Embed Size (px)
Citation preview
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
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!
