возможностями по обработке Рисунок 7. Окно управления сканером из программы полученных результатов.

«Polygon Editing Tools» Ярлык программы находится на рабочем столе.

Если USB-ключ не вставлен в компьютер, то программа откажется Автоматический режим сканирования выполняется в том случае, работать.

если обе позиции: «Distance» и «Intensity» не отмечены.

После запуска программы на экране появится ее главное окно, При съемке в автоматическом режиме сканер производит два разделенное на 4 части. В этих окнах представлено изображение предварительных последовательных сканирования – одно для выбора отсканированного предмета объединенное полигонами как вид сверху оптимальной мощности лазера, а другое для определения оптимальной (Top), спереди (Front), справа (Right) и изометрическое окно чувствительности матрицы камеры.

трехмерного отображения, в котором можно рассматривать трехмерное отображение объекта в различных ракурсах.

После этого вычисляются оптимальные значения и применяются для окончательного (третьего) сканирования предмета.

2.2 Сканирование Если сканирование прошло нормально, в левом окне вместо черноДля проведения сканирования необходимо выбрать режим «One белого изображения появится цветная фактура произведенного скана.

Scan». На экране появиться панель управления сканером, Это не более чем фотоснимок и говорит только о том, что какое-то представленная на Рис. 7.

облако точек со сканера получено (Рисунок 7).

12 После сканирования в окне становятся доступными опции «Color» При включенном ручном управлении фокусом авто-фокусировка «Pitch» и кнопка «Store». Радио-кнопки «Mono», «Color» и «Pitch» производиться не будет.

позволяют выбрать режим черно-белого или цветного представления Эффективность регистрации отраженного луча определяется текстуры.

множеством факторов. В данном приборе имеется возможность Режим «Pitch» представляет скан в виде изолиний расстояний до управлять двумя из них.

частей объекта размеченные в цвета спектра. Оптимальное качество Мощность лазера – 256 ступеней регулировки. Минимальная – 0, скана получается при попадании его в диапазон от зеленого до максимальная – 255. Уменьшение мощности лазера возможно только красного цвета.

при стандартной чувствительности матрицы.

В этом режиме можно получит информацию о расстоянии до Чувствительность матрицы цифровой камеры – 0 – 7. 0 – конкретной точки объекта. Для этого, при нажатой клавише «Ctrl» стандартная, 7 – максимальная чувствительность. Следует иметь в надо щелкнуть по нужному месту правой кнопкой мыши. На экране виду, что при увеличении чувствительности матрицы резко будет выведено расстояние до этой точки в миллиметрах. Это возрастают ее шумы, что ухудшает качество скана.

значение можно использовать для настройки ручного управления Для ручного управления этими параметрами необходимо отметить сканированием.

поле «Intensity».

Pages:     || 2 | 3 | 4 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.