Mikael Hornborg - SUOMEN VALIMOTEKNINEN YHDISTYS RY ... kamerakuvauksen tekniikat ja... ·...

3D-kuvauksen tekniikat ja sovelluskohteet

Mikael Hornborg

Luennon sisältö

1. Optiset koordinaattimittauskoneet

2. 3D skannerit

3. Sovelluskohteet

Johdanto

Optiset mittaustekniikat perustuvat valoon ja tämän ominaisuuksien hyödyntämiseen

Optisia mittaustekniikoita on lukuisia ja hyödynnetään laajasti teollisuudessa

Tänään esittelen lyhyesti mittapisteiden rekisteröimistä ja muotojen digitoimista Cascaden näkökulmasta

Johdanto

Laserseurain

( www.faro.com )

Johdanto

Fotogrammetria

( www.gom.com )

Johdanto

Viivalaserskanneri

( www.nextengine.com )

Johdanto

Projektoriskanneri

( www.gom.com )

Mittapisteiden koordinaattien rekisteröimistä

”Optinen koordinaattimittauskone”

Fotogrammetria

Tekniikka joka sallii pisteiden ja muotoviivojen mittaamista digikuvien avulla

Pisteiden rekisteröimistä

Pisteiden rekisteröimistä

Fotogrammetria

Tekniikka saanut alkunsa 1850-luvulla

Tekniikka alkoi kehittymään nykyiseen muotoonsa 1980-luvulla. Yleistynyt huomattavasti viimeisten 10 vuoden aikana

Teknologian kehitystä on vauhdittanut etenkin digitaalistenkameroiden ja tietokoneiden kehitys

Mittauskamera, Mayderbauer 1890

Source: Thomas Luhmann, close-range photogrammetry

www.gom.com

Kuvankäsittelyn perusteet

Avainkäsitteitä optisessa 3D kameramittauksessa:

Pikselit

Resoluutio

Harmaasävy

Kuvankäsittelyn perusteet

2500 pixels

1640 pixels

8-bittinen harmaasävy kuva, 2500x1640 pikseliä

Kuvankäsittelyn perusteet

Kuvankäsittelyn perusteet

Kuvankäsittelyn perusteet

101

123

149

232

230

81

88

225

180

182

144

227

177

162

95

211

185

164

99

45

202

173

92

42

35

8 bit = 28 harmaasävyjä

= 256 harmaasävyjä

Jokaisen pikselin numero määrittää sen harmaasävyn (kirkkaus)

Alhainen arvo: Tumma

Suuri arvo: Vaalea / kirkas

Kuvankäsittelyn perusteet

2D kuvista saadaan jalostettua tietoa

Kuvassa:

Referenssipisteiden ellipsien tunnistus

Kuvankäsittelyn perusteet

Ellipsin keskipiste määrittyy valkoisen ja mustan kontrastirajasta

Kuvankäsittelyn perusteet

Radius (length of ray intersection)

Gra

ysca

le

Kontrastirajojen tunnistus perustuu harmaasävyjen tulkitsemiseen

Missä raja tarkalleen on?

Kuvankäsittelyn perusteet

Radius (length of ray intersection)

Gra

ysca

le

Kontrastirajojen tunnistus perustuu harmaasävyjen tulkitsemiseen

Missä raja tarkalleen on?

Vastaus: Missä harmaasävykäyrän kallistuskulma on suurimmillaan!

Kuvankäsittelyn perusteet

Referenssipisteitä voidaan paikantaa alle pikselin tarkkuudella!

Fotogrammetria

Entäs 3D?

Fotogrammetria

Kameran perusperiaate (trigonometria) Valosäteet risteävät linssin polttopisteen läpi

Fotogrammetria

Optisessa 3D mittauksessa määritetään etäisyyksiä tunnettujen kulmien ja etäisyyksien avulla

Triangulation -> kolmiomittaus?

Fotogrammetria

Luodaan globaali koordinaatisto yhdistämällä lukuisia kuvia eri kulmista

Rekisteröidään

referenssipisteiden koordinaatteja koordinaatistossa trigonometrian (triangulation) avulla

Fotogrammetria

Mittaaminen käytännössä:

Fotogrammetria

Mittaaminen käytännössä:

Fotogrammetria

Tyypillisiä tuloksia:

Vertailu CAD malliin

Pituudet, kulmat,

Halkaisijat, tasomaisuus

3D-Skannerit

3D-Skannerit

3D-skannaus lähtenyt laserskannereista

Projektoriskannerit tallentaa suuren määrän dataa nopeasti ja mittatarkasti

Projektoriskannereilla saadaan korkeanlaatuisia pistepilviä luotua

3D-Skannerit – Projektoriskannerit

3D-Skannerit – Projektoriskannerit

Projektiskannerit projisoi monta kontrastiviiva samanaikaisesti

”Fringe Projection”

Valonlähteenä digitaalinen

projektori (LCD)

Projisoimalla ”koodattu” kuvio kappaleen pintaan saadaan tietoa kappaleen muodosta

Koodattu valo = Siniaaltoinen vaihesiirto

Binäärikoodi

3D-Skannerit – Projektoriskannerit

3D-Skannerit – Projektoriskannerit

Kun yhdistetään binäärikoodaus ja vaihesiirto valaistus saadaan tarkka ja vakaa ”skannauskuvio”

),(2),(),( yxyxyx

3D-Skannerit – Projektoriskannerit

3D-Skannerit – Projektoriskannerit

Mittaaminen käytännössä:

Measuring points 8 000 000

Measuring time 1 second

Measuring range 38 x 29 – 1500 x 1130 mm²

Dimensions 570 x 360 x 240 mm³

Computer High-end PC or notebook

3D-Skannerit – Projektoriskannerit

Mittaaminen käytännössä:

Useimmiten tarvitaan useampi skannaus kappaleen mittaamiseksi

Skannauksia yhdistettään

referenssipisteiden avulla

Pintojen muoto hyödynnetään myös skannauksien paikantamiseen

Fotogrammetrialla rekisteröityjä pisteitä

3D-Skannerit – Projektoriskannerit

Mittaaminen käytännössä:

Useimmiten tarvitaan useampi skannaus kappaleen mittaamiseksi

Skannauksia yhdistettään

referenssipisteiden avulla

Pintojen muoto hyödynnetään myös skannauksien paikantamiseen

Fotogrammetrialla rekisteröityjä pisteitä

3D-Skannerit – Projektoriskannerit

Mittaaminen käytännössä:

Useimmiten tarvitaan useampi skannaus kappaleen mittaamiseksi

Skannauksia yhdistettään

referenssipisteiden avulla

Pintojen muoto hyödynnetään myös skannauksien paikantamiseen

Fotogrammetrialla rekisteröityjä pisteitä

3D-Skannerit – Projektoriskannerit

Lopputulos -> Lukuisat skannaukset yhdistyvät yhdeksi pinnaksi (Mesh = pistepilvi)

3D-Skannerit – Projektoriskannerit

3D-Skannerit – Projektoriskannerit

Tyypillisiä tuloksia:

Vertailu CAD malliin

Pituudet, kulmat

Halkaisijat, tasomaisuus

3D-Skannerit – Projektoriskannerit

Tuloksia voidaan myös käyttää suunnittelussa!

3D-Skannerit – Projektoriskannerit

Pöytämalli Siirrettävä

ATOS ScanBox

Eri järjestelmät eri tarkoituksiin

3D-Skannerit – Projektoriskannerit

ATOS ScanBox 5120

Täysin automatisoitu mittaussolu

Sovelluskohteita

Sovelluskohteita

Sovelluskohteita

Sovelluskohteita

Sovelluskohteita

3D-Skannerit – Viiva laserskanneri

Sovelluskohteita

Sovelluskohteita

Sovelluskohteita

Kiitos!